DE102017201141A1

DE102017201141A1 - Radarsystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102017201141A1
Application number: DE102017201141.6A
Authority: DE
Inventors: Marcel Mayer; Dirk Steinbuch; Michael Schoor; Michael Ott
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2018-07-26
Also published as: WO2018137809A1

Abstract

Radarsystem für Kraftfahrzeuge mit mehreren synchron arbeitenden Hochfrequenzbausteinen (10, 12), von denen einer (10) als Master arbeitet, während mindestens ein anderer Hochfrequenzbaustein (12) als Slave arbeitet und für seine Synchronisation mit dem Master einen Synchronisationssignaleingang (26) aufweist, dem ein Synchronisationssignal von einem Synchronisationsausgang (22) des Masters zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Master (10) für seine Synchronisation einen Synchronisationssignaleingang (30) aufweist, dem das Synchronisationssignal von seinem eigenen Synchronisationssignalausgang (22) über ein Verzögerungsglied (28) mit einer Zeitverzögerung zugeführt wird, die gleich der Dauer der Signalausbreitung vom Synchronisationssignalausgang (22) des Masters zum Synchronisationssignaleingang (26) des Slaves ist.

Description

Die Erfindung betrifft Radarsystem für Kraftfahrzeuge, mit mehreren synchron arbeitenden Hochfrequenzbausteinen, von denen einer als Master arbeitet, während mindestens ein anderer Hochfrequenzbaustein als Slave arbeitet und für seine Synchronisation mit dem Master einen Synchronisationssignaleingang aufweist, dem ein Synchronisationssignal von einem Synchronisationssignalausgang des Masters zugeführt wird.
Stand der Technik
Radarsysteme werden in Kraftfahrzeugen in zunehmendem Umfang zur Erfassung des Verkehrsumfelds eingesetzt und liefern Informationen über Abstände, Relativgeschwindigkeiten und Richtungswinkel georteter Objekte an eine oder mehrere Assistenzfunktionen, die den Fahrer bei der Führung des Kraftfahrzeugs entlasten oder den menschlichen Fahrer ganz oder teilweise ersetzen. Mit steigender Autonomie dieser Assistenzfunktionen werden an die Leistungsfähigkeit der Radarsensoren bei Fahrzeugen der Oberklasse zunehmend höhere Anforderungen gestellt. Ein kostengünstiger Weg, diese Anforderungen zu erfüllen, besteht darin, dass für die Erzeugung und den Empfang der Radarsignale die gleichen Hochfrequenzbausteine eingesetzt werden wie in preisgünstigeren Radarsystemen für die Fahrzeuge der Mittelklasse, jedoch die Anzahl Anzahlt der parallel und synchron arbeitenden Hochfrequenzbausteine erhöht wird. Um eine möglichst genaue Synchronisation der Hochfrequenzbausteine zu erreichen, bietet sich dann eine Master/Slave-Architektur an, bei der einer der Bausteine (der Master) ein Hochfrequenzsignal erzeugt, das nicht nur innerhalb dieses Bausteins zur Erzeugung der Sendesignale für die Radarantennen dient, sondern als Synchronisationssignal auch den übrigen Hochfrequenzbausteinen (den Slaves) zur Verfügung gestellt wird.
Wenn bei der Objektortung eine hohe Abstandsauflösung in der Größenordnung von einigen wenigen Zentimetern gefordert ist, können jedoch schon geringe Asynchronitäten in der Größenordnung von einigen 100 Pikosekunden dazu führen, dass Abstandsdifferenzen vorgetäuscht werden, die in der Größenordnung der Abstandsauflösung oder darüber liegen und die Signalaufwertung erheblich erschweren. Das begrenzt die maximal zulässigen Leitungslängen für die Übermittlung des Synchronisationssignals von einem Baustein zum anderen. Andererseits werden in Anbetracht der Größe der einzelnen Hochfrequenzbausteine und aufgrund des Erfordernisses, diese Bausteine geeignet auf einem gemeinsamen Substrat anzuordnen, Leitungslängen in der Größenordnung von 5 cm oder mehr benötigt. Bei einer üblichen Permissivitätszahl des Substrats in der Größenordnung von 3 kann es bei diesen Leitungslängen schon zu Synchronisationsfehlern kommen, die nicht mehr tolerierbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Synchronität zwischen den Halbleiterbausteinen zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auch der Master für seine Synchronisation einen Synchronisationssignaleingang aufweist, dem das Synchronisationssignal von seinen eigenen Synchronisationsausgang über ein Verzögerungsglied mit einer Zeitverzögerung zugeführt wird, die gleich der Dauer der Signalausbreitung vom Synchronisationsausgang des Masters zum Synchronisationseingang des Slaves ist.
Das Synchronisationssignal wird von einem lokalen Oszillator im Master erzeugt und wird dann in allen Hochfrequenzbausteinen im Prinzip auf die gleiche Weise weiterverarbeitet, beispielsweise verstärkt, moduliert und/oder mit festgelegten Phasendifferenzen und/oder Verzweigungsverhältnissen auf mehrere Antennen verteilt, die den betreffenden Hochfrequenzbausteinen zugeordnet sind. Dabei stellt das Verzögerungsglied im Master sicher, dass die Weiterverarbeitung des Oszillatorsignals im Master selbst mit einer Zeitverzögerung erfolgt, die mit der Zeitverzögerung übereinstimmt, mit der die Weiterverarbeitung aufgrund der unvermeidlichen Signallaufzeit in den Slaves erfolgen kann. Auf diese Weise lässt sich eine äußerst präzise Synchronisation sämtlicher Hochfrequenzbausteine einschließlich des Masters erreichen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Verzögerungsglied kann durch eine Umwegleitung gebildet werden, die auf dem Substrat gebildet ist, auf dem die verschiedenen Hochfrequenzbausteine angeordnet sind. Die Leitungen, die zu den Synchronisationssignaleingängen der Slaves führen, können dann an einem geeignet gewählten Punkt von der Umwegleitung abzweigen, so dass die Länge des Teils der Umwegleitung, der vom Gabelungspunkt zum Synchronisationssignaleingang des Masters zurückführt, genau so lang ist wie die Signalwege vom Gabelungspunkt zu den Synchronisationssignaleingängen der Slaves.
Dabei versteht es sich, dass das System auch zwei oder mehr Slaves aufweisen kann, die untereinander dadurch synchronisiert sind, dass die Signalwege für das Synchronisationssignals für alle Slaves gleich lang sind. Bei einer größeren Anzahl von Slaves kann es dabei erforderlich sein, dass auch eine oder mehrere der Leitungen, die vom Gabelungspunkt zu einem Slave führen, ihrerseits eine Umwegleitung enthalten.
In einer anderen Ausführungsform kann das Verzögerungsglied auch durch einen internen Filter im Master gebildet werden. Im Prinzip ist es auch möglich, dass das Verzögerungsglied durch eine Umwegleitung auf oder in dem Halbleiterbaustein gebildet wird, der den Master bildet.
Der Synchronisationssignalausgang des Masters und die verschiedenen Synchronisationssignaleingänge können jeweils auch durch mehrere parallele Leitung miteinander verbunden sein, beispielsweise eine Leitung für ein im wesentlichen sinusförmiges Oszillatorsignal und eine Leitung für ein Taktsignal, mit dem Analog/Digital-Wandler, die in den einzelnen Hochfrequenzbausteinen enthalten sind, synchron getaktet werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Skizze eines Radarsystems mit drei Hochfrequenzbausteinen, die auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind; und
2 eine Skizze eines Radarsystems gemäß einer abgewandelten Ausführungsform.

In 1 sind drei Hochfrequenzbausteine 10, 12 eines Radarsystems gezeigt, die auf einem gemeinsamen Substrat 14 angeordnet sind. Jeder Hochfrequenzbaustein enthält einen Sende- und Empfangsteil 16, der unter anderem dazu dient, ein Oszillatorsignal, das beispielsweise eine Frequenz in der Größenordnung von 76 GHz hat, auf mehrere nicht gezeigte Sendeantennen aufzuteilen.
Als Beispiel soll angenommen werden, dass es sich bei dem Radarsystem um ein FMCW-Radar handelt. In dem Fall enthält jeder Sende- und Empfangsteil 16 eine Anzahl von Mischern, mit denen das Oszillatorsignal mit einem von einer zugehörigen Empfangsantenne (die Empfangsantennen können mit den Sendeantennen identisch sein) erhaltenen Empfangssignal gemischt wird. Das Mischprodukt ist ein Zwischenfrequenzsignal mit einer deutlich kleineren Frequenz, das dann in Analog/Digital-Wandlern 18 digitalisiert und in einer nicht gezeigten Auswerteschaltung weiter ausgewertet wird. Wahlweise können die Sende- und Empfangsteile 16 auch Schaltungen enthalten, mit denen die den einzelnen Antennen zugeführten Sendesignale in ihrer Phasenlage und ggf. auch in ihrer Frequenzlage modifiziert werden, um eine geeignete Strahlformung und eine möglichst gute Winkelauflösung des Radarsystems zu erreichen. Die Sendesignale sind frequenzmoduliert und weisen eine Serie aufeinanderfolgender Frequenzrampen mit unterschiedlicher Steigung auf. Die Frequenzmodulation kann innerhalb jedes einzelnen Sende- und Empfangsteils 16 erfolgen. Wahlweise kann jedoch auch bereits das Oszillatorsignal geeignet frequenzmoduliert sein.
Die von den verschiedenen Hochfrequenzbausteinen 10, 12 erzeugten Sendesignale müssen präzise miteinander synchronisiert sein. Das schließt nicht aus, dass gezielt bestimmte Phasen- und/oder Frequenzunterschiede zwischen diesen Sendesignalen herbeigeführt werden, sofern diese Unterschied präzise definiert und bekannt sind. In jedem Fall sollen die Frequenzrampen präzise miteinander synchronisiert sein.
Zu diesem Zweck ist in dem hier gezeigten Beispiel der Hochfrequenzbaustein 10 als Master konfiguriert, der einen lokalen Oszillator 20 enthält. Dieser lokale Oszillator 20 des Masters liefert das Oszillatorsignal für alle drei Hochfrequenzbausteine, so dass eine Synchronität der Sendesignale erreicht werden kann. Das Signal des Oszillators 20 soll deshalb hier auch als Synchronisationssignal bezeichnet werden.
Ein Synchronisationssignalausgang 22 des Hochfrequenzbausteins 10 ist über Signalleitungen 24, die auf dem Substrat 14 verlaufen, mit jeweiligen Synchronisationssignaleingängen 26 der Hochfrequenzbausteine 12 verbunden, die so als Slaves das Synchronisationssignal vom Master 10 erhalten.
Bei der Synchronisation der Hochfrequenzbausteine muss auch die unvermeidliche Signallaufzeit bei der Übermittlung des Signals über die Signalleitungen 24 berücksichtigt werden. Die beiden Slave-Hochfrequenzbausteine 12 sind symmetrisch angeordnet, so dass die zugehörigen Signalleitungen 24 die gleiche Länge haben. Auf diese Weise wird eine exakte Synchronität zwischen den beiden Slaves hergestellt.
Wenn der Master 10 das Signal des Oszillators 20 direkt verarbeiten würde, so würde jedoch der Master den Slaves um die Signallaufzeit vorauseilen. Aus diesem Grund erhält im hier gezeigten Beispiel der Master 10 das Synchronisationssignal über ein Verzögerungsglied 28, das hier als Umwegleitung auf dem Substrat 14 ausgebildet ist. Die Umwegleitung führt vom Synchronisationssignalausgang 22 des Masters 10 zu einem Synchronisationssignaleingang 30 desselben Hochfrequenzbausteins. Dieser Synchronisationssignaleingang 30 ist relativ zu dem Sende- und Empfangsteil 16 in der gleichen Weise angeordnet wie bei den Slave-Hochfrequenzbausteinen 12 die Synchronisationssignaleingänge 26 relativ zu dem jeweiligen Sende- und Empfangsteil 16 angeordnet sind. Auf diese Weise wird der Zeitvorsprung des Masters ausgeglichen, so dass alle drei Hochfrequenzbausteine 10, 12 präzise miteinander synchronisiert sind. Ein stromaufwärtiger Ast 32 der Umwegleitung, die hier das Verzögerungsglied 28 bildet, ist zugleich Teil der Signalleitungen 24 zu den beiden Slaves. An einem Gabelungspunkt 34 zweigen die beiden Signalleitungen 24 von der Umwegleitung ab, während ein stromabwärtiger Ast der Umwegleitung zum Synchronisationssignaleingang 30 des Masters zurück verläuft.
In dem hier gezeigten Beispiel liegt der Gabelungspunkt 34 längs der Umwegleitung gemessen bei d/2, wenn d die Gesamtlänge jeder der Signalleitungen 24 ist. Die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Äste der Umwegleitung haben somit jeweils die Länge d/2, so dass die komplette Umwegleitung ebenfalls die Gesamtlänge d hat. Der Gabelungspunkt 34 muss jedoch nicht zwingend bei d/2 liegen, sondern kann an jedem anderen Punkt auf der Umwegleitung liegen, sofern sichergestellt ist, dass die Gesamtlänge der Umwegleitung gleich der Gesamtlänge jeder Signalleitung 24 zu den Slaves ist.
Wie in 1 symbolisch dargestellt ist, sind in diesem Beispiel die Signalleitungen 24 und die Umwegleitung zweiadrig ausgeführt. Eine Ader trägt das Oszillatorsignal, und die zweite Ader trägt ein mit dem Oszillatorsignal synchronisiertes Taktsignal für die Analog/Digital-Wandler 18, die auf diese Weise ebenfalls miteinander synchronisiert werden.
2 zeigt als abgewandeltes Ausführungsbeispiel ein Radarsystem mit drei Slaves 12 und einem Master 10'. Ein Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 besteht hier darin, dass als Zeitglied 28' ein Filter vorgesehen ist, der in den Hochfrequenzbaustein 10' (Master) integriert und zwischen den Synchronisationssignalausgang 22 und den Synchronisationssignaleingang 30 geschaltet ist. Der Filter bewirkt eine Zeitverzögerung, die der Signallaufzeit vom Synchronisationssignalausgang 22 zu den Synchronisationssignaleingängen 26 der Slaves entspricht.
Weiterhin illustriert 2 beispielhaft eine Möglichkeit, drei oder mehr Slaves mit einem Master zu synchronisieren. Von den drei Slaves 12 sind hier zwei, nämlich der linke und der rechte, symmetrisch zum Synchronisationssignalausgang 22 des Masters angeordnet, während der dritte (mittlere) Slave einen geringeren Abstand zum Master aufweist. Dieser Abstandsunterschied wird dadurch ausgeglichen, dass eine Signalleitung 24', die von dem Master zum mittleren Slave führt, ihrerseits als Umwegleitung ausgebildet ist.
Es versteht sich, dass die in 2 gezeigte Anordnung mit drei Slaves auch in Kombination mit dem Master 10 gemäß 1 verwendet werden kann, so wie umgekehrt auch der Master 10' mit dem Zeitglied 28' gemäß 2 in der Anordnung gemäß 1 verwendet werden kann.

Claims

Radarsystem für Kraftfahrzeuge mit mehreren synchron arbeitenden Hochfrequenzbausteinen (10; 10', 12), von denen einer (10; 10') als Master arbeitet, während mindestens ein anderer Hochfrequenzbaustein (12) als Slave arbeitet und für seine Synchronisation mit dem Master einen Synchronisationssignaleingang (26) aufweist, dem ein Synchronisationssignal von einem Synchronisationsausgang (22) des Masters zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Master (10; 10') für seine Synchronisation einen Synchronisationssignaleingang (30) aufweist, dem das Synchronisationssignal von seinem eigenen Synchronisationssignalausgang (22) über ein Verzögerungsglied (28; 28') mit einer Zeitverzögerung zugeführt wird, die gleich der Dauer der Signalausbreitung vom Synchronisationssignalausgang (22) des Masters zum Synchronisationssignaleingang (26) des Slaves ist.
Radarsystem nach Anspruch 1, mit einem Master (10; 10') und mehreren Slaves (12), die mit diesem Master synchronisiert sind.
Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Master (10; 10') und der Slave (12) auf einem gemeinsamen Substrat (14) angeordnet sind und das Zeitglied (28) eine auf dem Substrat (14) verlaufende Umwegleitung ist.
Radarsystem nach Anspruch 3, bei dem eine Signalleitung (24), die vom Synchronisationssignalausgang (22) des Masters zum Synchronisationssignaleingang (26) des Slaves führt, an einem Gabelpunkt (34) von der Umwegleitung abzweigt.
Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Zeitglied (28') ein Filter ist, der in den als Master konfigurierten Hochfrequenzbaustein (10') integriert ist.
Radarsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jeder Hochfrequenzbaustein (10, 12) mindestens einen Analog/Digital-Wandler (18) enthält und die Signalleitungen (24), die den Synchronisationssignalausgang (22) des Masters mit dem Synchronisationssignaleingang (26) des Slaves verbinden, sowie das Zeitglied (28) jeweils mehrere parallele Kanäle haben, von denen einer mit einem Taktsignal für die Analog/Digital-Wandler (18) belegt ist.