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Die Erfindung betrifft die Verwendung einer in einen Mikrocontroller eines Radarsensors integrierten Signalerzeugungseinheit zur Ansteuerung wenigstens eines spannungsgesteuerten Oszillators von Hochfrequenzkomponenten des Radarsensors. Die Erfindung betrifft weiterhin eine korrespondierende Schaltungsanordnung für einen Radarsensor sowie ein korrespondierendes Verfahren.
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In der Fahrzeugtechnik werden Radarsensoren für die Messung des Abstandes zu Objekten außerhalb des Fahrzeugs und/oder der Relativgeschwindigkeit bezüglich solcher Objekte eingesetzt. Als Objekte kommen z.B. vorausfahrende oder parkende Fahrzeuge sowie Fußgänger, Radfahrer oder andere Einrichtungen im Umfeld des Fahrzeugs in Frage.
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Bei Radarsensoren werden bekanntermaßen eine oder mehrere Sendeeinrichtungen veranlasst, über eine oder mehrere Sendeantennen Radarsignale abzustrahlen. Die Radarsignale treffen auf ein Objekt, wo diese reflektiert werden. Die reflektierten Signale werden daraufhin wieder von einer oder mehreren Empfangsantennen empfangen. Sende- und Empfangsantennen können dabei auch identisch sein. Nach dem Empfang der reflektierten Signale mittels der Empfangsantennen, werden diese einer oder mehreren Empfangseinrichtungen übermittelt und nachfolgend einer Datenerfassung und/oder Signalauswertung zugeführt. Die am Objekt reflektierten und von den Empfangseinrichtungen empfangenen Signale werden in den Empfangseinrichtungen in der Regel mit einem Referenzsignal gemischt. Durch diese Korrelation kann auf der Grundlage der zeitlichen Verzögerung vom Aussenden bis zum Empfang der Radarimpulse beispielsweise die Entfernung zum Objekt ermittelt werden.
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Die Sende- und Empfangseinrichtungen der Radarsensoren, insbesondere einschließlich der Sende- und Empfangsantennen, werden auch als Hochfrequenzkomponenten bezeichnet. Die Sendeeinrichtungen eines Radarsensors sind dabei in der Regel als Sendechips ausgebildet, die einen spannungsgesteuerten Oszillator und einen (Phasen-)Schalter umfassen, über den eine vom Oszillator generierte Hochfrequenzwelle, insbesondere über eine zusätzliche Leistungsendstufe, zur Sendeantenne durchgeschaltet wird. Der spannungsgesteuerte Oszillator wird auch als VCO (Voltage Controlled Oscillator) bezeichnet. VCO, Schalter und Leistungsverstärker sind in der Regel als Ein-Chip-Bauelement, insbesondere als sogenannter Sende- bzw. Transmitter-Chip (Tx-Chip), ausgebildet und einfach oder mehrfach in der Schaltungsanordnung des Radarsensors als Teil der Hochfrequenzkomponenten angeordnet.
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Für die Ansteuerung spannungsgesteuerter Oszillatoren der Hochfrequenzkomponenten bzw. der Sendeeinrichtungen eines Radarsensors wird ein analoges elektrisches Steuersignal mit sehr spezifischen Anforderungen benötigt, insbesondere muss das Steuersignal die folgenden Kriterien erfüllen:
- – Feingranular einstellbar, z.B. in Schritten < 300 μV
- – Einfache Möglichkeit Nichtlinearitäten zu kalibrieren
- – Zeitlich schnell veränderlich, z.B. im 25 ns Zeitraster
- – Feine Einstellung des Startzeitpunkts relativ zur Datenerfassung, z.B. im 12.5 ns Zeitraster
- – Frei definierbare Signalform
- – Schnell veränderbare Signalform
- – Frei programmierbar im zeitlichen Verhalten
- – Exakt synchron zu weiteren Signalen, z.B. zum Start der Datenerfassung, Radar-Signalverarbeitung etc.
- – Erzeugung dieser Signale soll möglichst wenig Rechenleistung der eingesetzten Prozessoren in Anspruch nehmen.
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Die Hochfrequenzkomponenten eines Radarsensors müssen insbesondere derart angesteuert werden, dass die Sendeeinrichtungen in zeitlichen Abständen Radarimpulse aussenden und die Empfangseinrichtungen nach einer bestimmten einstellbaren Verzögerungszeit vor der Aussendung der nächsten Radarimpulse zum Empfang eines Echoimpulses, d.h. der an Objekten reflektierten Radarsignale, empfangsbereit geschaltet werden.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Radarsensoren erfolgt die Ansteuerung der Hochfrequenzkomponenten bislang mittels separater und in der Schaltungsanordnung des Radarsensors angeordneter programmierbaren Logikbausteinen oder ASICs in Kombination mit einem Digital-Analog-Wandler.
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1 zeigt den typischen Aufbau der Schaltungsanordnung eines aus dem Stand der Technik bekannten Radarsensors. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Mikroprozessor 200, auf dem die für die Sensorfunktion des Radarsensors erforderliche Software in einem Speicherblock hinterlegt ist und sequenziell abläuft. Der Mikrocontroller 200 ist mit einem Logikbaustein 900 verbunden, der eine Signalerzeugungseinheit 901 umfasst, insbesondere einen sogenannten Timer bzw. Taktgeber, um die Hochfrequenzkomponenten 400 sowie optional weitere Schaltungskomponenten 500, 600, 700 des Radarsensors mit synchronen Steuersignalen 300 anzusteuern. Bei dem Logikbaustein 900 handelt es sich selbst um keinen Mikroprozessor, sondern um einen FPGA (Field Programmable Gate Array), einen CPLD (Complex Programmable Logic Device) oder einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Derartige Bausteine sind Anordnungen von vielen Gattern, die entweder einmalig (CPLD) oder bei jedem Einschalten (FPGA) konfiguriert werden, oder im Falle eines ASICs fest verdrahtet sind. Bei den Hochfrequenzkomponenten 400 handelt es sich insbesondere um Sender- und Empfängerchips des Radarsensors, die in Abhängigkeit der Steuersignale 300 über Sende- bzw. Empfangsantennen Radarimpulse aussenden und empfangen. Wie in 1 dargestellt werden dabei auch die, für einen spannungsgesteuerten Oszillator 401 eines Sendechips erforderlichen, Signale 300 mittels der Signalerzeugungseinheit 901 des programmierbaren Logikbausteins 900 erzeugt, wobei die Signalerzeugungseinrichtung 901 über einen Digital-Analog-Wandler 500 mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 401 verbunden ist.
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Die aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung eines separaten Logikbausteins in der Schaltungsanordnung eines Radarsensors zur Erzeugung der benötigten Steuersignale, insbesondere für die Hochfrequenzkomponenten des Radarsensors, sowie insbesondere für die Ansteuerung spannungsgesteuerter Oszillatoren der Hochfrequenzkomponenten, hat den wesentlichen Nachteil, dass die separaten Bausteine eine zusätzliche Komponente in der Schaltungsanordnung darstellen und somit die Gesamtanzahl der erforderlichen Schaltungskomponenten erhöhen. Das führt zu erhöhten Kosten, zu einem erhöhten Strombedarf, zu einer Verringerung des für andere Komponenten zur Verfügung stehenden Bauraums (Leiterplattenfläche) bzw. zu einer Zunahme der Sensorbaugröße.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zur Ansteuerung von Hochfrequenzkomponenten sowie optional weiterer Schaltungskomponenten eines Radarsensors anzugeben, mit der die vorangehend genannten Nachteile der bekannten Lösungen vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird durch Schaltungsanordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 4 sowie durch die Verwendung eines Mikrocontrollers mit den Merkmalen nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine in einen Mikrocontroller eines Radarsensors integrierte Signalerzeugungseinheit zur Ansteuerung wenigstens eines spannungsgesteuerten Oszillators von Hochfrequenzkomponenten eines Radarsensors zu verwenden, insbesondere von spannungsgesteuerten Oszillatoren von Sendechips. Mikrocontroller, die eine Signalerzeugungseinheit zur präzisen Erzeugung von Steuersignalen enthalten und welche insbesondere die einleitend genannten Anforderungen erfüllen, werden in Kürze am Markt verfügbar sein.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Reduktion der Anzahl an Komponenten der Schaltungsanordnung eines Radarsensors. Dadurch können Kosten, Strombedarf und der benötigte Bauraum (Leiterplattenfläche) reduziert werden, wodurch insgesamt eine Verringerung der Sensorbaugröße möglich ist. Dadurch können die Radarsensoren zukünftig auch in Bauräumen verbaut werden, die momentan noch zu klein für die bekannten Radarsensoren sind.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für einen Radarsensor, insbesondere in einem Fahrzeug, umfasst wenigstens einen Mikrocontroller, der insbesondere zur Ansteuerung von Hochfrequenzkomponenten des Radarsensors ausgebildet ist. Der Mikrocontroller ist hierzu mit einer integrierten Signalerzeugungseinheit ausgebildet, die auch als Timer oder Signalgenerator bezeichnet werden kann und mittels derer mehrere synchrone digitale und/oder analoge Steuerungssignale erzeugt werden können. Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Signalausgang der integrierten Signalerzeugungseinheit, insbesondere ein Signalausgang an dem ein analoges Steuersignal bzw. eine analoge Spannung erzeugt wird, zur Ansteuerung wenigstens eines spannungsgesteuerten Oszillators der Hochfrequenzkomponenten des Radarsensors, insbesondere wenigstens eines Oszillators einer Sendeeinrichtung bzw. eines Sendechips, über eine Signalleitung mit einem Signaleingang der Hochfrequenzkomponenten, insbesondere mit einem Signaleingang zur Ansteuerung des spannungsgesteuerten Oszillators, verbunden. Der wenigstens eine Signalausgang der integrierten Signalerzeugungseinheit ist dabei bevorzugt direkt, über einen Digital-Analog-Wandler und/oder über einen Operationsverstärker (OPV) mit dem spannungsgesteuerten Oszillator verbunden. Darüber hinaus sind bevorzugt keine komplexen Schaltungskomponenten zwischen dem Mikrocontroller, d.h. dem wenigstens einen Signalausgang der in den Mikrocontroller integrierten Signalerzeugungseinheit, und dem Signaleingang zur Ansteuerung des spannungsgesteuerten Oszillators angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst diese keinen separaten Logikbaustein zur Erzeugung von Steuersignalen, die zur Ansteuerung von spannungsgesteuerten Oszillatoren der Hochfrequenzkomponenten dienen, d.h. es ist kein separater bzw. diskreter Logikbaustein zur Erzeugung einer digitalen oder analogen Spannung, die zur Ansteuerung von spannungsgesteuerten Oszillatoren der Hochfrequenzkomponenten genutzt werden kann, in der Schaltungsanordnung angeordnet, insbesondere nicht als zwischengeschalteter Logikbaustein, wie beispielsweise ein FPGA, CPLD oder ASIC, zwischen dem Mikrocontroller und den Hochfrequenzkomponenten des Radarsensors.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines spannungsgesteuerten Oszillators von Hochfrequenzkomponenten eines Radarsensors in einem Fahrzeug, wobei die Ansteuerung des wenigstens einen spannungsgesteuerten Oszillators der Hochfrequenzkomponenten mittels eines oder mehrerer Steuersignale einer in einen Mikrocontroller integrierten Signalerzeugungseinheit erfolgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Ansteuerung wenigstens eines weiteren Schaltungsblocks des Radarsensors mittels der Steuersignale der in den Mikrocontroller integrierten Signalerzeugungseinheit, insbesondere die Ansteuerung eines Schaltungsblocks zur Datenerfassung und/oder zur Signalverarbeitung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt keine Ansteuerung der Hochfrequenzkomponenten des Radarsensors, insbesondere nicht des wenigstens einen spannungsgesteuerten Oszillators, mittels eines separaten und/oder zusätzlichen Logikbausteins zur Erzeugung von Steuersignalen, insbesondere nicht mittels eines FPGA, CPLD oder ASIC.
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Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer in einen Mikrocontroller integrierten Signalerzeugungseinheit zur Ansteuerung wenigstens eines spannungsgesteuerten Oszillators der Hochfrequenzkomponenten eines Radarsensors in einem Fahrzeug, insbesondere eines spannungsgesteuerten Oszillators einer Sendeeinrichtung des Radarsensors. Dabei kann die in den Mikrocontroller integrierte Signalerzeugungseinheit zusätzlich zur Ansteuerung wenigstens eines Schaltungsblocks des Radarsensors zur Datenerfassung und/oder zur Signalverarbeitung verwendet werden.
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Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt eine Schaltungsanordnung für Radarsensoren, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Aufbau der Schaltungsanordnung wurde einleitend bereits erläutert.
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2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 eines Radarsensors. Die Schaltungsanordnung 100 umfasst dabei verschiedene Schaltungsblöcke, die beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet und über Leiterbahnen der Leiterplatte miteinander verbunden sind. Die Leiterplatte kann weiterhin in einem Gehäuse des Radarsensors angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß handelt es sich bei wenigstens einem der Schaltungsblöcke der Schaltungsanordnung 100 um einen Mikrocontroller 200, auf dem vorzugsweise Software ausführbar ist, die für die Sensorfunktionen des Radarsensors erforderlich ist, beispielsweise die Radar-Rohdatenverarbeitung, die zyklische Berechnung der VCO-Kennlinie, die Radar-Objektberechnung und Objektverfolgung, eine mögliche Längsregelung des Fahrzeugs, die Kommunikation mit dem Fahrzeug und die Überwachung der Hardware hinsichtlich Versorgungsspannungen und/oder Temperatur. Der Mikrocontroller 200 ist dabei bevorzugt mit Software programmiert, die in einem Speicherblock hinterlegt ist und sequenziell abläuft bzw. sich verzweigen kann. Erfindungsgemäß umfasst der Mikrocontroller 200 wenigstens eine Signalerzeugungseinheit 201. Die Signalerzeugungseinheit 201 kann auch als Timer oder Signalgenerator bezeichnet werden und ist erfindungsgemäß zur Erzeugung mehrerer synchroner digitaler und/oder analoger Steuerungssignale 300 ausgebildet.
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Entsprechend 2 ist wenigstens ein Signalausgang der integrierten Signalerzeugungseinheit 201 zur Ansteuerung von Hochfrequenzkomponenten 400 des Radarsensors mittels Steuersignale 300 über eine Signalleitung mit den Hochfrequenzkomponenten 400 verbunden. Neben der zeitlichen Ansteuerung der Hochfrequenzkomponenten 400, d.h. neben dem Timing bzw. der Taktung, kann die in den Mikrocontroller 200 integrierte Signalerzeugungseinheit 201 alternativ oder zusätzlich zur Steuerung der Leistung und/oder der Phasenlage insbesondere von Sendechips genutzt werden, welche Teil der Hochfrequenzkomponenten 400 des Radarsensors sind. Die Frequenz, der über Sendeantennen des Radarsensors ausgesendeten Radarimpulse, wird dabei vorzugsweise in den Senderchips selbst durch einen spannungsgesteuerten Oszillator 401 erzeugt, der über eine analoge Spannung gesteuert wird.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Signalausgang, der in den Mikrocontroller 200 integrierten Signalerzeugungseinheit 201, zur Ansteuerung des spannungsgesteuerten Oszillators 401 mit einem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators 401 bzw. mit einem Eingang der Hochfrequenzkomponenten 400, welcher zur Ansteuerung des wenigstens einen spannungsgesteuerten Oszillators 401 dient, verbunden. Die Signalerzeugungseinheit 201 kann beispielweise zur Erzeugung digitaler Steuersignale 300 ausgebildet sein, wobei die Signalerzeugungseinheit 201 in dem Fall vorzugsweise über einen Digital-Analog-Wandler 500 mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 401 verbunden ist. Der Digital-Analog-Wandler 500 kann dabei auch in den Mikrocontroller 200 und/oder in die Signalerzeugungseinheit 201 integriert sein.
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Die Signalerzeugungseinheit kann insbesondere auch als WGM (Waveform Generator Module) und zur direkten Erzeugung analoger Steuersignale ausgebildet sein. Weiterhin kann die als WGM ausgebildete Signalerzeugungseinheit 201 über einen Operationsverstärker (OPV) mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 401 verbunden sein. Der Verstärker kann wiederum ebenfalls von der Signalerzeugungseinheit 201 des Mikrocontrollers 200 mittels digitaler Steuersignale 300 angesteuert werden.
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Gemäß 2 sind bevorzugt keine weiteren Schaltungskomponenten zwischen dem Mikrocontroller 200, d.h. zwischen dem wenigstens einen Signalausgang, der in den Mikrocontroller 200 integrierten Signalerzeugungseinheit 201, und dem spannungsgesteuerten Oszillator 401 angeordnet bzw. zwischengeschaltet, ausgenommen ein Digital-Analog-Wandler 500 und/oder ein Operationsverstärker.
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Der Mikrocontroller 200 aus 1 umfasst neben der Signalerzeugungseinheit 201 noch weitere Komponenten, insbesondere einen Prozessor 202, auch als CPU bezeichnet, sowie einen Speicherdirektzugriff-Controller 203, auch als DMA-Controller (Direct Memory Access) bezeichnet.
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Bei den Hochfrequenzkomponenten 400 der Schaltungsanordnung 100 des Radarsensors handelt es sich erfindungsgemäß um wenigstens einen spannungsgesteuerten Oszillator 401, insbesondere um einen spannungsgesteuerten Oszillator 401 eines Sendechips, welcher auch als Transmission-Chip (Tx-Chip) bezeichnet werden kann. Je nach Konfiguration des Radarsensors können die Hochfrequenzkomponenten 400 der Schaltungsanordnung 100 mit einer Mehrzahl an Senderchips und entsprechend mit einer Mehrzahl an spannungsgesteuerten Oszillatoren 401 ausgestaltet sein.
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Die Schaltungsanordnung 100 aus 2 umfasst neben dem Mikrocontroller 200, dem Digital-Analog-Wandler 500 und den Hochfrequenzkomponenten 400, weitere Schaltungsblöcke, in diesem Fall einen Datenerfassungsblock 600 sowie einen Signalverarbeitungsblock 700, die ebenfalls mittels Steuersignale 300 der Signalerzeugungseinheit 201 angesteuert werden. Der Datenerfassungsblock 600 und der Signalverarbeitungsblock 700 dienen dabei zur Erfassung und Verarbeitung der von einem oder mehreren Empfängerchips der Hochfrequenzkomponenten 400 des Radarsensors übermittelten Datensignale 800. Der Digital-Analog-Wandler 500 und/oder der Datenerfassungsblock 600 und/oder der Signalverarbeitungsblock 700 können, anders als in 2 dargestellt, auch in den Mikrocontroller 200 integriert und nicht als separate Schaltungsblöcke ausgebildet sein.
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Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt und wie in 1 dargestellt, ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Radarsensoren, zur Ansteuerung der Hochfrequenzkomponenten 400 sowie insbesondere zur Ansteuerung von spannungsgesteuerten Oszillatoren 401 von Hochfrequenzkomponenten 400 eines Radarsensors, bislang nur die Erzeugung und Ausgabe von Steuersignalen 300 mittels separater Logikbausteine 900 bekannt, die in den Schaltungsanordnungen der Sensoren angeordnet sind. Bei diesen Logikbausteinen 900 handelt es sich in der Regel um FPGA oder CPLD oder ASIC Bausteine. Die vorteilhafte Verwendung eines Mikrocontrollers 200, der eine integrierte Signalerzeugungseinheit 201 umfasst, sowie die Verwendung der Signalerzeugungseinheit 201 zur Ansteuerung von Hochfrequenzkomponenten 400 des Radarsensors, ist bislang aus dem Stand der Technik noch nicht bekannt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schaltungsanordnung
- 200
- Mikrocontroller
- 201
- Signalerzeugungseinheit
- 202
- Prozessor
- 203
- Speicherdirektzugriff-Controller
- 300
- Steuersignale
- 400
- Hochfrequenzkomponenten
- 401
- Spannungsgesteuerter Oszillator
- 500
- Digital-Analog-Wandler
- 600
- Datenerfassungsblock
- 700
- Signalverarbeitungsblock
- 800
- Datensignale
- 900
- Logikbaustein
- 901
- Signalerzeugungseinheit
