DE102015122706A1 - System und Verfahren für einen Radar - Google Patents

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Reinhard-Wolfgang Jungmaier
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Abstract

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems das Empfangen von Radarkonfigurationsdaten von einem Host und das Empfangen eines Startbefehls von dem Host, nachdem die Radarkonfigurationsdaten empfangen wurden. Die Radarkonfigurationsdaten enthalten Chirp-Parameter und Rahmen-Sequenzer-Einstellungen. Nachdem der Startbefehl empfangen wurde, wird eine Frequenzerzeugungsschaltung mit den Chirp-Parametern konfiguriert und Radar-Rahmen werden mit einer festgelegten Geschwindigkeit ausgelöst.

Description

  • FACHGEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine elektronische Vorrichtung und spezifischer ein System und Verfahren für Radar.
  • HINTERGRUND
  • Anwendungen im Millimeterwellenfrequenzbereich erlangten in den letzten Jahren aufgrund der schnellen Fortschritte bei kostengünstigen Halbleitertechnologien wie etwa Silicium-Germanium-(SiGe-) und Feingeometrie-Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Verfahren signifikantes Interesse. Verfügbarkeit von Hochgeschwindigkeits-Bipolar- und Metalloxid-Halbleiter-(MOS-)Transistoren führte zu einer steigenden Nachfrage von integrierten Schaltungen für mm-Wellen-Anwendungen bei 60GHz, 77GHz und 80GHz und auch mehr als 100 GHz. Solche Anwendungen umfassen zum Beispiel Radarsysteme für Autos und Multi-Gigabit-Kommunikationssysteme.
  • In manchen Radarsystemen wird die Entfernung zwischen dem Radar und einem Ziel durch Aussenden eines frequenzmodulierten Signals, Empfangen einer Reflexion des frequenzmodulierten Signals und Bestimmen einer Entfernung basierend auf einer Zeitverzögerung und/oder einem Frequenzunterschied zwischen dem Senden und dem Empfang des frequenzmodulierten Signals bestimmt. Demgemäß umfassen manche Radarsysteme eine Sendeantenne, um das HF-Signal zu senden, eine Empfangsantenne, um die HF zu empfangen, sowie die zugeordnete HF-Schaltungsanordnung, die verwendet wird, um das gesendete Signal zu erzeugen und das HF-Signal zu empfangen. In manchen Fällen können mehrere Antennen verwendet werden, um Richtstrahlen unter Verwendung von phasengesteuerten Techniken zu implementieren.
  • Es ist eine Aufgabe, Möglichkeiten zur verbesserten Konfiguration derartiger Systeme bereitzustellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es werden ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 7 sowie ein Radarsystem nach Anspruch 11 oder 14 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems das Empfangen von Radarkonfigurationsdaten von einem Host und das Empfangen eines Startbefehls von dem Host, nachdem die Radarkonfigurationsdaten empfangen wurden. Die Radarkonfigurationsdaten enthalten Chirp-Parameter und Rahmen-Sequenzer-Einstellungen. Nachdem der Startbefehl empfangen wurde, wird eine Frequenzerzeugungsschaltung mit den Chirp-Parametern konfiguriert und Radar-Rahmen werden mit einer festgelegten Geschwindigkeit ausgelöst (getriggert, z.B. die Erzeugung bewirkt).
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Zum vollständigeren Verstehen der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beliebigen Zeichnungen verwiesen, in denen:
  • 1 eine Ausführungsform eines Radarsystems umfasst;
  • 2, die die 2a–2c umfasst, eine Ausführungsform von HF-System-/Antennengehäusen und entsprechenden Leiterplatten veranschaulicht;
  • 3 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines HF-System-/Antennengehäuses veranschaulicht;
  • 4, die die 4a, 4b und 4c umfasst, eine weitere Ausführungsform eines HF-System-/Antennengehäuses und eine entsprechende Leiterplatte veranschaulicht;
  • 5 ein Antennendiagramm veranschaulicht, das durch eine Ausführungsform eines Patch-Antennen-Systems erzeugt wurde;
  • 6, die die 6a und 6b umfasst, ein Schaltbild und Layout einer Ausführungsform einer integrierten Hochfrequenzschaltung (HFIC) veranschaulicht;
  • 7 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Radarsystems veranschaulicht;
  • 8, die die 8a, 8b, 8c und 8d umfasst, Schaltbilder bereitstellt, die den Betrieb eines frequenzmodulierten Dauerstrichradarsystems (FMCW-Radarsystems) veranschaulichen;
  • 9, die die 9a, 9b, 9c und 9d umfasst, Blockschaltbilder von Ausführungsformen von Radarsystemen und eine Ausführungsform einer Antennenkonfiguration veranschaulicht;
  • 10, die die 10a, 10b, 10c und 10d umfasst, Leiterplatten von verschiedenen Ausführungsformen von Radarsystemen veranschaulicht;
  • 11 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Radarsteuereinheit veranschaulicht;
  • 12 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines automatischen Auslösemodus des Betriebs veranschaulicht;
  • 13 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines manuellen Auslösemodus des Betriebs veranschaulicht; und
  • 14 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Verarbeitungssystems veranschaulicht.
  • Entsprechende Zahlen und Symbole in unterschiedlichen Figuren betreffen im Allgemeinen entsprechende Teile, außer es ist anders angegeben. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen deutlich zu veranschaulichen, und sind nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet. Um gewisse Ausführungsformen deutlicher zu veranschaulichen, kann ein Buchstabe, der Variationen der gleichen Struktur, des gleichen Materials oder des gleichen Verfahrensschritts anzeigt, nach einer Zahl einer Figur folgen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Herstellung und Verwendung der vorliegend bevorzugten Ausführungsformen werden unten im Detail erörtert. Es soll jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte bereitstellt, die in einer großen Vielzahl an spezifischen Zusammenhängen ausgeführt werden können. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen sind nur für spezifische Arten zum Herstellen und Verwenden der Erfindung veranschaulichend und schränken den Schutzumfang der Erfindung nicht ein.
  • Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext, einem System und Verfahren für ein Radarsystem wie etwa ein für Kameraabfühlsysteme und tragbare Verbrauchervorrichtungen verwendete Radarsysteme beschrieben. Die Erfindung kann auch für andere Systeme und Anwendungen eingesetzt werden, wie etwa allgemeine Radarsysteme und drahtlose Kommunikationssysteme.
  • In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Hochfrequenz-HF-System, das eine HF-Schaltungsanordnung und Antennen umfasst, in ein einzelnes Kugelgitteranordnungs-(BGA-)Gehäuse implementiert. Das HF-System umfasst eine integrierte Schaltung, die eine Empfangsschnittstelle auf einer ersten Kante des Chips und Sendeschnittstellen auf angrenzenden oder entgegengesetzten Kanten des Chips aufweist. Eine Patch-Antenne mit mehreren Elementen ist auf einer Oberfläche des Gehäuses angrenzend an die erste Kante des Chips angeordnet und mit mehreren Empfangskanalschnittstellen auf der ersten Kante des Chips gekoppelt. Ähnlich sind Patch-Antennen für Sendesignale auf der Umverteilungsschicht des Gehäuses auf den angrenzenden oder entgegengesetzten Kanten des Chips angrenzend an die Sendeschnittstellen angeordnet. In einer Ausführungsform kann zumindest ein Sendekanal verwendet werden, um ein einfallendes Radarsignal oder ein Datensignal selektiv zu senden. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die integrierte Schaltung direkt auf einer Leiterplatte angrenzend an eine Patch-Antenne mit mehreren Elementen, die auf der Leiterplatte angeordnet ist, angebracht werden.
  • Um Isolierung zwischen den Sendeantennen und den Empfangsantennen bereitzustellen, ist eine Massewand im Gehäuse angrenzend an die erste Kante angeordnet. Diese Massewand kann unter Verwendung von Masseschichten in der Umverteilungsschicht und/oder durch die Verwendung einer Anordnung an Lotkugeln, die mit Masse verbunden sind, implementiert werden. Zusätzlich dazu können Platzhalterlotkugeln verwendet werden, um mechanische Stabilität für das Gehäuse im Fan-out-Bereich, besonders in Regionen des Gehäuses angrenzend an die Patch-Antennen, bereitzustellen.
  • In einer Ausführungsform können Strahlformungskonzepte, die in Radarsystemen verbreitet verwendet werden, verwendet werden, um Strahlsteuerung und Bündelung auf das Senden und das Empfangen der HF-Signale anzuwenden. Solche Ausführungsformen können zum Beispiel für Autoradar, Kamerasysteme, tragbare Systeme, in die Kleidung integrierte Systeme, TV-Geräte, Tablet-Computer und andere Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann in einem Kamerasystem das Radarsystem verwendet werden, um eine Entfernung zu einem abgelichteten Objekt zu bestimmen, um Fokus- und Belichtungseinstellungen zu bestimmen. Diese Entfernung kann genau und mit hoher Auflösung unter Verwendung einer Ausführungsform eines 60-GHz-Radarsystems mit einer Bandbreite zwischen etwa 2 GHz und 8 GHz, zum Beispiel 7 GHz, bestimmt werden. Solche Entfernungsinformationen können auch für ein intelligentes Abfühlsystem verwendet werden, bei dem die Radarortungsdaten mit Kameradaten zusammengefügt werden.
  • Ausführungsformen von Strahlformungskonzepten können auch verwendet werden, um ein Gestenerkennungssystem zu implementieren. In der Vergangenheit wurden Gestenerkennungssysteme unter Verwendung von optischen Kameras, Drucksensoren, PALs oder anderen Vorrichtungen implementiert. Durch die Verwendung von Ausführungsformen von Radarsystemen kann ein Gestenerkennungssystem genaue Entfernungsmessungen durchführen, während es hinter einer undurchsichtigen Abdeckung aus Kunststoff oder anderen stabilen Materialien praktisch versteckt ist.
  • 1 veranschaulicht ein Radarsystem 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist die Radarsendeempfängervorrichtung 102 konfiguriert, um ein einfallendes HF-Signal zu Objekt 132 über eine Sendeantenne 120a und/oder eine Sendeantenne 120b zu senden und ein reflektiertes HF-Signal über eine Antennenanordnung, die die Empfangsantennen 122a–d umfasst, zu empfangen. Die Radarsendeempfängervorrichtung 102 umfasst ein Empfänger-Front-End 112, das mit den Empfangsantennen 122a–d gekoppelt ist, ein Front-End des ersten Senders 104, das mit der Sendeantenne 120a gekoppelt ist, und ein Front-End des zweiten Senders 110, das mit der Sendeantenne 120b gekoppelt ist. Die Radarschaltungsanordnung 106 stellt Signale zum Senden an die Front-Ends des ersten und zweiten Senders 104 und 110 bereit und empfängt und/oder verarbeitet Signale, die durch das Empfänger-Front-End 112 empfangen werden.
  • In einer Ausführungsform ist die Eingabe an das Front-End des zweiten Senders 110 zwischen einer Ausgabe der Radarschaltungsanordnung 106 und einer Ausgabe der Kommunikationsschaltungsanordnung 108 über eine durch einen Schalter 109 dargestellte Schaltung wählbar. Wenn das Front-End des zweiten Senders 110 Eingabe von der Radarschaltungsanordnung 106 empfängt, kann sowohl das Front-End des ersten Senders 104 als auch das Front-End des zweiten Senders 110 verwendet werden, um ein holografisches Radar zu erstellen. Wenn das Front-End des zweiten Senders 110 Eingabe von der Kommunikationsschaltungsanordnung 108 empfängt, stellt andererseits das Front-End des ersten Senders 104 ein Radarsignal für die Sendeantenne 120a bereit, und das Front-End des zweiten Senders 110 stellt ein Kommunikationssignal für die Sendeantenne 120b bereit. Dieses Kommunikationssignal kann ein trägermoduliertes Signal sein. In einem Beispiel kann das Front-End des zweiten Senders 110 ein bipolares phasenmoduliertes (BPSK) Signal an die Satellitenradarvorrichtung 130 senden, die Daten enthält. In manchen Ausführungsformen kann eine Datenverbindung zwischen der Radarsendeempfängervorrichtung 102 und der Satellitenradarvorrichtung 130 verwendet werden, um HF-Sendung und -Empfang zwischen der Radarsendeempfängervorrichtung 102 und der Satellitenradarvorrichtung 130 zu koordinieren, um phasengesteuerte Strahlsteuerung zu implementieren. In manchen Ausführungsformen kann die Satellitenradarvorrichtung 130 auch zur Datensendung in der Lage sein, und die Radarsendeempfängervorrichtung 102 kann konfiguriert sein, um Daten von der Satellitenradarvorrichtung 130 über die Antennen 122a–d zu empfangen.
  • In einer Ausführungsform kann die Radarsendeempfängervorrichtung 102 oder Teile der Radarsendeempfängervorrichtung 102 in ein Gehäuse implementiert sein, das das Front-End des ersten Senders 104, das Front-End des zweiten Senders 110, das Front-End des Empfängers 112 sowie die Sendeantennen 120a und 120b und die Empfangsantennen 112a–d enthält. 2a veranschaulicht einen Querschnitt eines Kugelgitteranordnungs-(BGA-)Gehäuses, das die Radarschaltungsanordnung 106 und Patch-Antennen 208, die verwendet werden, um die Antennen 120a, 120b und 122a–d zu implementieren, enthält. In alternativen Ausführungsformen können weitere Antennenelemente außer Patch-Antennen verwendet werden, zum Beispiel kann eine Yagi-Uda-Antenne verwendet werden, die Abfühlen von der Seite des Eingehauster-Chip- und Antennen-Moduls bereitstellt. Wie gezeigt ist das Eingehauster-Chip- und Antennen-Modul 202 ist mit der Leiterplatte 204 über Lotkugeln 210 gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform liegt die Betriebsfrequenz des Radarsystems 100 wie bei anderen hierin offenbarten Ausführungsformen zwischen etwa 57 GHz und etwa 66 GHz. Alternativ dazu können Ausführungsformen der Systeme auch mit Frequenzen außerhalb dieses Bereichs arbeiten.
  • 2b veranschaulicht eine Draufsicht eines Eingehauster-Chip- und Antennen-Moduls 202. Wie gezeigt ist der HF-Chip 206 auf einer Gehäuseumverteilungsschicht 220 angeordnet und weist ein Front-End des Empfängers 112, das auf einer ersten Kante des HF-Chips 206 angeordnet ist, ein Front-End des ersten Senders 104, das mit einer zweiten Kante gekoppelt ist, die an die ersten Kante des HF-Chips 206 angrenzt, und ein Front-End des zweiten Senders 110, das mit einer dritten Kante gekoppelt ist, die ebenfalls an die ersten Kante der Radarschaltungsanordnung 106 angrenzt, auf. Alternativ dazu kann eine Sendeempfängerschaltung auch mit einer vierten Kante, die der ersten Kante des HF-Chips 206 entgegengesetzt ist, gekoppelt sein.
  • Die Empfangs-Patch-Antenne 222 ist auf der gleichen Seite wie die erste Kante des HF-Chips 206 positioniert, jedoch durch die Massewand 212 getrennt, die Isolierung zwischen der Empfangs-Patch-Antenne 222 und dem HF-Chip 206 und zwischen der Empfangs-Patch-Antenne 222 und den Sende-Patch-Antennen 214 und 216 bereitstellt. Die Massewand 212 kann zum Beispiel unter Verwendung der mit Masse verbundenen Lotkugeln 210g und/oder über mit Masse verbundene leitfähige Schichten innerhalb der Gehäuseumverteilungsschicht 220 implementiert sein. Wie gezeigt ist die Sende-Patch-Antenne 214 mit dem Front-End des ersten Senders 104 gekoppelt und angrenzend an die gleiche Kante des HF-Chips 206 wie das Front-End des ersten Senders 104 angeordnet. Ähnlich ist die Sende-Patch-Antenne 216 mit dem Front-End des ersten Senders 104 gekoppelt und angrenzend an die gleiche Kante des HF-Chips 206 wie das Front-End des ersten Senders 104 angeordnet.
  • Platzhalterlotkugeln 210d sind im Fan-out-Bereich des Gehäuses angrenzend an die Empfangs-Patch-Antenne 222 angeordnet und stellen mechanische Stabilität für das Eingehauster-Chip- und Antennen-Modul 202 bereit. Ähnlich stellen Ecklotkugeln 210c mechanische Stabilität für das Gehäuse bereit, wobei sie auch Unterstützung für die Ecken der Gehäuseumverteilungsschicht 220 bereitstellen, wenn das Eingehauster-Chip- und Antennen-Modul 202 auf einer Leiterplatte (PCB) installiert und daran gelötet werden. In manchen Ausführungsformen vermindern Platzhalterlotkugeln 210d und Ecklotkugeln 210c die mechanische Belastung auf Verbindungslotkugeln 210r, die elektrische Verbindungen mit dem HF-Chip 206 bereitstellen, wobei der Gehäuseumverteilungsschicht 220 ermöglicht wird, verschiedenen mechanischen Belastungen wie etwa wiederholter Temperaturwechselbeanspruchung standzuhalten.
  • 2c veranschaulicht eine Ausführungsform einer Radarsendeempfängervorrichtung 250, die einen HF-Chip 251 umfasst, der auf der Umverteilungsschicht oder dem Substrat 253 angeordnet ist. Eine Sende-Empfangs-Patch-Antenne 252 und Empfangs-Patch-Antennen 254 und 256 sind mit dem HF-Chip 251 gekoppelt und weisen ein Strahlungsdiagramm 270 in die z-Richtung auf. Zusätzlich dazu sind die Sende-Empfangs-Yagi-Uda-Antenne 252 und die Empfangs-Yagi-Uda-Antennen 258 und 260 mit dem HF-Chip 251 gekoppelt und weisen ein Strahlungsdiagramm 272 in die y-Richtung auf. In manchen Ausführungsformen sind die Empfangs-Patch-Antennen 254 und 256 und die Yagi-Uda-Antennen 258 und 260 kombiniert, um ein „Halbkugel“-Strahlungsdiagramm 274 zu bilden.
  • 3 veranschaulicht ein Gehäusesubstrat 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist der HF-Chip 304 auf dem Gehäusesubstrat 300 angeordnet und mit der Sende-Patch-Antenne 310a und der Sende-Patch-Antenne 310b über die Sendeschaltungen TX1 beziehungsweise TX2 gekoppelt. Das Empfangs-Patch-Antennensystem 306, das die Empfangs-Patch-Antennen 308a–d umfasst, ist mit Empfangsschaltungen RX1, RX2, RX3 und RX4 auf dem HF-Chip 304 gekoppelt. Wie gezeigt stellt das Layout des Gehäusesubstrats 300 eine Isolierung zwischen dem Empfangs-Patch-Antennensystem 306 und den Sende-Patch-Antennen 310a und 310b bereit, indem die Antennen geometrisch mit Zwischenräumen angeordnet sind und indem die Antennen durch die Massewand 314 isoliert werden. In einer Ausführungsform ist die Massewand 314 unter Verwendung einer Anordnung von mit Masse verbundenen Lotkugeln implementiert.
  • Zusätzlich dazu stellen Lotkugeln 316, die elektrische Verbindungen mit dem HF-Chip 304 bereitstellen, Platzhalterlotkugeln 312, die angrenzend an das Empfangs-Patch-Antennensystem 306 angeordnet sind, und Eckplatzhalterlotkugeln 318 mechanische Stabilität für das Gehäuse sowie zusätzliche mechanische Verbindungen und Ausrichtungsfähigkeit für die Platte bereit, an die das Gehäusesubstrat 300 gelötet ist, bereit. In einer Ausführungsform betragen die physikalischen Abmessungen des Gehäusesubstrats 300 etwa 14 mm mal 14 mm. Alternativ dazu kann das Gehäusesubstrat 300 eine unterschiedliche Größe haben.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Empfangs-Patch-Antennensystem 306 quadratische Patch-Antennen 308a, 308b, 308c und 308d, die in einer Quadratkonfiguration angeordnet sind und deren Mittelpunkte voneinander einen Abstand von einem Vielfachen oder einem Bruchteil x der Wellenlänge λ der Signalfrequenz, die vom HF-System gesendet wird, aufweisen. In manchen Ausführungsformen liegt x zwischen etwa 1/2 und etwa 2/3. Alternativ dazu kann x außerhalb dieses Bereichs liegen. In alternativen Ausführungsformen können mehr oder weniger als vier Patch-Antennen verwendet werden, um das Empfangs-Patch-Antennensystem 306 zu implementieren, abhängig von den Spezifikationen des bestimmten Systems.
  • 4a veranschaulicht eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines HF-System-/Antennengehäuses 420, das auf einer Leiterplatte 424 angeordnet ist. In einer spezifischen Ausführungsform, die auf ein Embedded-Wafer-Level-Kugelgitteranordnungs-(eWLB-)Gehäuse gerichtet ist, umfasst das HF-System-/Antennengehäuse 420 eine Formmaterialschicht 402, die etwa 450 µm dick ist, und eine unter der Formmaterialschicht angeordnete Schicht mit niedrigem Temperaturkoeffizienten (LTC) 404, die etwa 20 µm dick ist. Verschiedene Patch-Antennen sind unter Verwendung einer 7,5-µm-Umverteilungsschicht (RDL) 406 implementiert. In einer Ausführungsform ist ein HF-Chip 410, der die verschiedenen Sende- und Empfangsschaltungen umfasst, innerhalb eines Hohlraums im Formmaterial 402 angeordnet. In manchen Ausführungsformen kann das HF-System-/Antennengehäuse 420 ferner leitfähige Schichten umfassen, die für Routing und/oder für die Implementierung von verschiedenen passiven Vorrichtungen innerhalb vom Substrat des Gehäuses verwendet werden. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch andere Gehäusearten wie etwa ein BGA- oder ein Advanced-Thin-Small-Leadless-(ATSPL-)Gehäuse verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform ist das HF-System-/Antennengehäuse 420 auf der Leiterplatte 424 über Lotkugeln 408 angebracht. Die Leiterplatte 424 kann unter Verwendung des FR4-Materials 412 implementiert werden, das auf einer Kupfermasseschicht 414 angeordnet ist. Alternativ dazu können weitere Materialien wie etwa Rogers-PCB-Material verwendet werden. In manchen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 424 zusätzliche leitfähige und isolierende Schichten wie auf dem Gebiet der Erfindung bekannt umfassen. Das FR4-Material 412 kann etwa 165 µm dick sein, und die Kupfermasseschicht 414 kann in manchen Implementierungen etwa 35 µm dick sein, es können jedoch andere Dicken verwendet werden. In einer Ausführungsform hat der untere Teil des HF-System-/Antennengehäuses 420 vom oberen Teil der Leiterplatte 424 einen Abstand von etwa 250 µ, um zwischen dem Antennen-Patch und der Kupfermasseschicht 414 einen ausreichend großen Spalt bereitzustellen. Ein solcher Abstand kann ferner vergrößert werden, indem die Kupfermasseschicht 414 die unterste Schicht der Leiterplatte 424 bildet.
  • 4b veranschaulicht eine dreidimensionale Schnittansicht des HF-System-/Antennengehäuses 420, das auf der Leiterplatte 424 angeordnet ist. Der Abschnitt des HF-System-/Antennengehäuses 420, auf dem der Chip 410 untergebracht ist, ist als Region 422 bezeichnet, um die relative Position des Chips 410 gegenüber den verbleibenden Teilen des HF-System-/Antennengehäuses 420 zu zeigen. 4c veranschaulicht eine Querschnittansicht des HF-System-/Antennengehäuses 420, das auf der Leiterplatte 424 durch die Lotkugeln 408 angebracht ist.
  • Es soll verstanden werden, dass die verschiedenen beispielhaften physikalischen Abmessungen und die verschiedenen Materialien, die für die verschiedenen Schichten des HF-System-/Antennengehäuses 420 und die Leiterplatte, auf der das HF-System-/Antennengehäuse angeordnet ist, verwendet werden, nur spezifische Beispiele sind. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können andere physikalische Abmessungen und geeignete Materialien für die verschiedenen Schichten verwendet werden.
  • 5 veranschaulicht eine dreidimensionale Kurve, die das Antennenmuster 500 für die in 3 gezeigte Ausführungsform des Empfangsantennensystems mit vier Elementen 306 zeigt. Wie gezeigt weist das Antennenmuster 500 eine Hauptstrahlungskeule, die in die Z-Richtung ausgerichtet ist, und Seitenstrahlungskeulen, die die X-Achse und die Y-Achse kreuzen, auf. In einer Ausführungsform entspricht jede Seitenstrahlungskeule jeder der vier Empfangs-Patch-Antennen. Es soll verstanden werden, dass Patch-Antennen gemäß alternativen Ausführungsformen unterschiedliche Antennenmuster aufweisen können.
  • 6a veranschaulicht eine Ausführungsform einer HFIC 600, die verwendet werden kann, um den in verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen gezeigten HF-Chip zu implementieren. In einer Ausführungsform umfasst die HFIC 600 vier Empfangskanäle, die entlang der Oberkante der HFIC 600 angeordnet sind, und zwei Sendekanäle, die auf der linken beziehungsweise rechten Seite der HFIC 600 angeordnet sind. Wie gezeigt umfasst jeder der jeweiligen Empfangskanäle einen jeweiligen Übertrager 602 und Mischer 604, der jeweilige HF-Signale, die an den Stiften RF_RX1, RF_RX2, RF_RX3 und RF_RX4 empfangen werden, in eine Zwischenfrequenz an den Leitungen IF1, IF2, IF3 und IF4 abwärtswandelt. Ein erster Sendekanal umfasst einen Übertrager 624 und einen Leistungsverstärker 622, der ein Signal für die Stifte RF_TX1p und RF_TX1n bereitstellt, und ein zweiter Sendekanal umfasst einen Übertrager 618 und einen Mischer 616. In einer Ausführungsform wird der Mischer 616 aktiviert, um einen Träger unter Verwendung von bipolaren phasenmodulierten (BPSK) Daten zu modulieren, die an den Stiften BPSK eingeleitet werden. Demgemäß kann der Mischer 616 als BPSK-Modulator dienen. In einem spezifischen Beispiel unterstützte eine Datenrate von etwa 1000 MBs die Verwendung des Mischers 616. In alternativen Ausführungsformen können Daten mit anderen Datenraten und unter Verwendung anderer Modulationsschema moduliert werden. Wenn der Mischer 616 nicht aktiviert ist, zum Beispiel während Zeiträumen, in denen der zweite Sendekanal ein einfallendes Radarsignal bereitstellt, wird das durch den Puffer des lokalen Oszillators (LO) 612 bereitgestellte Signal für die Ausgangsstifte RF_TX2p und RF_TX2n bereitgestellt.
  • Der erste und zweite Sendekanal kann ferner jeweilige Leistungssensoren 626 und 620 umfassen, um übertragene Leistung zu messen, die unter Verwendung von auf dem Gebiet der Erfindung bekannten Leistungssensorschaltungen und -systemen implementiert werden können. Solche Leistungssensoren können Diodendetektoren und Logarithmenleistungsdetektoren umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Ausgaben der Leistungssensoren 626 und 620 sowie die Ausgabe des Temperatursensors 630 sind über einen Multiplexer 634 an einem externen Stift wählbar. In manchen Ausführungsformen können die Ausgabeamplituden des ersten und zweiten Sendekanals unter Verwendung von Digital-Analog-Umsetzern 614 eingestellt werden. Solche Einstellungen der Ausgabeamplituden können basierend auf der durch die Leistungssensoren 620 und 626 gemessenen Leistung gemacht werden.
  • In einer Ausführungsform hat das LO-Signal, das mit den verschiedenen Mischern und Sendern gekoppelt ist, eine Frequenz zwischen etwa 57 GHz und etwa 66 GHz; Frequenzen außerhalb dieses Bereichs können jedoch ebenfalls abhängig von der bestimmten Ausführungsform und ihren Spezifikationen verwendet werden. Wie gezeigt wird das LO-Signal unter Verwendung von VCO 636 erzeugt und wird zuerst durch den LO-Puffer 628 gepuffert, bevor es durch einen Leistungsteiler 608 geteilt wird. Wie gezeigt wird ein 3-Wege-Wilkinson-Leistungsteiler verwendet; in anderen Ausführungsformen kann der Wilkinson-Leistungsteiler jedoch das LO-Signal in mehr oder weniger als drei Ausgaben teilen. Außerdem können weitere auf dem Gebiet der Erfindung bekannte Leistungsteilerschaltungen und Systemtopologien verwendet werden. In einer Ausführungsform wird die Frequenz von VCO 636 unter Verwendung einer (nicht gezeigten) externen Phasenregelschleifen-(PLL-)Schaltung über den Stift Vtune eingestellt. Der Ausgang des Leistungsteilers 608 ist mit dem Ausgang der LO-Puffer 606, 610 und 612 gekoppelt.
  • Ein Frequenzteiler 632 kann verwendet werden, um eine geteilte Ausgabe für die externe PLL-Schaltung bereitzustellen. In einer spezifischen Ausführungsform ist das Teilverhältnis des Frequenzteilers 632 zwischen 16 und 8192 wählbar. Alternativ dazu können andere Teilverhältnisse abhängig von der bestimmten Anwendung und ihren Spezifikationen verwendet werden. In weiteren alternativen Ausführungsformen können die verbleibenden PLL-Komponenten wie etwa ein Phasendetektor oder eine Ladepumpe ebenfalls auf der HFIC 600 angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform können die verschiedenen Modi und Funktionen der HFIC 600 über eine Serial Peripheral Interface (SPI) 638 digital gesteuert werden. Alternativ dazu können andere Schnittstellen wie etwa eine I2C-Schnittstelle MIPI/RFFE verwendet werden.
  • 6b veranschaulicht ein beispielhaftes Layout der HFIC 600, das dem in 6a gezeigten Schaltbild entspricht. In einer Ausführungsform ist die HFIC 600 in ein SiGe-Verfahren implementiert. Alternativ dazu können andere Verfahren verwendet werden, um die HFIC 600 zu implementieren.
  • 7 veranschaulicht eine Ausführungsform eines radarbasierten Gestenerkennungssystems 700 unter Verwendung von Ausführungsformen von Konzepten. Wie gezeigt ist die Radarsendeempfängervorrichtung 702 konfiguriert, um ein einfallendes HF-Signal über eine Sendeantenne 720a und/oder eine Sendeantenne 720b zu einer gestikulierenden Hand 732 zu senden und ein reflektiertes HF-Signal über eine Antennenanordnung, die Empfangsantennen 722a–d umfasst, zu empfangen. Die Radarsendeempfängervorrichtung 702 umfasst ein Front-End des Empfängers 712, das mit den Empfangsantennen 722a–d gekoppelt ist, ein Front-End des ersten Senders 704, das mit der Sendeantenne 720a gekoppelt ist, und ein Front-End des zweiten Senders 710, das mit der Sendeantenne 120b gekoppelt ist. Die Radarschaltungsanordnung 706 stellt Signale bereit, die an die Front-Ends des ersten und zweiten Senders 704 und 710 gesendet werden sollen, und empfängt Signale über das Front-End des Empfängers 712. Eine Verarbeitungsschaltungsanordnung 708 verarbeitet die empfangenen Signale und steuert die Sendungen, die durch das Front-End des ersten Senders 704 und das Front-End des zweiten Senders 710 erzeugt werden. In manchen Ausführungsformen ist das radarbasierte Gestenerkennungssystem 700 als frequenzmodulierter Dauerstrichradarsensor (FMCW-Radarsensor) implementiert, der zwei Sendekanäle und vier Empfangskanäle aufweist, um ein digitales holografisches Strahlformungsradar umzusetzen, sodass eine relative Geschwindigkeit, Entfernung und Phase jedes Ziels im Gesichtsfeld (FOV) vor den Antennen gemessen wird.
  • Während des Betriebs können die Position und Gesten der Hand 732 durch die Radarsendeempfängervorrichtung 702 und/oder eine andere daran gekoppelte Verarbeitungsschaltungsanordnung detektiert werden. Beispielsweise kann die Radarsendeempfängervorrichtung 702 mit einem Computersystem, einem Gerät oder einer anderen Vorrichtung gekoppelt sein, und die detektierten Gesten können als Eingabe für das Computersystem oder die verschiedenen Geräte verwendet werden. Beispielsweise kann eine Geste des Aneinanderklopfens von zwei Fingern als „Knopfdruck“ ausgelegt werden, oder eine Geste eines drehenden Daumens und Fingers kann als Drehen eines Drehknopfs ausgelegt werden.
  • Ähnlich wie andere hierin beschriebene Ausführungsformen können die Radarsendeempfängervorrichtung 702 oder Teile der Radarsendeempfängervorrichtung 702 in ein Gehäuse implementiert werden, das das Front-End des ersten Senders 704, das Front-End des zweiten Senders 710, das Front-End des Empfängers 712 sowie die Sendeantennen 720a und 720b und die Empfangsantennen 722a–d enthält. In manchen Ausführungsformen kann die Radarsendeempfängervorrichtung 702 als eine oder mehrere integrierte Schaltungen implementiert werden, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind, und die Sendeantennen 720a und 720b und die Empfangsantennen 722a–d können auf der Leiterplatte angrenzend an die integrierten Schaltungen implementiert werden.
  • Die 8a–8d veranschaulichen den Grundbetrieb eines FMCW-Radars. 8a veranschaulicht ein vereinfachtes Schaltbild eines FMCW-Radar-Systems 800, das einen Prozessor 802, eine Sendeschaltung 804, eine Sendeantenne 808, eine Empfangsschaltung 806 und eine Empfangsantenne 810 umfasst. Während des Betriebs überträgt die Sendeantenne 804 ein HF-Signal, das eine variable Frequenz aufweist, die durch ein nahes Ziel 812 und ein weit entferntes Ziel 814 reflektiert wird. Die reflektierte HF-Energie wird durch die Antenne 810 und die Empfangsschaltung 806 empfangen, und das empfangene Signal wird durch den Prozessor 802 verarbeitet, der verschiedene auf dem Gebiet der Erfindung bekannte Zielklassifikationsalgorithmen durchführt.
  • 8b veranschaulicht ein Wellenformdiagramm eines FMCW-Systems. Ein Signal 822 stellt die Frequenz des durch die Sendeschaltung 804 gesendeten Radarsignals dar, ein Signal 824 stellt die Frequenz des durch das nahe Ziel 812 reflektierten Signals dar und ein Signal 826 stellt das durch das weit entfernte Ziel 814 reflektierte Signal dar. Die Verzögerung von der Aussendung des Sendesignals bis zum Empfang des durch das nahe Ziel 812 reflektierten Signals ist ta, und die Verzögerung von dem gesendeten Signal bis zum Empfang des durch das weit entfernte Ziel reflektierten Signals ist tb. Diese Zeitverzögerungen beim Empfang verursachen einen Frequenz-Offset zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal. In verschiedenen Ausführungsformen wird das gesendete Signal mit dem empfangenen Signal gemischt, um ein Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen, das den Frequenzunterschied zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal darstellt. Wie gezeigt ist der Frequenzunterschied vom gesendeten Signal 822 zum empfangenen reflektierten Signal 824 von dem nahen Ziel 812 IF1a, und der Frequenzunterschied vom gesendeten Signal 822 zum empfangenen reflektierten Signal 826 vom weit entfernten Ziel ist IF1b. Wie gezeigt ist die Bandbreite BW des FMCW-Radar-Systems mit dem Unterschied zwischen dem maximalen und minimalen gesendeten Signal verbunden.
  • Wie in 8c gezeigt ist die Auflösung des FMCW-Systems mit der oben erwähnten Bandbreite BW des Systems verbunden. Insbesondere kann das Bereichsauflösungsvermögen als: ∆R = c / 2BW = c / 2∆f (1) ausgedrückt werden, worin c die Lichtgeschwindigkeit ist und der Unterschied zwischen der minimalen und maximalen Frequenz der Rampenfrequenz ist. In Ausführungsformen ist die minimale Entfernung zwischen zwei nahen Zielen, die unterschieden werden können, ΔR. Wie in 8d gezeigt ist sind die minimale und maximale Entfernung, die durch Ausführungsformen von FMCW-Systemen erkannt werden können, 50 cm beziehungsweise 5 m.
  • 9a veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Radarsystems 900, das zum Beispiel in einer Ausführungsform eines Gestenerkennungssystems verwendet werden kann. Wie gezeigt umfasst das Radarsystem 900 ein HF-Front-End 902, das mit einer Basisbandverarbeitungsschaltung 901 gekoppelt ist. Der Empfangsweg des Radarsystems 900 umfasst Empfangsantennen 922a–d, einen Empfangssignalpfad im HF-Front-End 902, einen Bandpassfilter 912 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) mit vier Kanälen in der Basisbandverarbeitungsschaltung 901, der die Ausgabe des Bandpassfilters 912 digitalisiert. Dieses digitalisierte Empfangssignal kann ferner durch einen FFT-Kern 924 und verschiedene andere Digitalsignalverarbeitungselemente in der Basisbandverarbeitungsschaltung 901 verarbeitet werden.
  • Der Sendepfad umfasst Takterzeugungsschaltungen, die von verschiedenen Elementen des Radarsystems 900 gemeinsam genutzt werden können. In einer Ausführungsform wird ein Durchlauffrequenzsignal unter Verwendung einer Phasenregelschleifen-(PLL-)Schaltung 910 erzeugt, um einen eingebauten VCO im HF-Front-End 902 zu steuern. Wie gezeigt wird die PLL 910 an einen Kristalloszillator 908 referenziert, der ebenfalls einen Takt für die Basisbandverarbeitungsschaltung 901 über einen Taktteiler 914 bereitstellt. In einer alternativen Ausführungsform steuert eine Software-PLL, die in der Basisbandverarbeitungsschaltung 901 implementiert ist, die Frequenz des eingebauten VCO im HF-Front-End 902 über einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 916 und einen Tiefpassfilter und/oder einen Integrator 906. Getrennte Spannungsregler 932, 934 und 936 können verwendet werden, um eine geregelte Leistungsversorgungsspannung für das HF-Front-End 902, eine Analogschaltungsanordnung in der Basisbandverarbeitungsschaltung 901 beziehungsweise Digitalschaltungen in der Basisbandverarbeitungsschaltung 901 bereitzustellen.
  • In einer Ausführungsform kann das HF-Front-End 902 unter Verwendung von hierin beschriebenen eingehausten HF-Systemen/Antennengehäusen implementiert werden. Beispielsweise kann eine HFIC gemäß der Ausführungsform der 6a und 6b in einer Ausführungsform einer eingehausten Antenne angeordnet sein oder auf einer Leiterplatte, die Patch-Antennen aufweist, angebracht sein.
  • In einer Ausführungsform verwendet das Radarsystem 900 schnelle Chirps, um das Gesichtsfeld (FOV) zu scannen. Beispielsweise kann die Frequenzerzeugungsschaltungsanordnung des Radarsystems 900 konfiguriert sein, um 7 GHz in 125 µs zu durchlaufen. Alternativ dazu können andere Frequenzbereiche und Durchlaufzeiten verwendet werden. Durch die Verwendung von relativ schnellen Chirps, die auch als komprimierter Puls bezeichnet werden können, kann eine niedrigere Spitzenleistung erzeugt werden, was es vereinfacht, verschiedene Emissionsmaskenerfordernisse über der Frequenz zu erreichen. Außerdem wird in manchen Ausführungsformen durch die Verwendung eines Durchlauffrequenzsignals kein Generator von scharfem Impuls verwendet.
  • Wie oben erwähnt kann das Radarsystem 900 PLL 910 verwenden, die in manchen Ausführungsformen als fraktionierte N-PLL implementiert sein kann. In einem Beispiel wird die fraktionierte N-PLL unter Verwendung eines 64-GHz-VCO implementiert, und anschließend erzeugt ein Teiler, der ein Teilungsverhältnis von 16 aufweist, eine Ausgabefrequenz von etwa 4 GHz. In manchen Ausführungsformen können der VCO und die Teiler innerhalb von der HF-Front-End-Schaltung 902 auf ähnliche Weise wie die in 6a gezeigte Schaltung implementiert werden, und der Phasenfrequenzdetektor (PFD), die Ladungspumpe und der Schleifenfilter werden in der PLL 910 implementiert. Alternativ dazu können andere VCO-Frequenzen und Teilungsverhältnisse ausgewählt werden, die zum Beispiel das minimale Teilungsverhältnis der PLL im fraktionierten Modus, die PLL-Schleifen-Bandbreite, die höchste PFD-Frequenz, um das Inband-Phasenrauschen zu senken und die Spuren zur hohen Frequenz zu verschieben, die Frequenzauflösung während der Rampe und die Verfügbarkeit von rauscharmen kompakten Hochfrequenz-Kristalloszillatoren berücksichtigen. In der veranschaulichten Ausführungsform erzeugt der Kristalloszillator 908 eine Frequenz von 80 MHz; es können in anderen Ausführungsformen jedoch andere Kristalloszillatorfrequenzen verwendet werden.
  • In anderen Ausführungsformen kann eine Software-PLL verwendet werden. Wie gezeigt weist die Software-PLL eine Schleife auf, die die HF-Front-End-Schaltung 902 (einschließlich eines VCO und Teilers), einen ADC 922, der die Ausgabe des Teilers des HF-Front-Ends 902 abtastet, eine Mikrosteuereinheit, die einen Algorithmus zum Abstimmen von Frequenzlinearisierung anwendet, den DAC 916 und den Tiefpassfilter und/oder Integrator 906, der eine Abstimmspannung für den VCO in der HF-Front-End-Schaltung 902 bereitstellt, umfasst. In manchen Ausführungsformen kann das HF-System 900 konfiguriert sein, um sowohl PLL 910 als auch eine Software-PLL aufzuweisen, die den DAC 916 und den Tiefpassfilter und/oder Integrator 906 verwendet, sodass einer davon für den Betrieb ausgewählt wird.
  • In einer Ausführungsform, in der der Kristalloszillator 908 einen Takt erzeugt, der einen RMS-Jitter von etwa 2 ps bei 80 MHz aufweist, kann das Teilungsverhältnis des Vorteilers auf eine Weise gewählt werden, dass der dem Signal zugeordnete Jitter eine Größenordnung größer als der dem Kristalloszillator 908 zugeordnete Jitter ist. So hat der Abtast-Jitter des ADC 922 einen geringeren Einfluss auf die Leistung. In manchen Fällen wird das Teilungsverhältnis des Vorteilers so ausgewählt, dass es groß genug ist, um sicherzustellen, dass die Ausgabefrequenz innerhalb von der Bandbreite des ADC liegt. In einer Ausführungsform wird ein Teilungsverhältnis von 8172 verwendet, sodass die Ausgabefrequenz des Vorteilers im Bereich von 7 MHz liegt. In manchen Ausführungsformen kann die Abtastrate von ADC 922 so gewählt werden, dass eine Ausgabefrequenz des HF-Front-End 902 unterabgetastet wird. Beispielsweise wird in einer Ausführungsform eine Ausgabe von 7 MHz mit einer Abtastrate von etwa 2 MS/s abgetastet. Alternativ dazu können andere Teilungsverhältnisse, Ausgabefrequenzen und Abtastfrequenzen abhängig von der bestimmten Ausführungsform und ihren Spezifikationen verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform ist ein Regelverstärker (VGA) 921 zwischen dem Zwischenfrequenz-(IF)Ausgang des HF-Front-Ends 902 und dem ADC 922 gekoppelt, um die Verstärkung des IF-Signals zu skalieren, sodass der vollständige Dynamikumfang des IF-Signals einer Vollanschlag-Eingabe des ADC 922 entspricht. Der Bandpassfilter 912 kann vor dem ADC gekoppelt sein, um Aliasing zu verhindern und/oder den Frequenzgehalt des IF-Signals auf einen Scan-Bereich von Interesse zu begrenzen. Beispielsweise weist in einer Ausführungsform der Bandpassfilter 912 eine minimale Frequenz von etwa 8 KHz und eine maximale Frequenz von etwa 250 KHz auf, um den Frequenzgehalt auf einen Scan-Bereich von Interesse wie etwa 5 cm bis 1 m zu begrenzen. Alternativ dazu können andere Bandbreiten verwendet werden, um andere Scan-Bereiche zu vereinfachen.
  • In einer Ausführungsform können die Spannungsregler 932, 934 und 936 unter Verwendung von auf dem Gebiet der Erfindung bekannten Leistungsversorgungsschaltungen und Systemen implementiert werden. Beispielsweise können Regler mit geringem Spannungsabfall (LDO) verwendet werden, um Gleichstromspannungen von etwa 3,3 V für verschiedene Komponenten bereitzustellen. In manchen Ausführungsformen kann eine Ladungspumpe verwendet werden, um höhere lokale Spannungen bereitzustellen. Beispielsweise kann in Ausführungsformen, die einen VCO verwenden, der eine höhere Abstimmspannung aufweist, eine Ladungspumpe verwendet werden, um eine Leistungsversorgungsspannung von 3,3 V in 5 V umzuwandeln, um den vollständigen Abstimmbereich des VCO zu nützen. Es soll verstanden werden, dass 3,3 V und 5 V nur veranschaulichende Beispiele sind und dass in anderen Ausführungsformen von Systemen andere Spannungen erzeugt werden können.
  • In einer Ausführungsform kann die Basisbandverarbeitungsschaltung 901 ferner eine USB-(Universal Serial Bus)Schnittstelle 918 umfassen, um Kommunikation mit der Ausführungsform des Radarsystems 900 zu erleichtern. Beispielsweise kann der Zustand des Radarsystems 900 festgelegt werden, und gemessene Daten können unter Verwendung der USB-Schnittstelle 918 empfangen werden. Die USB-Schnittstelle 918 kann unter Verwendung von auf dem Gebiet der Erfindung bekannten USB-Schnittstellen-Schaltungen implementiert werden. Die Basisbandverarbeitungsschaltung 901 kann außerdem Serial Peripheral Interface (SPI) 920 umfassen, um das HF-Front-End 902 durch die SPI-Schnittstelle 904 zu steuern und um andere Systemkomponenten wie etwa den VGA 921 und die PLL 910 zu steuern. Es kann auch eine Nachschlagetabelle (LUT) 917 in der Basisbandverarbeitungsschaltungsanordnung 901 umfasst sein, um verschiedene Antennenkonfigurationen des HF-Front-Ends 902 schnell zu bestimmen.
  • In einem Beispiel kann das Radarsystem 900 konfiguriert sein, um einen maximalen Bereich Rmax von etwa 50 cm zu haben, in dem es eine Modulationsbandbreite von etwa 7 GHz aufweist, was gemäß der obenstehenden Gleichung (1) einem Bereichsauflösungsvermögen von etwa 2 cm entspricht. Ein maximaler Detektierungsbereich Rmax von 50 cm entspricht daher 25 Bereichs-Gates.
  • In einer Ausführungsform können die minimale IF-Frequenz und die maximale IF-Frequenz als: IFmin = BW / τ 2∆R / c (2)
    Figure DE102015122706A1_0002
    ausgedrückt werden.
  • Gemäß den obenstehenden Gleichungen (2) und (3) beträgt für eine Bandbreite von 7 GHz und eine Durchlaufzeit von τ = 125 µs die minimale IF-Frequenz IFmin etwa 8 KHz und die maximale IF-Frequenz IFmax etwa 200 KHz. In manchen Ausführungsformen wird die minimale IF-Frequenz IFmin ausgewählt, um den Frequenzgehalt der empfangenen Signale über die Eckfrequenz von 1/f-Rauschen der empfangenen HF-Ausgabe zu ändern. In manchen Fällen entspricht eine niedrigere Eckfrequenz von 1/f-Rauschen langsameren Frequenzrampen. Vorrichtungen, die niedrigere Eckfrequenzen von 1/f-Rauschen aufweisen, wie etwa bipolare SiGe-Transistoren, können daher mit Ausführungsformen von HF-Systemen kompatibel sein, die niedrigere Bandbreiten aufweisen. Im Gegensatz dazu können Technologien, die höhere Eckfrequenzen von 1/f-Rauschen aufweisen, wie etwa CMOS, unter Verwendung von schnelleren Rampen und höheren Bandbreiten unterstützt werden.
  • Im vorliegenden Beispiel kann eine Abtastrate von 2 MS/s für die ADCs 922 verwendet werden, die ein 10-faches Überabtastungsverhältnis bereitstellt, um Aliasing zu verhindern. Außerdem können die IF-Frequenz IFmin und die maximale IF-Frequenz IFmax verwendet werden, um den Bandpassfilter 912 zu formen, der den ADCs 922 vorausgeht.
  • Auf der Sendeseite kann eine 7-GHz-Bandbreite unter Verwendung eines VCO, der einen Abstimmbereich zwischen etwa 0,5 V und etwa 5,5 V und eine minimale Verstärkung KVCO von etwa 1 GHz/V aufweist, implementiert werden. Die Abstimmspannung kann unter Verwendung des DAC 916 und eines Pegelwandlers erzeugt werden. In einer Ausführungsform werden zwei 12-Bit-DACs, die mit 5 MS/s arbeiten, verwendet, um eine Abstimmspannung für den VCO bereitzustellen. Bei 5 MS/s entspricht ein Frequenzdurchlauf von 125 µs etwa 625 Punkten oder etwa 1,25 kB, die in der LUT der Mikrosteuereinheit für beide 12-Bit-DACs gespeichert werden müssen. Unter diesen Annahmen beträgt der Frequenzschritt zwischen zwei benachbarten Frequenzpunkten etwa 5,6 MHz. In einer Ausführungsform wird die Zeitkonstante von etwa 130 ns für den Integrator 906 verwendet.
  • In einem weiteren Beispiel kann das Radarsystem 900 konfiguriert sein, um einen maximalen Bereich Rmax von etwa 5 m aufzuweisen, indem er eine Modulationsbandbreite von etwa 7 GHz hat, was gemäß der obenstehenden Gleichung (1) einem Bereichsauflösungsvermögen von etwa 2 cm entspricht. Ein maximaler Detektierungsbereich Rmax von 5 m entspricht daher 250 Bereichs-Gates.
  • Gemäß den obenstehenden Gleichungen (2) und (3) beträgt für eine Bandbreite von 7 GHz und eine Durchlaufzeit von τ = 250 µs die minimale IF-Frequenz IFmin etwa 4 KHz und die maximale IF-Frequenz IFmax etwa 1 MHz. In einem Beispiel kann eine Abtastrate zwischen etwa 2 MS/s und etwa 2,4 MS/s für die ADCs 922 verwendet werden, die ein 2-faches bis 2,4-faches Überabtastungsverhältnis bereitstellen, um Aliasing zu verhindern.
  • Auf der Sendeseite kann eine 7-GHz-Bandbreite unter Verwendung eines VCO, der einen Abstimmbereich zwischen etwa 0,5 V und etwa 5,5 V und eine minimale Verstärkung KVCO von etwa 1 GHz/V aufweist, implementiert werden, wobei die Abstimmspannung durch zwei 12-Bit-DACs, die mit 5 MS/s arbeiten, wie im vorhergehenden Beispiel bereitgestellt ist.
  • Alternativ dazu kann eine Bandbreite verwendet werden, die niedriger als 7 GHz ist. Beispielsweise können in manchen Ausführungsformen Bandbreiten zwischen 2 GHz und 8 GHz verwendet werden. Alternativ dazu können abhängig von dem bestimmten System und seinen Spezifikationen auch Bandbreiten außerhalb dieses Bereichs verwendet werden. Bei 5 MS/s entspricht ein Frequenzdurchlauf von 250 µs etwa 1250 Punkten oder etwa 205 kB, die in der LUT der Mikrosteuereinheit für beide 12-Bit-DACs gespeichert werden müssen. Unter diesen Annahmen beträgt der Frequenzschritt zwischen zwei benachbarten Frequenzpunkten etwa 2,8 MHz. In einer Ausführungsform wird die Zeitkonstante von etwa 250 ns für den Integrator 906 verwendet.
  • Es soll verstanden werden, dass die verschiedenen oben beschriebenen Parameter nur einige Beispiele von Parametern sind, die für Ausführungsformen von Radarsystemen eingesetzt werden können. In alternativen Ausführungsformen können andere Bandbreiten, Abstimmbereiche, IF-Frequenzen, Abtastraten, Bit-Auflösungen, Durchlaufzeiten und LUT-Breiten verwendet werden.
  • 9b veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Radarsystems 950, das eine Art zeigt, wie das System von 9a implementiert werden kann. Wie gezeigt umfasst das Radarsystem 950 ein HF-Front-End 952, das mit einer integrierten Mikrosteuereinheitsschaltung (IC) 954 gekoppelt ist. Das HF-Front-End 952 umfasst eine Sendeempfängerschaltung 958, die vier Empfangskanäle Rx1–Rx4 und zwei Sendekanäle Tx1 und Tx2 umfasst. Alternativ dazu kann die Sendeempfängerschaltung 958 mehr oder weniger Sende- und/oder Empfangskanäle umfassen. Die Sendeempfängerschaltung 958 kann auf einer integrierten Signalschaltung oder unter Verwendung von mehreren integrierten und/oder diskreten Schaltungen implementiert sein.
  • Die integrierte Mikrosteuereinheitsschaltung umfasst ADC-Schaltungen 960, die die IF-Ausgabe des Sendeempfängers 958 vom analogen zum digitalen Bereich umwandeln. Die digitale Ausgabe der ADC-Schaltungen 960 kann direkt an die USB-Schnittstelle 966 geleitet werden oder an den Digitalverarbeitungsblock 962 geleitet werden. In alternativen Ausführungsformen kann die USB-Schnittstelle 966 unter Verwendung weiterer Arten von parallelen oder seriellen Schnittstellen wie etwa eine differenzielle Signalisierung mit niedriger Spannung (LVDS) oder eine Mobile-Industry-Processor-Schnittstelle (MIPI) implementiert werden.
  • In manchen Ausführungsformen 956 stellt ein Regler mit geringem Spannungsabfall 956 eine Leistungsversorgungsspannung für das HF-Front-End 952 und die integrierte Mikrosteuereinheitsschaltung 954 bereit. In verschiedenen Ausführungsformen kann die integrierte Mikrosteuereinheitsschaltung 954 unter Verwendung von universellen oder anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen implementiert werden.
  • Während des Betriebs empfängt die Sendeempfängerschaltung 958 eine Zeitgeberreferenz von der Software-PLL 965, um ein Signal von variierender Frequenz zum Senden von den Sendekanälen Tx1 und Tx2 zu erzeugen. Dieses Signal von variierender Frequenz kann eine Rampensinuswelle oder ein anderes geeignetes Signal für Radarübertragung sein. In einer Ausführungsform kann die Zeitgeberreferenz eine Steuerspannung für einen (nicht gezeigten) VCO innerhalb vom HF-Front-End 952 sein.
  • In manchen Ausführungsformen kann die integrierte Mikrosteuereinheitsschaltung 954 verwendet werden, um das HF-Front-End, einen (nicht gezeigten) VGA, der zwischen der Sendeempfängerschaltung 958 und den ADC-Schaltungen 960 gekoppelt ist, und die Software-PLL 965 zu steuern. Alternativ dazu kann der VGA auf einer externen Schaltung oder auf dem HF-Front-End 952 angeordnet sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die integrierte Mikrosteuereinheitsschaltung 954 auch konfiguriert sein, um andere Schaltungen zu steuern, die auf einer Systemplatte angeordnet sind, die andere Komponenten der Ausführungsform des Radarsystems umfasst.
  • Die integrierte Mikrosteuereinheitsschaltung 954 kann unter Verwendung einer universellen integrierten Schaltung oder unter Verwendung einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung implementiert sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die integrierte Mikrosteuereinheitsschaltung 954 Firmware umfassen, die in einem programmierbaren, nicht flüchtigen Speicher wie etwa einem Flash-Speicher gespeichert ist. Diese Firmware kann zum Beispiel verwendet werden, um das Radarsystem 950 während des Betriebs zu konfigurieren, und um die Funktionalität zu ermöglichen, die die Rohdaten des Radarsystems 950 erzeugt.
  • In einer Ausführungsform ist die Sendeempfängerschaltung 958 mit einer Antennenanordnung gekoppelt und konfiguriert, um unter Verwendung von auf dem Gebiet der Erfindung bekannten phasengesteuerten Techniken einen Richtstrahl bereitzustellen. Beispielsweise können verschiedene Verzögerungen für den Empfang der Empfangskanäle Rx1 bis Rx4 angewandt werden. Der Empfangswinkel θ basiert auf den relativen Verzögerungen zwischen jedem Empfangskanal, der Wellenlänge λ des empfangenen Signals und der Entfernung d zwischen den Antennenelementen. In manchen Ausführungsformen umfasst die integrierte Mikrosteuereinheitsschaltung 954 einen FMCW-Generator, der mit der Software-PLL gekoppelt ist, der die Frequenzerzeugung der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen von FMCW-Schemata implementiert.
  • 9c veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Software-PLL 970, die in verschiedenen Ausführungsformen von HF-Systemen verwendet werden kann. Die Software-PLL umfasst einen Hochfrequenzteil 972, einen Basisbandteil 971 und einen externen Tiefpassfilter 986. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Hochfrequenzteil 972 auf einer integrierten Front-End-Schaltung wie etwa dem in 9a gezeigten HF-Front-End 902 implementiert sein, und der Basisbandteil 971 kann auf einer Basisbandschaltung wie etwa der Basisbandverarbeitungsschaltung 901 implementiert sein. Während des Betriebs stellt der VCO 974 ein Ausgabesignal eines lokalen Oszillators LO bereit, das eine Frequenz aufweist, die gemäß der Eingabespannung Vtune festgelegt ist. Das Signal des lokalen Oszillators LO wird unter Verwendung eines Teilers 976 geteilt, um ein geteiltes Signal DivOut zu erzeugen, welches über den ADC 978 digitalisiert wird. Die Funktion des ADC 978 kann unter Verwendung von dem in 9a gezeigten ADC 921 zum Beispiel durch Zeitmultiplexen von Abtastwerten oder unter Verwendung eines getrennten Analog-Digital-Wandlers implementiert werden. Eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) 980 wird aus der digitalisierten Teilerausgabe entnommen, und eine Nachschlagetabelle 982 wird verwendet, um die Ausgabe von FFT auf eine Steuerspannung abzubilden, die durch den DAC 984 erzeugt werden soll. Der Tiefpassfilter 986 kann für thermisches Rauschen und Quantisierungsrauschen von der Ausgabe des DAC 984 verwendet werden, um gute Phasenrauschleistung sicherzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die FFT 980 unter Verwendung von auf dem Gebiet der Erfindung bekannter digitaler Signalverarbeitungshardware und -software implementiert sein.
  • In einer Ausführungsform, die eine Software-PLL verwendet, wird in Bezug auf das Phasenrauschen eines 60-GHz-VCO die folgende Annahme getroffen:
    PNssb @10kHz = –50dBc/Hz;
    PNssb @100kHz = –80dBc/Hz;
    PNssb @1MHz = –100dBc/Hz; und
    PNssb @10MHz = –120dBc/Hz.
  • Wie in 9d gezeigt ist, können synthetische Empfangskanäle durch Senden eines Radarsignals von den Sendeantennen T1 und T2 zu unterschiedlichen Zeiten implementiert sein. Beispielsweise wird während einer ersten Zeitdauer ein erstes Radarsignal über die Antenne T1 und nicht über die Antenne T2 gesendet, und das resultierende reflektierte Signal wird durch die Antennenelemente R1, R2, R3 und R4 aufgefangen, um eine erste Gruppe an empfangenen Signalen zu bilden. Während einer zweiten Zeitdauer wird ein zweites Radarsignal über die Antenne T2 und nicht über die Antenne T1 gesendet, und das resultierende reflektierte Signal wird durch die Antennenelemente R1, R2, R3 und R4 aufgefangen, um eine zweite Gruppe an empfangenen Signalen zu bilden. Aufgrund des räumlichen Unterschieds zwischen den Antennen T1 und T2 können die erste und die zweite Gruppe der empfangenen Signale kombiniert werden, um räumliche Informationen über die verschiedenen Ziele, die durch die Ausführungsform des Radarsystems abgefühlt und beobachtet werden, zu erzeugen.
  • 10a veranschaulicht eine Leiterplatte 1000 einer Ausführungsform eines Radarsystems, auf der Sende-Patch-Antennen 1002 und 1004 und Empfangs-Patch-Antennen 1006 auf der Leiterplatte angeordnet sind. In manchen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 1000 unter Verwendung eines PCB-Materials mit niedrigem εr wie etwa Rogers-3003-Reihe-PCB-Material implementiert sein. Auf der Leiterplatte 1000 sind auch eine HF-Front-End-IC 1022, eine PLL-IC 1010, eine Integrator-IC 1008, die verwendet wird, um die PLL-IC 1010 zu unterstützen, ein VGA 1012, eine Mikrosteuereinheit 1014 und Spannungsregler mit geringem Spannungsabfall 1016, 1018 und 1020 gezeigt. In Ausführungsformen, in denen Patch-Antennen verwendet werden, kann die Masseebene des Schichtstapels optimiert werden, um die vollständige modulierte Bandbreite abzudecken. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt die Entfernung zwischen der Antennenschicht und der Masse auf dem PCB mehrere hundert Mikrometer, was einen Spalt ermöglicht, der genügend Bandbreite und Verstärkung für das Antennenelement bereitstellt. Um einen solchen Spalt zu erhalten, kann die Masseebene auf der zweiten Schicht des PCB positioniert werden. Solche Ausführungsformen von Leiterplatten können Blinddurchkontaktierungen unter der HF-Front-End-IC 1022 und um die Mikrosteuereinheit 1014 herum umfassen, um Wärme auf die niedrigere Schicht des PCB zu senden, wo eine leitfähige Schicht wie etwa Aluminium verwendet wird, um die durch die Radarschaltungsanordnung erzeugte Wärme zu verteilen.
  • 10b veranschaulicht eine Leiterplatte 1050 einer Ausführungsform eines Radarsystems, in der alle Patch-Antennen innerhalb vom Gehäuse 1030 eingebettet sind, in welchem das HF-Front-End untergebracht ist. 10c veranschaulicht eine Schrägansicht und einen Querschnitt einer Leiterplatte 1050, auf der ein Gehäuse 1054 angeordnet ist. In einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse 1054 eine HF-Front-End-IC 1052 sowie verschiedene Patch-Antennen. Solche Ausführungsformen können hierin oben in Bezug auf die Ausführungsformen der 2, 3 und 4 beschriebene Prinzipien anwenden.
  • 10d veranschaulicht eine unbestückte Leiterplatte, die der Ausführungsform von 10b entspricht. Wie gezeigt umfasst der Landebereich, auf dem die HF-Front-End-IC angeordnet ist, Masseebenen unter einer ersten Schicht an FR4-Material sowie thermische Durchkontaktierungen.
  • 11 veranschaulicht ein Blockschaltbild der Steuerungsarchitektur 1100 einer Ausführungsform eines Systems. In einer Ausführungsform kann die Steuerungsarchitektur unter Verwendung eines Mikrosteuereinheit, eines Mikroprozessors und einer anderen auf dem Gebiet der Erfindung bekannten Steuerungsschaltanordnung implementiert sein. Die Steuerungsarchitektur kann unter Verwendung von Software oder Firmware, die auf einem nicht flüchtigen computerlesbaren Medium wie etwa einem nicht flüchtigen Medium gespeichert ist, programmiert werden oder in flüchtigen Speicher geladen werden, wenn das System eingeschaltet wird.
  • Das Radarsystem 1104 ist für die gesamte Flusssteuerung und Koordinierung aller Firmware-Module verantwortlich, und es wird ein Rahmen-Sequenzer 1108 verwendet, um Chirps zu verarbeiten und um Echtzeitdatennachbearbeitung bereitzustellen. Es wird eine Antennensteuereinheit 1112 verwendet, um die Empfangs- und Sendeantennen zu aktivieren und Leistungssteuerung für die analoge und HF-Schaltungsanordnung innerhalb der Ausführungsform des Radarsystems bereitzustellen. Der Chirp-Generator 1110 ist konfiguriert, um einen Hardware-PLL-Chip zu steuern und/oder kann für DAC-Daten für Software-Chirp-Erzeugung konfiguriert sein.
  • Ein Kommunikationsprotokoll 1102 stellt Interaktion mit einem Host-Computer bereit und kann konfiguriert sein, um Nachrichtendaten zu formatieren und um Datenintegrität zu überprüfen; und ein Zieldetektierungsalgorithmus 1106 stellt Digitalsignalverarbeitungs-(DSP-)Funktionen für die Nachverarbeitung von abgetasteten IF-Daten bereit und kann konfiguriert sein, um Ziele und Gesten zu detektieren. Ein Front-End-Chip-Treiber 1114 ist über eine Schnittstelle an Front-End-Konfigurationsregister angeschlossen und legt SPI-Daten an, die über die SPI-Schnittstelle an die Front-End-Konfigurationsregister übermittelt werden sollen. In einer Ausführungsform ist ein PLL-Chip-Treiber 1113 an das PLL-Chip-Konfigurationsregister über eine Schnittstelle angeschlossen und legt Daten an, die über die SPI-Schnittstelle an den PLL-Chip übermittelt werden sollen. Ein SPI-Treiber 1120 verarbeitet die Peripherie-Registereinstellungen auf niedriger Ebene, um Daten über die SPI-Schnittstelle zu senden, und ein ADC-Treiber 1122 verarbeitet Peripherie-Registereinstellungen auf niedriger Ebene für den ADC und legt einen Direktspeicherzugriff (DMA) für den ADC an. Ein DAC-Treiber 1118 verarbeitet Peripherie-Registereinstellungen auf niedriger Ebene für den DAC, und ein Zeitsteuerungstreiber 1124 erzeugt Signale in festgelegten Intervallen für Echtzeitverarbeitung. Der Zeitsteuerungstreiber 1124 kann auch einen Abtasttakt für den ADC erzeugen. Ein USB/VCOM-Block 1116 verarbeitet USB-Peripherie-Registereinstellungen auf niedriger Ebene und implementiert einen USB-Kommunikationsstapel.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerungsarchitektur 1100 eine Ausführungsform eines Radarsystems in einem automatischen Auslösemodus oder in einem manuellen Auslösemodus steuern. Im automatischen Auslösemodus legt die Steuereinheit eine Sequenz von Chirps an, die einen Rahmen bilden, und verarbeitet die Rahmen in einem vom Nutzer festgelegten Intervall. Während des Betriebs werden Rohdaten an einen externen Host-Computer gesendet, und/oder die Rohdaten werden verarbeitet, um Ziele und Gesten zu detektieren, wobei in diesem Fall die verarbeiteten Ziel- und Gestendaten an den externen Host-Computer gesendet werden. Eine Neukonfiguration der Antennenanordnung kann zwischen den Chirps eines Rahmens auftreten.
  • In einer Ausführungsform startet der Rahmen-Sequenzer den Betrieb beim Empfangen eines Startbefehls von dem externen Host-Computer und setzt den Betrieb fort, bis ein Stoppbefehl von dem externen Host-Computer empfangen wird. In manchen Ausführungsformen stoppt der Rahmen-Sequenzer automatisch nach einer bestimmten Anzahl an Rahmen. Um Energie zu sparen kann die Steuereinheit die HF-Schaltungsanordnung zwischen den Rahmen teilweise abschalten.
  • 12 veranschaulicht ein Flussschaltbild 1200 einer Ausführungsform eines automatischen Auslösemodus des Betriebs. Die Kästen entlang von Linien 1202, 1204 und 1206 zeigen den Datenfluss bei jedem Schritt an. Ein Kasten auf Linie 1202 stellt Aktivität dar, die durch den Kommunikationsprotokollblock 1102 ausgeführt wird, und ein Kasten auf Linie 1204 stellt Aktivität dar, die durch Steuerungsblocks wie etwa das Radarsystem 1104, den Rahmen-Sequenzer 1108, die Antennensteuereinheit 1112 und den Chirp-Generator 1110 ausgeführt wird. Ein Kasten auf Linie 1206 stellt Aktivität dar, die durch verschiedene Treiber auf niedriger Ebene ausgeführt wird.
  • In Schritt 1210 sendet der externe Computer ADC und Chirp-Parameter. Die Parameter definieren den Betrieb des ADC wie etwa die Abtastrate und definieren die Eigenschaften der zu sendenden Frequenzrampe. In Schritt 1212 konfiguriert das Radarsystem 1104 den ADC mit den festgelegten Parametern. In Schritt 1214 sendet der externe Computer Rahmen-Sequenz-Einstellungen an den Rahmen-Sequenzer 1108, und in Schritt 1216 richtet das Radarsystem 1104 den Rahmen-Sequenzer 1108 mit einer Chirp-Sequenz ein, die die gesendete Frequenzrampe definiert.
  • In Schritt 1218 wird ein Startbefehl von dem externen Computer empfangen. Ist dieser Startbefehl empfangen, schaltet das Radarsystem 1104 in Schritt 1220 die HF-Schaltungsanordnung ein, konfiguriert in Schritt 1222 den Chirp-Generator 1110 oder eine Hardware-PLL mit den aktuellen Chirp-Einstellungen und startet in Schritt 1224 den Rahmen-Sequenzer 1108. Der Rahmen-Sequenzer 1108 löst Rahmen mit der gewünschten Rate aus, bis das System stoppt (Schritt 1226).
  • In einer Ausführungsform löst der Rahmen-Sequenzer 1108 Rahmen gemäß den Schritten 1228 bis 1242 aus. In Schritt 1228 löst der Rahmen-Sequenzer 1108 einen Rahmen aus. Empfangs-und Sendeantennen werden für den nächsten Chirp in Schritt 1230 aktiviert, und der Rahmen-Sequenzer 1108 richtet in Schritt 1232 einen DMA-Kanal für IF-Abtastdaten ein. In Schritt 1234 löst der Rahmen-Sequenzer 1108 den Chirp-Generator 1110 aus, um eine Frequenzrampe zu erzeugen. Als Nächstes startet in Schritt 1236 der Rahmen-Sequenzer 1108 das ADC-Abtasten. Wenn der Chirp abgeschlossen ist, sendet der Rahmen-Sequenzer 1108 die abgetasteten Daten an den externen Computer (Schritt 1238), und der nächste Chirp des Rahmens wird verarbeitet (Schritt 1240). In manchen Ausführungsformen schaltet der Rahmen-Sequenzer 1108 in Schritt 1242 die Antennen ab, um Energie zu sparen. Wenn in Schritt 1244 ein Stoppbefehl von dem externen Computer empfangen wird, schaltet das Radarsystem in Schritt 1246 die HF-Schaltungsanordnung ab.
  • In einer Ausführungsform eines manuellen Auslösemodus wird die analoge HF-Schaltungsanordnung nach einem Startbefehl von dem externen Host-Computer eingeschaltet. In manchen Ausführungsformen ist die HF-Schaltung jedoch kontinuierlich eingeschaltet. Beim Empfangen eines Befehls vom externen Host-Computer werden Chirps ausgelöst, und nachdem der Chirp abgeschlossen ist, werden die abgetasteten IF-Daten an den externen Host-Computer gesendet. In einer Ausführungsform werden die abgetasteten Daten nicht verarbeitet. Die Antennenanordnung kann zu jeder Zeit geändert werden, indem ein Startbefehl mit neuen Einstellungen gesendet wird. Die Chirp-Einstellung kann in manchen Ausführungsformen zu jeder Zeit geändert werden.
  • 13 veranschaulicht ein Flussschaltbild 1300 einer Ausführungsform eines manuellen Auslösemodus des Betriebs. Die Kästen entlang der Linien 1302, 1304 und 1306 zeigen den Datenfluss bei jedem Schritt an. Ein Kasten auf Linie 1302 stellt Aktivität dar, die durch den Kommunikationsprotokollblock 1102 ausgeführt wird, und ein Kasten auf Linie 1304 stellt Aktivität dar, die durch Steuerungsblocks wie etwa das Radarsystem 1104, den Rahmen-Sequenzer 1108, die Antennensteuereinheit 1112 und den Chirp-Generator 1110 ausgeführt wird. Ein Kasten auf Linie 1306 stellt Aktivität dar, die durch verschiedene Treiber auf niedriger Ebene ausgeführt wird.
  • In einer Ausführungsform wird in Schritt 1310 ein Startbefehl von dem externen Computer empfangen. Ist dieser Startbefehl empfangen, schaltet das Radarsystem 1104 die HF-Schaltungsanordnung innerhalb vom Radarsystem ein (Schritt 1312), konfiguriert den Chirp-Generator 1110 oder eine Hardware-PLL mit den aktuellen Chirp-Einstellungen (Schritt 1314) und aktiviert die Empfangs- und Sendeantennen innerhalb vom Radarsystem (Schritt 1316). In Schritt 1318 richtet das Radarsystem 1104 internes Routing für die abgetasteten Daten ein.
  • In Schritt 1320 werden ADC-Parameter und Chirp-Parameter von dem externen Computer empfangen, und in Schritt 1322 konfiguriert das Radarsystem 1104 den ADC mit den empfangenen Parametern. In Schritt 1324 konfiguriert das Radarsystem 1104 den Chirp-Generator 1110 oder die Hardware-PLL mit den neu empfangenen Chirp-Einstellungen.
  • Wenn ein Auslösebefehl in Schritt 1326 vom externen Computer empfangen wird, richtet das Radarsystem 1104 einen DMA-Kanal für IF-Abtastdaten ein (Schritt 1328), löst in Schritt 1330 den Chirp-Generator 1110 aus, um eine Frequenzrampe zu erzeugen, und startet das ADC-Abtasten (1332). Wenn der Chirp oder die Frequenzrampe abgeschlossen ist, sendet das Radarsystem 1104 die abgetasteten Daten in Schritt 1334 an den externen Computer. Beim Empfangen eines Stoppbefehls von dem externen Computer (Schritt 1336) schaltet das Radarsystem 1104 die HF-Schaltungsanordnung im Radarsystem ab (Schritt 1338).
  • Nun in Bezug auf 14 ist ein Blockschaltbild eines Verarbeitungssystems 1400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Das Verarbeitungssystem 1400 stellt eine universelle Plattform und die allgemeinen Komponenten und die Funktionalität dar, die verwendet werden können, um Teile der Ausführungsform des Radarsystems und/oder einen externen Computer oder eine Verarbeitungsvorrichtung, die mit der Ausführungsform des Radarsystems verbunden ist, zu implementieren. Das Verarbeitungssystem 1400 kann zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 1402, einen Speicher 1404 und ein Massenspeichergerät 1406, das mit einem Bus 1408 verbunden ist, umfassen, um die oben erörterten Prozesse durchzuführen. Das Verarbeitungssystem 1400 kann ferner, wenn es gewünscht oder benötigt ist, einen Videoadapter 1410, um Konnektivität mit einem lokalen Bildschirm 1412 bereitzustellen, und einen Eingabe-/Ausgabe-(E/A-)Adapter 1414, um eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle für eine oder mehrere Eingabe-/Ausgabe-Geräte 1416 wie etwa eine Maus, eine Tastatur, einen Drucker, ein Bandlaufwerk, ein CD-Laufwerk oder dergleichen bereitzustellen, umfassen.
  • Das Verarbeitungssystem 1400 umfasst außerdem eine Netzwerkschnittstelle 1418, die unter Verwendung eines Netzwerkadapters, der konfiguriert ist, um mit einer Drahtverbindung wie etwa einem Ethernet-Kabel, einer USB-Schnittstelle oder dergleichen, und/oder einer drahtlosen/mobilen Verbindung für Kommunikation mit einem Netzwerk 1420 gekoppelt zu werden, implementiert werden kann. Die Netzwerkschnittstelle 1418 kann auch einen geeigneten Empfänger und Sender für drahtlose Kommunikation umfassen. Es soll angemerkt werden, dass das Verarbeitungssystem 1400 weitere Komponenten umfassen kann. Beispielsweise kann das Verarbeitungssystem 1400 Leistungsversorgungen, Kabel, eine Hauptplatine, entfernbare Speichermedien, Gehäuse und dergleichen umfassen. Diese anderen Komponenten sind als Teil des Verarbeitungssystems 1400 zu sehen, auch wenn sie nicht gezeigt sind.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hier zusammengefasst. Es können auch weitere Ausführungsformen verstanden werden, die Gesamtheit der Beschreibung und der hierin eingereichten Ansprüche zu bilden. Ein allgemeiner Aspekt umfasst eine eingehauste Hochfrequenz-(HF-)Schaltung, die eine integrierte Hochfrequenzschaltung (HFIC) aufweist, die auf einem Gehäusesubstrat angeordnet ist, ein Empfangsantennensystem, das auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an eine erste Kante der HFIC angeordnet ist, eine erste Sendeantenne, die auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an eine zweite Kante der HFIC angeordnet ist und mit dem ersten Sendeanschluss der HFIC elektrisch gekoppelt ist, eine erste Vielzahl an Lotkugeln, die auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an die HFIC angeordnet sind und mit der HFIC elektrisch verbunden sind; eine zweite Vielzahl an Lotkugeln, die auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an das Empfangsantennensystem angeordnet sind, die elektrisch potenzialfrei sind, und eine Massewand, die auf dem Gehäusesubstrat zwischen der HFIC und dem Empfangsantennensystem angeordnet ist. Die HFIC umfasst eine Vielzahl an Empfangsschaltungen, die mit Empfangsanschlüssen an der ersten Kante der HFIC gekoppelt sind, und eine erste Sendeschaltung, die mit einem ersten Sendeanschluss an der zweiten Kante der HFIC, die sich von der ersten Kante unterscheidet, gekoppelt ist, und das Empfangsantennensystem umfasst eine Vielzahl an Empfangsantennenelementen, die jeweils mit einem entsprechenden Empfangsanschluss elektrisch gekoppelt sind.
  • Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Die eingehauste HF-Schaltung, worin: die HFIC ferner eine zweite Sendeschaltung umfasst, die mit einem zweiten Sendeanschluss an einer dritten Kante der HFIC, die sich von der ersten Kante und von der zweiten Kante unterscheidet, gekoppelt ist; und die HFIC-Schaltung ferner eine zweite Sendeantenne umfasst, die auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an die dritte Kante der HFIC angeordnet ist und mit dem zweiten Sendeanschluss der HFIC elektrisch gekoppelt ist. In manchen Ausführungsformenumfasst die zweite Sendeschaltung eine Eingabe, die zwischen einem nicht modulierten Träger und einem modulierten Träger wählbar ist. Die HFIC kann ferner einen bipolaren phasenmodulierten (BPSK) Modulator umfassen, der mit der zweiten Sendeschaltung gekoppelt ist.
  • In einer Ausführungsform grenzen die zweite Kante und die dritte Kante jeweils an die erste Kante an. Jede der Vielzahl an Empfangsantennenelementen kann eine Patch-Antenne umfassen; und die erste Sendeantenne kann eine Patch-Antenne umfassen. In manchen Ausführungsformen umfasst das Empfangsantennensystem genau vier Empfangsantennenelemente. Die Massewand kann eine Vielzahl an mit Masse verbundenen Lotkugeln umfassen, die zwischen dem Empfangsantennensystem und der HFIC angeordnet sind. In manchen Umsetzungen ist die eingehauste HF-Schaltung ein Kugelgitteranordnungs-(BGA-)Gehäuse.
  • Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein System, umfassend: eine eingehauste Hochfrequenz-(HF-)Schaltung, die eine integrierte Hochfrequenzschaltung (HFIC) aufweist, die auf einem Gehäusesubstrat angeordnet ist, und eine Leiterplatte, die mit der eingehausten Hochfrequenz-(HF-)Schaltung über eine erste Vielzahl an Lotkugeln, eine zweite Vielzahl an Lotkugeln und mit Masse verbundene Lotkugeln gekoppelt ist. Die HFIC umfasst eine Vielzahl an Empfangsschaltungen, die mit Empfangsanschlüssen an einer ersten Kante der HFIC gekoppelt sind, und eine erste Sendeschaltung, die mit einem ersten Sendeanschluss an einer zweiten Kante der HFIC, die sich von der ersten Kante unterscheidet, gekoppelt ist. Die HFIC umfasst ferner ein Empfangs-Patch-Antennensystem, das auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an die erste Kante der HFIC angeordnet ist, das eine Vielzahl an Empfangs-Patch-Antennen-Elementen umfasst, die jeweils mit einem entsprechenden Empfangsanschluss elektrisch gekoppelt sind, eine erste Sende-Patch-Antenne, die auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an die zweite Kante der HFIC angeordnet ist und mit dem ersten Sendeanschluss der HFIC elektrisch gekoppelt ist, eine zweite Sende-Patch-Antenne, die auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an die zweite Kante der HFIC angeordnet ist und mit dem zweiten Sendeanschluss der HFIC elektrisch gekoppelt ist, eine erste Vielzahl an Lotkugeln, die auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an die HFIC angeordnet sind und mit der HFIC elektrisch gekoppelt sind, eine zweite Vielzahl an Lotkugeln, die auf dem Gehäusesubstrat angrenzend an das Empfangs-Patch-Antennen-System angeordnet sind, worin die zweite Vielzahl der Lotkugeln elektrisch potenzialfrei ist, und eine Massewand, die auf dem Gehäusesubstrat zwischen der HFIC und dem Empfangs-Patch-Antennensystem angeordnet ist, worin die Massewand mit Masse verbundene Lotkugeln umfasst. Die eingehauste Hochfrequenz-(HF-)Schaltung umfasst außerdem eine Leiterplatte, die mit der eingehausten Hochfrequenz-(HF-)Schaltung über die erste Vielzahl an Lotkugeln, die zweite Vielzahl an Lotkugeln und die mit Masse verbundenen Lotkugeln gekoppelt ist.
  • Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das System, worin die Leiterplatte eine FR4-Schicht und eine Masseebene umfasst, worin die Masseebene auf einer der eingehausten Hochfrequenz-(HF-)Schaltung entgegengesetzten Seite der Leiterplatte angeordnet ist. In manchen Ausführungsformen umfasst das Empfangs-Patch-Antennen-System genau vier Empfangs-Patch-Antennenelemente. In manchen Ausführungsformen umfasst die eingehauste HF-Schaltung ein Kugelgitteranordnungs-(BGA-)Gehäuse.
  • Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein System, umfassend: eine Leiterplatte; eine integrierte Hochfrequenzschaltung (HFIC), die auf der Leiterplatte angeordnet ist, wobei die HFIC eine Vielzahl an Empfangsschaltungen, die mit Empfangsanschlüssen an einer ersten Kante der HFIC gekoppelt sind, und eine erste Sendeschaltung, die mit einem ersten Sendeanschluss an einer zweiten Kante der HFIC, die sich von der ersten Kante unterscheidet, gekoppelt ist, umfasst; ein Empfangs-Patch-Antennensystem, das auf der Leiterplatte angrenzend an die erste Kante der HFIC angeordnet ist, wobei das Empfangs-Patch-Antennensystem eine Vielzahl an Empfangs-Patch-Antennen-Elementen umfasst, die jeweils mit einem entsprechenden Empfangsanschluss elektrisch gekoppelt sind; eine erste Sende-Patch-Antenne, die auf der Leiterplatte angrenzend an die zweite Kante der HFIC angeordnet ist und mit dem ersten Sendeanschluss der HFIC elektrisch gekoppelt ist; eine zweite Sende-Patch-Antenne, die auf der Leiterplatte angrenzend an die zweite Kante der HFIC angeordnet ist und mit dem zweiten Sendeanschluss der HFIC elektrisch gekoppelt ist; eine erste Vielzahl an Lotkugeln, die auf der Leiterplatte angrenzend an die HFIC angeordnet sind und mit der HFIC elektrisch gekoppelt sind; eine zweite Vielzahl an Lotkugeln, die auf der Leiterplatte angrenzend an das Empfangs-Patch-Antennen-System angeordnet sind, worin die zweite Vielzahl der Lotkugeln elektrisch potenzialfrei ist; und eine Massewand, die auf der Leiterplatte zwischen der HFIC und dem Empfangs-Patch-Antennensystem angeordnet ist, worin die Massewand mit Masse verbundene Lotkugeln umfasst.
  • Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das System, worin die Leiterplatte eine FR4-Schicht und eine Masseebene umfasst, worin die Masseebene auf einer der HFIC entgegengesetzten Seite der Leiterplatte angeordnet ist. Das System, worin das Empfangs-Patch-Antennen-System genau vier Empfangs-Patch-Antennenelemente umfasst. Das System, worin die HFIC ein frequenzmoduliertes Dauerstrichradar-Front-End (FMCW) umfasst. Das System, das ferner eine Basisbandgestenerkennungsschaltung umfasst, die mit der HFIC gekoppelt ist. Das System, worin die Basisbandgestenerkennungsschaltung eine Vielzahl an Analog-Digital-Wandlern (ADCs), die mit Zwischenfrequenzempfangsausgaben der HFIC gekoppelt sind; und einen Zwischenfrequenzprozessor, der mit der Vielzahl an ADCs gekoppelt ist, umfasst.
  • Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein Radarsystem, umfassend: eine Vielzahl an Empfangsantennen; eine Vielzahl an Sendeantennen; eine Radar-Front-End-Schaltung, die eine Vielzahl an Empfangsschaltungen, die mit der Vielzahl an Empfangsantennen gekoppelt sind, und eine Vielzahl an Sendeschaltungen, die mit der Vielzahl an Sendeantennen gekoppelt sind, umfasst; einen Oszillator, der einen Ausgang aufweist, der mit der Vielzahl an Sendeschaltungen gekoppelt ist; und eine Radarverarbeitungsschaltung, die mit Ausgängen der Vielzahl der Empfangsschaltungen und einem Steuereingang des Oszillators gekoppelt ist.
  • Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Radarsystem, worin die Radarverarbeitungsschaltung eine Phasenregelschleife umfasst, die mit dem Steuereingang des Oszillators gekoppelt ist. In manchen Ausführungsformen umfasst die Phasenregelschleife eine analoge Phasenregelschleife, die mit dem Steuereingang des Oszillators und der Radarverarbeitungsschaltung gekoppelt ist. Die Phasenregelschleife kann Software-PLL umfassen, die einen Digital-Analog-Wandler und einen Integrator, der zwischen einem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers und dem Steuereingang des Oszillators gekoppelt ist, aufweist.
  • In manchen Ausführungsformen umfasst die Radarverarbeitungsschaltung einen frequenzmodulierten Dauerstrich-(FMCW-)Generator, der mit dem Steuereingang des Oszillators gekoppelt ist. Der FMCW-Generator kann konfiguriert sein, um eine Modulationsbandbreite zwischen 2 GHz und 8 GHz, eine minimale Zwischenfrequenz (IF) zwischen 6 KHz und 9 KHz und eine maximale IF zwischen 150 KHz und 250 KHz zu erzeugen. Das Radarsystem kann ferner einen digitalen Signalprozessor umfassen, der mit Ausgängen der Vielzahl an Analog-Digital-Wandlern gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist der digitale Signalprozessor konfiguriert, um eine gewichtete FFT auf jeder der Ausgaben der Vielzahl an Analog-Digital-Wandlern durchzuführen und Ergebnisse der gewichteten FFT zusammenzufassen, um eine gewichtete Summe zu bilden. In einer weiteren Ausführungsform ist der FMCW-Generator konfiguriert, um eine Modulationsbandbreite zwischen 2 GHz und 8 GHz, eine minimale Zwischenfrequenz (IF) zwischen 3 KHz und 5 KHz und eine maximale IF zwischen 800 KHz und 1,2 MHz zu erzeugen. Eine Mittenfrequenz des Oszillators kann auf zwischen 50 GHz und 70 GHz festgelegt werden. In manchen Ausführungsformen umfasst das Radarsystem ferner eine Vielzahl an Analog-Digital-Wandlern, die Eingänge aufweisen, die mit entsprechenden Ausgängen der Vielzahl an Empfangsschaltungen gekoppelt sind.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Radarsystem ferner eine digitale Schnittstelle umfassen, die mit Ausgängen der Vielzahl an Analog-Digital-Wandlern gekoppelt ist. Die digitale Schnittstelle kann zum Beispiel unter Verwendung einer USB-Schnittstelle implementiert werden. In einer Ausführungsform ist die Radarverarbeitungsschaltung konfiguriert, um eine erste der Vielzahl an Sendeschaltungen für eine erste Zeitdauer zu aktivieren und anschließend eine zweite der Vielzahl an Sendeschaltungen für eine zweite Zeitdauer nach der ersten Zeitdauer zu aktivieren. In Bezug auf die Weise, auf die die Antennen implementiert werden, kann die Vielzahl an Empfangsantennen eine Vielzahl an Yagi-Uda-Empfangsantennen umfassen, und die Vielzahl an Sendeantennen kann eine Yagi-Uda-Sendeantenne umfassen. In weiteren Ausführungsformen umfasst die Vielzahl an Empfangsantennen eine Vielzahl an Patch-Empfangsantennen, und die Vielzahl an Sendeantennen umfasst eine Vielzahl an Patch-Sendeantennen. Die Vielzahl an Patch-Empfangsantennen kann angrenzend an eine erste Kante der Radar-Front-End-Schaltung angeordnet sein, sodass ein erster Teil der Vielzahl der Patch-Sendeantennen auf einer zweiten Kante der Radar-Front-End-Schaltung und ein zweiter Teil der Vielzahl der Patch-Sendeantennen auf einer dritten Kante der Radar-Front-End-Schaltung angeordnet ist. In manchen Ausführungsformen grenzt die zweite Kante an die erste Kante an, und die dritte Kante grenzt an die erste Kante an.
  • Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, umfassend: das Empfangen von Radarkonfigurationsdaten von einem Host, die Chirp-Parameter und Rahmen-Sequenz-Einstellungen umfassen. Das Verfahren umfasst ferner das Empfangen eines Startbefehls von dem Host, nachdem die Radarkonfigurationsdaten empfangen wurden; und nach dem Empfangen des Startbefehls das Konfigurieren einer Frequenzerzeugungsschaltung mit den Chirp-Parametern, das Konfigurieren eines Rahmen-Sequenzers mit den Rahmen-Sequenzer-Einstellungen und das Auslösen von Radar-Rahmen mit einer vorbestimmten Rate.
  • Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Verfahren, ferner umfassend: das Empfangen eines Stoppbefehls von dem Host; und das Stoppen des Auslösens der Radar-Rahmen beim Empfang des Stoppbefehls. Das Verfahren kann ferner das Abschalten der HF-Schaltungsanordnung des Radarsystems beim Empfang des Stoppbefehls und ferner das Einschalten der HF-Schaltungsanordnung des Radarsystems beim Empfangen des Startbefehls umfassen. In manchen Ausführungsformen umfasst das Auslösen der Radar-Rahmen: das Auslösen einer Frequenzerzeugungsschaltung, um eine Frequenzrampe basierend auf den Chirp-Parametern zu erzeugen; das Empfangen von Abtastwerten von einem Analog-Digital-Wandler, der mit einem Empfänger des Radarsystems gekoppelt ist; und das Senden der empfangenen Abtastwerte an den Host. Das Auslösen von Radar-Rahmen kann ferner: das Aktivieren von Empfangs- und Sendeantennen des Radarsystems am Anfang des Radar-Rahmens; und das Deaktivieren der Empfangs- und Sendeantennen des Radarsystems am Ende des Radar-Rahmens umfassen.
  • Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, umfassend: das Empfangen von Radarkonfigurationsdaten von einem Host, die Chirp-Parameter umfassen. Beim Empfang der Radarkonfigurationsdaten wird eine Frequenzerzeugungsschaltung mit den Chirp-Parametern konfiguriert; ein Auslösebefehl wird von dem Host empfangen; und beim Empfang des Auslösebefehls wird die Frequenzerzeugungsschaltung ausgelöst, um eine Frequenzrampe basierend auf den Chirp-Parametern durchzuführen, Abtastwerte werden von dem Radarsystem empfangen und die empfangenen Abtastwerte werden an den Host gesendet.
  • Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Verfahren, ferner umfassend: das Empfangen eines Startbefehls von dem Host; beim Empfangen des Startbefehls das Einschalten der HF-Schaltungsanordnung des Radarsystems und das Aktivieren der Empfangs- und Sendeantennen des Radarsystems; das Empfangen eines Stoppbefehls von dem Host; und beim Empfangen des Stoppbefehls das Abschalten der HF-Schaltungsanordnung. Das Verfahren kann beim Empfangen des Startbefehls ferner das Konfigurieren von internem Routing für abgetastete Daten umfassen. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren beim Empfangen des Auslösebefehls ferner das Starten eines Analog-Digital-Wandlers, der mit Empfängern des Radarsystems gekoppelt ist, um mit dem Abtasten zu beginnen.
  • Ein weiterer Aspekt umfasst ein Radarsystem, das eine Prozessorschaltung, die konfiguriert ist, um mit Radarhardware gekoppelt zu sein, und ein nicht flüchtiges computerlesbares Medium, das mit der Prozessorschaltung gekoppelt ist, aufweist. Das nicht flüchtige computerlesbare Medium umfasst ein ausführbares Programm, das die Prozessorschaltung anweist, die Schritte des Empfangens von Radarkonfigurationsdaten von einem Host, wobei die Radarkonfigurationsdaten Chirp-Parameter und Rahmen-Sequenz-Einstellungen umfassen; und des Empfangens eines Startbefehls von dem Host nach dem Empfangen der Radarkonfigurationsdaten durchzuführen. Nach dem Empfangen des Startbefehls weist das ausführbare Programm die Prozessorschaltung an, eine Frequenzerzeugungsschaltung mit den Chirp-Parametern zu konfigurieren, einen Rahmen-Sequenzer mit den Rahmen-Sequenzer-Einstellungen zu konfigurieren und Radar-Rahmen mit einer festgelegten Geschwindigkeit auszulösen.
  • Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Radarsystem, worin das ausführbare Programm die Prozessorschaltung anweist, die folgenden weiteren Schritte durchzuführen: das Empfangen eines Stoppbefehls von dem Host und das Stoppen des Auslösens der Radar-Rahmen beim Empfangen des Stoppbefehls. Das ausführbare Programm kann die Prozessorschaltung ferner anweisen, den weiteren Schritt des Abschaltens der HF-Schaltungsanordnung des Radarsystems beim Empfangen des Stoppbefehls durchzuführen und/oder den weiteren Schritt des Einschaltens der HF-Schaltungsanordnung des Radarsystems beim Empfangen des Startbefehls durchzuführen. In manchen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Befehls des ausführbaren Programms des Auslösens der Radar-Rahmen die folgenden Schritte: das Auslösen einer Frequenzerzeugungsschaltung, um eine Frequenzrampe basierend auf den Chirp-Parametern zu erzeugen; das Empfangen von Abtastwerten von einem Analog-Digital-Wandler, der mit einem Empfänger des Radarsystems gekoppelt ist; und das Senden der empfangenen Abtastwerte an den Host. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Befehls des ausführbaren Programms des Auslösens der Radar-Rahmen ferner die folgenden Schritte: das Aktivieren von Empfangsantennen und Sendeantennen des Radarsystems am Beginn des Radar-Rahmens; und das Deaktivieren der Empfangsantennen und Sendeantennen des Radarsystems am Ende des Radar-Rahmens. In manchen Ausführungsformen umfasst das Radarsystem ferner Radar-Hardware, die HF-Schaltungsanordnung und die Frequenzerzeugungsschaltung umfassen kann.
  • Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein Radarsystem, das eine Prozessorschaltung, die konfiguriert ist, um mit Radarhardware gekoppelt zu sein, und ein nicht flüchtiges computerlesbares Medium, das mit der Prozessorschaltung gekoppelt ist, aufweist. Das nicht flüchtige computerlesbare Medium umfasst ein ausführbares Programm, das die Prozessorschaltung anweist, die folgenden Schritte durchzuführen: das Empfangen von Radarkonfigurationsdaten von einem Host, wobei die Radarkonfigurationsdaten Chirp-Parameter umfassen; beim Empfangen der Radarkonfigurationsdaten das Konfigurieren einer Frequenzerzeugungsschaltung mit den Chirp-Parametern; das Empfangen eines Auslösebefehls von dem Host; und beim Empfangen des Auslösebefehls das Auslösen der Frequenzerzeugungsschaltung, um eine Frequenzrampe basierend auf den Chirp-Parametern durchzuführen, das Empfangen von Abtastwerten von dem Radarsystem und das Senden der empfangenen Abtastwerte an den Host.
  • Umsetzungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Radarsystem, worin das ausführbare Programm die Prozessorschaltung anweist, die folgenden weiteren Schritte durchzuführen: das Empfangen eines Startbefehls von dem Host; beim Empfangen des Startbefehls das Einschalten der HF-Schaltungsanordnung des Radarsystems und das Aktivieren von Empfangs- und Sendeantennen des Radarsystems; das Empfangen eines Stoppbefehls von dem Host; und beim Empfangen des Stoppbefehls das Abschalten der HF-Schaltungsanordnung. Das ausführbare Programm kann die Prozessorschaltung anweisen, die weiteren Schritte des Konfigurierens von internem Routing für abgetastete Daten beim Empfang des Startbefehls und/oder beim Empfangen des Auslösebefehls das Starten eines Analog-Digital-Wandlers, der mit Empfängern des Radarsystems gekoppelt ist, durchzuführen, um mit dem Abtasten zu beginnen. In manchen Ausführungsformen umfasst das Radarsystem ferner Radar-Hardware. Die Radar-Hardware kann zum Beispiel die HF-Schaltungsanordnung und die Frequenzerzeugungsschaltung umfassen.
  • Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Fähigkeit, ein Hochfrequenzradarsystem in einem kleinen, kostengünstigen Gehäuse zu implementieren. Ausführungsformen, die Platzhalterlotkugeln verwenden, sind vorteilhaft, da sie mechanisch stabil sind und die Lotkugeln selbst ihre Integrität über viele Temperaturzyklen hinweg erhalten. In manchen Ausführungsformen kann jede Lotkugel konfiguriert sein, um mehr als 500 Temperaturzyklen standzuhalten.
  • Ein weiterer Vorteil umfasst die Fähigkeit, ein genaues Gestenerkennungssystem in einem kleinen Formfaktor bereitstellen. Weitere Vorteile von manchen Ausführungsformen umfassen die Fähigkeit für einen Entwickler, ein Hochfrequenz-HF-System zu entwickeln, ohne sich über Hochfrequenzübergangsentwicklung Sorgen zu machen. Demgemäß können sich Systementwickler für Ausführungsformen von HF-Radarsystemen auf die Entwicklung von Algorithmen zum Verarbeitung der Rohdaten, die durch die Ausführungsform der HF-Hardware erzeugt wurden, konzentrieren.
  • Auch wenn diese Erfindung in Bezug auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht in einschränkender Weise aufgefasst werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie weitere Ausführungsformen der Erfindung sind Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bei Bezugnahme auf die Beschreibung ersichtlich.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, umfassend: Empfangen von Radarkonfigurationsdaten von einem Host, wobei die Radarkonfigurationsdaten Chirp-Parameter und Rahmen-Sequenz-Einstellungen umfassen; Empfangen eines Startbefehls von dem Host, nachdem die Radarkonfigurationsdaten empfangen wurden; und, nach dem Empfangen des Startbefehls, Konfigurieren einer Frequenzerzeugungsschaltung mit den Chirp-Parametern, Konfigurieren eines Rahmen-Sequenzers mit den Rahmen-Sequenzer-Einstellungen und Auslösen von Radar-Rahmen mit einer vorbestimmten Rate.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Empfangen eines Stoppbefehls von dem Host; und Stoppen des Auslösens der Radar-Rahmen bei Empfang des Stoppbefehls.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Abschalten einer Hochfrequenz-Schaltungsanordnung des Radarsystems beim Empfang des Stoppbefehls.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, ferner umfassend ein Einschalten einer Hochfrequenz-Schaltungsanordnung des Radarsystems beim Empfang des Startbefehls.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Auslösen der Radar-Rahmen Folgendes umfasst: Ansteuern einer Frequenzerzeugungsschaltung, um eine Frequenzrampe basierend auf den Chirp-Parametern zu erzeugen; Empfangen von Abtastwerten von einem Analog-Digital-Wandler, der mit einem Empfänger des Radarsystems gekoppelt ist; und Senden der empfangenen Abtastwerte an den Host.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Auslösen der Radar-Rahmen ferner Folgendes umfasst: Aktivieren von Empfangs- und Sendeantennen des Radarsystems am Anfang des Radar-Rahmens; und Deaktivieren der Empfangs- und Sendeantennen des Radarsystems am Ende des Radar-Rahmens.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems, umfassend: Empfangen von Radarkonfigurationsdaten von einem Host, wobei die Radarkonfigurationsdaten Chirp-Parameter umfassen; bei Empfang der Radarkonfigurationsdaten: Konfigurieren einer Frequenzerzeugungsschaltung mit den Chirp-Parametern; Empfangen eines Auslösebefehls von dem Host; und bei Empfang des Auslösebefehls: Ansteuern der Frequenzerzeugungsschaltung, um eine Frequenzrampe basierend auf den Chirp-Parametern durchzuführen, Empfangen von Abtastwerten von dem Radarsystem und Senden von empfangenen Abtastwerten an den Host.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Empfangen eines Startbefehls von dem Host; bei Empfang des Startbefehls: Einschalten einer Hochfrequenz-Schaltungsanordnung des Radarsystems und Aktivieren der Empfangs- und Sendeantennen des Radarsystems; Empfangen eines Stoppbefehls von dem Host; und bei Empfang des Stoppbefehls: Abschalten der Hochfrequenz-Schaltungsanordnung.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Konfigurieren von internem Routing für abgetastete Daten bei Empfang des Startbefehls.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Starten eines Analog-Digital-Wandlers bei Empfang des Auslösebefehls, wobei der Analog-Digital-Wandler mit Empfängern des Radarsystems gekoppelt ist, um mit dem Abtasten zu beginnen.
  11. Radarsystem, umfassend: eine Prozessorschaltung, die eingerichtet ist, um mit einer Radarhardware gekoppelt zu werden; und ein nicht flüchtiges computerlesbares Medium, das mit der Prozessorschaltung gekoppelt ist, wobei das nicht flüchtige computerlesbare Medium ein ausführbares Programm umfasst, das die Prozessorschaltung anweist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10 durchzuführen.
  12. Radarsystem nach Anspruch 11, ferner Radar-Hardware umfassend.
  13. Radarsystem nach Anspruch 12, wobei die Radar-Hardware Folgendens umfasst: eine Hochfrequenz-Schaltungsanordnung, und die Frequenzerzeugungsschaltung.
  14. Radarsystem, umfassend: eine Verarbeitungseinrichtung, die eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10 durchzuführen.
  15. Radarsystem nach Anspruch 14, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine Empfangseinrichtung zum Empfangen der Radarkonfigurationsdaten umfasst.
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