DE102022213488A1

DE102022213488A1 - Integrierter Schaltkreis für Radarsensoren mit unterschiedlichen HF-Anforderungen

Info

Publication number: DE102022213488A1
Application number: DE102022213488.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Schultheiss
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2024-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen integrierten Schaltkreis mit einer integrierten Schaltung für Radarsensoren mit unterschiedlichen HF-Anforderungen. Die integrierten Schaltung weist einen ersten HF-Kanal mit einem ersten Sendesignalausgang (Tx1) und einem ersten Empfangssignaleingang (Rx1), einen zweiten HF-Kanal mit einem zweiten Sendesignalausgang (Tx2) und einem zweiten Empfangssignaleingang (Rx2) auf, sowie eine Steuerung (150), die eingerichtet ist, den HF-Kanal aus den mindestens zwei HF-Kanälen auszuwählen, der die Anforderungen für einen der unterschiedlichen Radarsensoren erfüllt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen integrierten Schaltkreis für Radarsensoren mit unterschiedlichen HF-Anforderungen, einen Radarsensor, sowie eine Verwendung des integrierten Schaltkreises in einem Radarsensor.
Hintergrund der Erfindung
Für verschiedene Anforderungen in unterschiedlichen Prozessanwendungen und Prozessumgebungen werden Radarsensoren mit entsprechenden Schnittstellen benötigt. Dies betrifft beispielsweise Art und Hochwertigkeit des HF- (Hochfrequenz)-Ausgangs und Frequenzen. Die Radarsensoren werden somit ihren Anforderungen entsprechend entworfen und produziert. Dies betrifft somit auch die Elektronik, wie beispielsweise den Radarchip. Die vielfältigen speziellen Lösungen sind jedoch in ihrer Produktion und Verwaltung teuer. Werden beispielsweise Sensoren mit verschiedenen Sendefrequenzen benötigt, dann ist die Verteilung üblicherweise, dass eine der beiden Frequenzen nur in deutlich geringeren Stückzahlen benötigt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aufgabe der Erfindung könnte daher sein, einen verbesserten Radarchip bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung, sowie der Figuren.
Die beschriebenen Ausführungsformen betreffen in ähnlicher Weise den integrierten Schaltkreis für einen Radarsensor, den Radarsensor, sowie die Verwendung des integrierten Schaltkreises in einem Radarsensor. Synergieeffekte können sich aus verschiedenen Kombinationen der Ausführungsformen ergeben, obwohl sie möglicherweise nicht im Detail beschrieben werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein integrierter Schaltkreis für Radarsensoren mit unterschiedlichen HF-Anforderungen bereitgestellt, der eine integrierte Schaltung aufweist, die einen ersten HF-Kanal mit einem ersten Sendesignalausgang und einen ersten Empfangssignaleingang, mindestens einen zweiten HF-Kanal mit einem zweiten Sendesignalausgang und einem zweiten Empfangssignaleingang, sowie eine Steuerung aufweist, die eingerichtet ist, z.B. durch ein oder mehrere Steuersignale den HF-Kanal aus den mindestens zwei HF-Kanälen auszuwählen, der die Anforderungen für einen der unterschiedlichen Radarsensoren erfüllt.
Unter dem Begriff „HF-Kanal“ wird hierbei ein Teil der integrierten Schaltung verstanden, der in einer Senderichtung intern ein HF-Signal erzeugt oder von einem aus Sicht des HF-Kanals externen Oszillator empfängt, das Signal verarbeitet und zur Abstrahlung oder zu einer weiteren Verwendung ausgibt. Die Verarbeitung kann beispielsweise Schaltelemente zur Verstärkung, Filterung, Anpassung, Frequenzmischung, Modulation etc. beinhalten. In Empfangsrichtung empfängt der HF-Kanal ein Signal von einer Antenne und gibt das z.B. verstärkte, gefilterte und heruntergemischte Signal z.B. mit einer Zwischenfrequenz oder im Basisband aus. Im Falle der hier betrachteten Radarsensoren ist das Empfangssignal das an einem externen Objekt reflektierte Sendesignal. Der Begriff „HF-Kanal“ wird somit hierin als ein korrespondierendes Sende- und Empfangskanalpaar verwendet.
In anderen Worten stellt die integrierte Schaltung für den Radarsensor mindestens zwei getrennte HF-Kanäle bereit. Jeder der Ein- und Ausgänge eines HF-Kanals ist zum Empfangen bzw. zum Senden eines HF-Signals eingerichtet. Das HF-Signal ist hierbei das Radarsignal. Die HF-Kanäle können durch die von der Steuerung bereitgestellten Steuersignale aktiviert werden, und zwar vorzugsweise in der Art, dass nur ein HF-Kanal aktiv ist. Dies gilt auch für den Fall, dass der Radarsensor mehr als zwei HF-Kanäle aufweist. „Aktiviert“ heißt, dass durch das Steuersignal z.B. ein Schalter wie z.B. ein Transistor, betätigt wird, der dafür sorgt, dass das Signal derart weitergeleitet wird, dass es für eine Radarmessung verwendbar ist. Eine Messung beinhaltet hierbei sowohl das Aussenden als auch das Empfangen eines HF-Signals. Häufig wird beispielsweise zur Messung die Laufzeit und damit eine Entfernung gemessen und/oder oder ein Laufzeitprofil erstellt.
Radarsensoren können in unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz kommen, wie z.B. Messung einer Distanz, Geschwindigkeit, Füllhöhe, eines Grenzstandes, oder für Flüssigkeitsanalysen, Materialuntersuchungen, Prozessautomation, autonomes Fahren, etc. Die unterschiedlichen Anwendungen erfordern unterschiedliche Eigenschaften, sowohl des Radarsensors, als auch betreffend des Signals, wie z.B. Pegel und Frequenz, und des Anschlusses zur Antenne. Die hier vorgestellte integrierte Schaltung ermöglicht die Herstellung eines Radarsensors, der durch die Steuerung bzw. Konfiguration unterschiedlichen Anforderungen gerecht wird.
Die Steuerung eines HF-Kanals kann beispielsweise Steuerleitungen aufweisen, so dass das Steuern über die Steuerleitungen bereitgestellt wird, die in einem sehr einfachen Fall gemäß einer gewünschten Konfiguration fest auf bestimmte Spannungspegel gelegt worden sind. Unter Steuerung werden hierin insbesondere die Signale auf den Steuerleitungen verstanden, die ein konfigurierbares Spannungsniveau ausweisen. Die Konfiguration kann innerhalb oder außerhalb der integrierten Schaltung erfolgen. Die Steuerung kann auch durch einen mechanischen oder elektronischen Schalter einer Nutzerschnittstelle oder eines Logikschaltkreises und eines Speichers bereitgestellt werden. Der Schalter für die Steuerung kann ein mechanischer, elektromechanischer oder elektronischer Schalter sein. Das Schalten kann auch softwaregesteuert sein. Insbesondere kann der Schalter bewirken, dass eine Verstärkungsstufe und/oder eine Impedanz geschaltet wird. Weiterhin kann die Steuerung über eine elektronische Konfiguration, z.B. durch eine Konfigurationsdatei erfolgen, die zum Beispiel werksseitig erstellt worden ist, oder durch Setzen eines Registerwertes in einem nichtflüchtigen Speicher. Ein elektronischer Schalter kann auch ein virtueller Schalter sein, der durch beispielsweise ein Display visualisiert und realisiert sein kann. Die Steuerung kann aber auch einen Sensor aufweisen, der automatisch eine Belegung eines Anschlusses erkennt. Die Auswahl des HF-Kanals kann beispielsweise manuell über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle erfolgen, z.B. über Betätigung eines Schalters, der bereits genannten Bedienung über ein Display, das berührungsempfindlich sein kann, über eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle von einem Bediengerät, einem Client oder einem Server aus, oder durch einen Sensor oder eine Sensorschaltung, wozu auch Impedanz-Messschaltungen oder Strom- bzw. Spannungsdetektoren gezählt werden, die automatisch den verwendeten HF-Anschluss erkennt.
Der Übersichtlichkeit halber wird hierin lediglich das „auswählen“ beschrieben, ausgehend davon, dass im Grundzustand keine Komponenten ausgewählt sind. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Weiterhin wird unter „auswählen“ hier insbesondere auch „ausgewählt lassen“ verstanden. Es versteht sich, dass auch der komplementäre Fall abgedeckt wird. Das heißt, dass die Steuerung konfiguriert sein kann, um einen HF-Kanal zu deaktivieren bzw. einen HF-Kanal deaktiviert zu lassen. In dieser Offenbarung wird der Begriff „HF-Kanal auswählen“ gleichbedeutend mit „HF-Kanal aktivieren“ verwendet, da durch das Steuersignal Komponenten, z.B. Verstärker, so geschaltet werden, dass der HF-Kanal seine Funktion erfüllen kann.
Gemäß einer Ausführungsform führt der erste HF-Kanal zu einer HF-Schnittstelle mit einem ersten Sendesignalausgang Tx und einem ersten Empfangssignaleingang, die zu der zweiten HF-Schnittstelle mit einem zweiten Sendesignalausgang Tx und einem zweiten Empfangssignaleingang hinsichtlich der Frequenz, des Anschlusses eines Wellenleiters und/oder Anschlusses einer Antenne verschieden ist.
„Führt“ heißt z.B., dass der HF-Kanal direkt oder indirekt mit der HF-Schnittstelle verbunden ist. Wie nachfolgend erläutert, kann in Ausführungsformen ein HF-Koppler zwischengeschaltet sein. In diesem Fall wäre z.B. der Ausgang des HF-Kopplers die Schnittstelle. Wird das Signal direkt von der integrierten Schaltung herausgeführt bzw. in sie hineingeführt, d.h. ohne HF-Koppler, ist die Schnittstelle direkt dieser Ein- bzw. Ausgang. Die Schnittstelle kann in diesem Fall über beispielsweise einen gemeinsamen Adapter, zwei Stecker bzw. allgemein ausgedrückt, Verbinder realisiert sein, oder direkt über eine HF-Leitung zu einer Antenne verbunden sein. Die HF-Kanäle können sich somit auch durch die Schnittstellen unterscheiden. Durch die Steuerung können somit die unterschiedlichen Schnittstellen zur Anwendung kommen. Die HF-Kanäle können aber auch beispielsweise mit gleichen Schnittstellen ausgeführt sein jedoch beispielsweise für verschiedene Regelbereiche ausgelegt sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist der integrierte Schaltkreis weiterhin einen ersten Tx/Rx-Koppler auf, wobei der HF-Kanal mit dem ersten Tx/Rx-Koppler verbunden ist, und der erste Sendesignalausgang Tx und der erste Empfangssignaleingang Rx mit dem ersten Tx/Rx-Koppler verbunden sind.
Dies bedeutet, dass zumindest ein HF-Kanal mit einem Tx/Rx-Koppler verbunden ist, der beispielsweise einen Sendesignalausgang bzw. Empfangssignaleingang bereitstellt, die hohe Anforderungen erfüllen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Tx/Rx-Koppler eingerichtet, mit einem Primärstrahler verbunden zu werden und der zweite Sendesignalausgang Tx und der zweite Empfangssignaleingang (Rx) als zweite HF-Schnittstelle sind eingerichtet, jeweils mit einem Primärstrahler verbunden zu werden.
Die zweite Schnittstelle kann zum Beispiel ein Hohlleiter oder dielektrischer Wellenleiter sein, der mit dem Primärstrahler verbunden ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist somit zwischen dem zweiten HF-Kanal und dem Primärstrahler kein Tx/Rx-Koppler angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform weist der integrierte Schaltkreis weiterhin zweiten Tx/Rx-Koppler auf, und der erste HF-Kanal ist mit dem ersten Tx/Rx-Koppler verbunden, und der zweite HF-Kanal mit dem zweiten Tx/Rx-Koppler.
Das Steuersignal wird somit beispielsweise eingesetzt, um entweder den mit dem ersten HF-Koppler verbundenen HF-Kanal zu aktivieren, so dass das HF-Signal über z.B. einen an der ersten HF-Schnittstelle bzw. an dem ersten Rx-Koppler angeschlossenen Primärstrahler gesendet bzw. empfangen werden kann, oder dass - in entsprechender Weise - das HF-Signal über z.B. einen an der zweiten HF-Schnittstelle bzw. dem zweiten Rx-Koppler angeschlossenen Primärstrahler gesendet bzw. empfangen werden kann. Auch in diesem Fall können die HF-Kanäle unterschiedlich ausgelegt sein, so dass beispielsweise an der ersten HF-Schnittstelle bzw. dem ersten Rx-Koppler ein qualitativ hochwertigerer Anschluss zu Verfügung steht, bzw. ein hochwertigerer Primärstrahler an sie angeschlossen werden kann als an der zweiten HF Schnittstelle bzw. dem zweiten Rx-Koppler.
Gemäß einer Ausführungsform weist die integrierte Schaltung weiterhin im ersten HF-Kanal zum Empfangen des HF-Empfangssignals einen LNA-Verstärker und zum Senden des HF-Sendesignals einen HF-Verstärker auf. Die Steuerung ist eingerichtet, den ersten HF-Kanal durch Anlegen des Steuersignals, z.B. eines Steuersignals S1, an den LNA-Verstärker auszuwählen, und den HF-Verstärker zu aktivieren.
Auch der zweite HF-Kanal kann auf diese Weise gesteuert bzw. ausgewählt werden.
Aktivieren kann hierbei insbesondere das Einschalten oder Zuschalten der Verstärker bedeuten oder das Schalten der Verstärker auf einen geeigneten Verstärkungswert. Der sendeseitige HF-Verstärker wird hierin auch als HF-Leistungsverstärker bezeichnet und der empfangsseitige HF-Verstärker LNA (Low Noise Amplifier).
Gemäß einer Ausführungsform weist die integrierte Schaltung weiterhin einen ersten Schwingkreis, zur Erzeugung eines ersten HF-Sensorsignals mit einer ersten HF-Frequenz auf, wobei das erste HF-Sensorsignal ein Eingangssignal der HF-Kanäle ist.
Unter dem Eingangssignal der HF-Kanäle ist das interne Schwingkreis-seitige Signal, z.B. ein VCO Signal für den HF-Kanal zu verstehen und ist nicht zu verwechseln mit dem antennenseitigen Empfangssignal.
Der erste Schwingkreis, beispielsweise ein VCO (engl.: voltage controlled oscillator), erzeugt somit ein gemeinsames HF-Eingangssignal für den ersten und zweiten HF-Kanal, und, soweit vorhanden, weiteren HF-Kanälen. Dementsprechend ist der VCO keinem bestimmten, einzelnen HF-Kanal zugeordnet. Dies schließt nicht aus, dass der Radarsensor zusätzlich einen weiteren HF-Kanal mit einem eigenen VCO aufweist.
Der Begriff „HF-Sensorsignal“ wird zur Unterscheidung zu einem Ausgangssignal verwendet, da, wie nachfolgend erläutert, zum Beispiel die Frequenzen unterschiedlich sein können.
Gemäß einer Ausführungsform weist die integrierte Schaltung weiterhin einen Frequenzvervielfacher oder Frequenzteiler zur Erzeugung eines zweiten HF-Sensorsignals mit einer zweiten HF-Frequenz auf, wobei ein Ausgang des ersten Schwingkreises mit dem ersten HF-Kanal verbunden ist, und ein Ausgang des Frequenzvervielfachers oder Frequenzteilers mit dem zweiten HF-Kanal verbunden ist.
In anderen Worten können den HF-Kanälen zur Erzeugung der Kanalfrequenz Signale unterschiedlicher Frequenz zugeführt werden. Durch die Verwendung eines Frequenzvervielfachers oder Frequenzteilers wird hierzu kein weiterer VCO benötigt. Die Steuerung kann eingerichtet sein, den Frequenzvervielfacher bzw. Frequenzteiler zu aktivieren.
Durch den oder die Frequenzvervielfacher kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden, da der VCO und teilweise Vervielfacher gemeinsam benutzt werden können. Über die Steuersignale kann der Schaltungsteil, z.B. HF-Kanal, für die benötigte Frequenz ausgewählt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die integrierte Schaltung weiterhin einen ersten Frequenzmischer auf, der in dem ersten HF-Kanal angeordnet ist und eingerichtet ist, ein erstes Empfangssignal mit einer ersten Empfangsfrequenz zu empfangen, wenn der erste HF-Kanal ausgewählt ist, wobei der Ausgang des ersten Schwingkreises mit dem Frequenzmischer verbunden ist, um das erste HF-Sensorsignal mit dem ersten Empfangssignal zu mischen; und wobei die integrierte Schaltung weiterhin einen zweiten Frequenzmischer aufweist, der in dem zweiten HF-Kanal angeordnet ist und eingerichtet ist, ein zweites Empfangssignal mit einer zweiten Empfangsfrequenz zu empfangen, wenn der zweite HF-Kanal ausgewählt ist, und wobei der Ausgang des Frequenzvervielfachers mit dem Frequenzmischer verbunden ist, um das zweite HF-Sensorsignal mit dem zweiten Empfangssignal zu mischen.
Das erste Empfangssignal ist das Signal, das am ersten Empfangssignaleingang Rx1 empfangen wird bzw. empfangen werden kann. Entsprechend ist das zweite Empfangssignal das Signal, das am zweiten Empfangssignaleingang Rx2 empfangen wird bzw. empfangen werden kann.
Durch die so konfigurierten Mischer wird erreicht, dass keine zusätzlichen Frequenzen zum Mischen, z.B. durch weitere Oszillatoren, erzeugt werden müssen. Alle Mischer erzeugen ein Zwischenfrequenzsignal mit derselben Frequenz. Werden daher weitere Komponenten wie z.B. PLL, IF-Verstärker, AD-Wandler, etc. in der integrierten Schaltung verwendet bzw. in den integrierten Schaltkreis integriert, so sind diese auch nur einfach notwendig.
In dergleichen Weise können weitere Frequenzen und Kanäle hinzugefügt werden.
Die Ausführungsformen bezüglich der unterschiedlichen Schnittstellen und Frequenzen können selbstverständlich untereinander vermischt und kombiniert werden. Die Anzahl der HF-Kanäle kann entsprechend erhöht werden.
Die integrierte Schaltung erlaubt einen Aufbau eines integrierten Radar-Schaltkreises mit mehreren Sende- und Empfangskanälen sowie mehreren und unterschiedlichen Sende- und Empfangskanal-Gruppierungen. Jede Sende- und Empfangskanal-Kombination verfügt über eigene Steuerleitungen zur Aktivierung bzw. Deaktivierung. Für jeden Einsatzzweck wird ein Sende- und ein Empfangskanal des integrierten Schaltkreises verwendet.
Der integrierte Schaltkreis bzw. Chip weist vorzugsweise alle in den Ausführungsformen genannten Komponenten der integrierten Schaltung auf. Es können bei Bedarf jedoch auch Komponenten außerhalb des integrierten Schaltkreises angeordnet sein. Dies betrifft auch beispielsweise den Schwingkreis zur Erzeugung der ersten Radarfrequenz.
Gemäß einer Ausführungsform weist der integrierte Schaltkreis weiterhin mindestens zwei aus den Folgenden aus: eine Patchantenne, einen Anschluss für einen Hohlleiter und einen Anschluss für einen dielektrischen Wellenleiter, die jeweils einem HF-Kanal verbunden sind.
Somit können die HF-Leiter, also Hohlleiter und dielektrischer Wellenleiter direkt an den gleichen integrierten Schaltkreis angeschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der integrierte Schaltkreis weiterhin ein Wafersegment und ein Gehäuse auf, wobei die Patchantenne, der Anschluss für einen Hohlleiter bzw. der Anschluss für einen dielektrischen Wellenleiter in das Gehäuse oder auf dem Wafersegment angeordnet sind.
Durch die hier beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen ist es möglich, rentabel einen integrierten Schaltkreis, z.B. einen ASIC, bzw. einen Radarchip herzustellen, da der Schaltkreis viele unterschiedliche Anwendungen abdecken kann. Das heißt, es kann ein Chipdesign für alle Sensoren erstellt werden, wodurch erhöhte Stückzahlen ermöglicht werden und ein Zugang zu größeren und günstigeren Foundries möglich ist. Der in großen Stückzahlen gefertigte Universalchip kann in einem SMD-Package (Surface Mount Device) integriert werden. Das SMD Package wiederum ist optimiert für den Einsatzzweck des entsprechenden Radar-Sensors. Somit ergeben sich mehrere verschiedene Bauteile, die alle den gleichen Radarchip nutzen. Der Unterschied für die Einsatzzwecke liegt dann nur noch zum Beispiel im Package, das zum Beispiel hochwertig mit Hohlleiter- bzw. dielektrischem Wellenleiteranschluss oder klein und günstig mit dielektrischer Linse sein kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung eines hierin beschriebenen integrierten Schaltkreises in einem Radarsensor bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Radarsensor bereitgestellt, der einen hierin beschriebenen integrierten Schaltkreis aufweist.
Der Radarsensor ist beispielsweise ein Sensor der Prozessautomatisierung, Prozessfertigung und/oder der Fertigungsautomatisierung.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Figuren sollen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden. Hierbei zeigt

1 ein Blockdiagramm eines integrierten Schaltkreises zur Übersicht,
2 ein Diagramm eines integrierten Schaltkreises gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 ein Diagramm eines integrierten Schaltkreises gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 ein Diagramm eines integrierten Schaltkreises gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung der Figuren
1 zeigt ein Blockdiagramm eines integrierten Schaltkreises 100 mit einer integrierten Schaltung 110. In der Figur sind die Aus-/Eingänge von zwei HF-Kanälen eingezeichnet. Der Sendesignalausgang des ersten HF-Kanals ist mit Tx1 bezeichnet, der Empfangssignaleingang des ersten HF-Kanals mit Rx1. Das Aus-/Eingangspaar Tx1/Rx1 wird durch den Rx/Tx-Koppler 114 zu einem einzelnen Anschluss 130 zusammengeführt, d.h. einem Anschluss 130 für einen einzelnen Primärstrahler bzw. Hohlleiter oder dielektrischem Wellenleiter. Das Aus-/Eingangspaar Tx2/Rx2 bleibt hingegen getrennt, so dass ein Primärstrahler beispielsweise mit dielektrischer Linse zum Senden des HF-Signals und ein Primärstrahler zum Empfangen des HF-Signals an diesen Anschlüssen angeschlossen werden können. Die Primärstrahler können hierbei auf dem integrierten Schaltkreis 100 angebracht sein.
Die erste HF-Schnittstelle können der Tx1/Rx1-Ausgang bzw. Eingang der Schaltung 110 sein, die den Sendesignalausgang bzw. Empfangssignaleingang darstellen, oder der Tx1/Rx1 Anschluss 130, die dann den Sendesignalausgang bzw. Empfangssignaleingang darstellen, je nachdem, ob ein Koppler 114 dazwischengeschaltet ist. Entsprechendes gilt für die zweite HF-Schnittstelle Tx2/Rx2.
Der Anschluss 130 findet hauptsächlich Verwendung für Radarsensoren im High-EndBereich, bei denen Prozessanschlüsse mit höchster Performance notwendig sind. Diese müssen beispielsweise hohen Drücken und Temperaturen standhalten und benötigen eine hohe chemische Resistenz. Der mechanische Aufbau kann und darf für diese Anwendungen aufwändiger sein. Infolgedessen muss der integrierte Schaltkreis 100 von der Antenne ein Stück abgesetzt sein, was durch einen am Anschluss 130 angeschlossenen Hohlleiter oder dielektrischen Wellenleiter als Primärleiter erreicht wird. Der Primärleiter ist speziell für diese Einkopplung optimiert und an den Chip angeschlossen.
Der Anschluss 140 des zweiten HF-Kanals ist für Low-End-Anforderungen konzipiert. Beispielsweise beträgt dort die Prozesstemperatur maximal 80°C. Eine einfache Antennenkonstruktion mit beispielsweise einer Linse, die direkt mit einem Primärstrahler ausgeleuchtet werden kann, ist für diese Anwendungen ausreichend. Die Primärstrahler sind auf dem integrierten Schaltkreis angeordnet oder in dem Gehäuse bzw. Package. Eine solche Anordnung ist auch unter dem englischen Begriff „antenna-in-package“ bekannt und dient der direkten Ausleuchtung einer Linse.
Die folgenden 2 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele des integrierten Schaltkreises 100, der integrierten Schaltung 110 und der Ein- und Ausgänge der integrierten Schaltung 110 mit den Anschlüssen 130, 140.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 weist die integrierte Schaltung 110 zwei HF-Kanäle und einen gemeinsamen VCO 202 auf. Als Elemente der Sendekanäle sind in 2 lediglich die hier wesentlichen Verstärkerelemente 211, 221 und in den Empfangskanälen ebenfalls die hier wesentlichen LNA-Verstärker 212, 222 und Mischer 213, 223 eingezeichnet. Die mit 21x bezeichneten Elemente sind dem ersten HF-Kanal zugordnet und die mit 22x bezeichneten Elemente dem zweiten HF-Kanal. Dieses Bezeichnungsschema wird auch in den weiteren Figuren verwendet.
In beide HF-Kanäle wird ein HF-Signal hineingegeben, das durch den VCO 202 erzeugt wird. Dieses HF-Signal wird sowohl an die beiden Verstärker 211, 221 in den Sendekanälen als auch an die beiden Mischer 213, 223 in den Empfangskanälen geleitet. Somit ist nur ein VCO 202 für unterschiedliche Konfigurationen notwendig.
Der erste HF-Kanal erhält zur Aktivierung oder Deaktivierung ein erstes Steuersignal S1 der Steuerung 150, und der zweite HF-Kanal entsprechend ein zweites Steuersignal S2 der Steuerung 150. Die Steuersignale sind beispielsweise komplementäre binäre Signale, so dass z.B. S1 ein „high“-Level annimmt, wenn S2 auf „low“ ist. Die Steuersignale S1 und S2 können daher über eine Negation miteinander verbunden sein und durch ein einzelnes übergeordnetes Steuersignal eingestellt werden. Alternativ können die Steuersignale S1 und S2 auch einzeln gesetzt werden, so dass auch beide HF-Kanäle gleichzeitig aktiviert oder deaktiviert sein können. Die Aktivierung erfolgt zum Beispiel durch Einschalten eines oder mehrerer Verstärker, d.h., empfangsseitig des LNAs 212 bzw. 222 und gleichzeitig sendeseitig des Leistungsverstärkers 211 bzw. 221. Das „Einschalten“ kann hierbei durch einen Schalter, wie z.B. einen integrierten Transistor, oder durch Setzen eines „enable“ Signals erfolgen oder auch dadurch, dass die Verstärkung auf einen entsprechend hohen Wert gesetzt wird. Entsprechendes gilt für das Deaktivieren eines HF-Kanals.
Somit kann durch die Steuersignale S1 und S2 der Sensor für eine spezifische Anwendung konfiguriert werden. Die Anwendung kann Anforderungen an den Sensor stellen, die zumindest bezüglich der hochfrequenztechnischen Anforderungen und Anforderungen an den Anschluss für einen Primärstrahler entsprechend eingestellt werden können.
Wie bereits anhand 1 beschrieben, wird durch das Steuersignal S1, also durch einen bestimmten Spannungspegel, der erste HF-Anschluss 130 mit dem Rx/Tx-Koppler 114 ausgewählt und durch das Steuersignal S2 der zweite HF-Anschluss 140.
Der integrierte Schaltkreis 100 der 3 unterscheidet sich von dem Schaltkreis der 2 dadurch, dass für die unterschiedlichen Einsatzzwecke jeweils integrierte Tx/Rx-Koppler 214, 224 verwendet werden, so dass jeweils nur ein Primärstrahler notwendig ist. Die Qualität der Anschlüsse 130, 140 bzw. die Anforderungen an die Anschlüsse 130, 140 kann hierbei unterschiedlich sein. Beispielsweise kann eine Linse für eine „Low-End-Anwendung“ entweder direkt auf dem Chip oder mit etwas Abstand angebracht werden.
4 zeigt ein Diagramm einer Schaltanordnung 110 mit drei HF-Kanälen und drei Steuersignalen S1, S2, S3. Die Schaltanordnung 110 weist neben dem zusätzlichen dritten HF-Kanal mit Verstärker 231, LNA 232 und Mischer 233 noch zwei Frequenzvervielfacher 404, 406 auf. Beispielsweise multiplizieren die Frequenzvervielfacher 404, 406 die eingangsseitige Frequenz jeweils um den Faktor drei. In einem Beispiel liegt die VCO-Frequenz zwischen 25 GHz und 28,3 GHz, die Frequenz nach dem ersten Vervielfacher 404 zwischen 75 GHz und 85 GHz und , die Frequenz nach dem zweiten Vervielfacher 406 zwischen 225 GHz und 255 GHz. Die VCO Frequenz wird direkt als Frequenz für den dritten HF-Kanal verwendet, für den zweiten HF-Kanal in dem ersten Vervielfacher 404 mit drei multipliziert, und für den dritten HF-Kanal in dem ersten Vervielfacher 406 ein weiteres Mal mit drei multipliziert. Somit wird das Signal des VCO 402 und dessen Grundfrequenz für alle HF-Kanäle verwendet. In ähnlicher Weise wird das VCO-Signal den Mischern direkt zugeführt, ein erstes Mal vervielfacht und dem Mischer 223 des zweiten HF Kanals zugeführt, und ein zweites Mal vervielfacht und dem Mischer 233 des dritten HF-Kanals zugeführt. Auf diese Weise wird für die gesamte gezeigte integrierte Schaltung 110 lediglich ein VCO 202 benötigt. Die Steuersignale S1, S2, S3 wählen den bzw. die zu aktivierenden Vervielfacher aus, sowie den zu aktivierenden HF-Kanal. Anstelle der gezeigten Rx/Tx-Koppler 214, 224, 234 können der Sendesignalausgang bzw. der Empfangssignaleingang auch getrennt sein, wie in den vorigen Figuren gezeigt.
Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können vom Fachmann bei der Durchführung der beanspruchten Erfindung durch das Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Vielzahl nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der Ansprüche begrenzen.
Bezugszeichenliste

100: Integrierter Schaltkreis
110: Integrierte Schaltung
114: Rx/Tx-Koppler
130: Anschluss des ersten HF-Kanals
140: Anschluss des zweiten HF-Kanals
150: Steuerung
202: gemeinsamer VCO
211: HF-Leistungsverstärker des ersten HF-Kanals
212: LNA-Verstärker des ersten HF-Kanals
213: Mischer des ersten HF-Kanals
214: Tx/Rx-Koppler des ersten HF-Kanals
221: HF-Leistungsverstärker des zweiten HF-Kanals
222: LNA-Verstärker des zweiten HF-Kanals
223: Mischer des zweiten HF-Kanals
224: Tx/Rx-Koppler des zweiten HF-Kanals
231: HF-Leistungsverstärker des dritten HF-Kanals
232: LNA-Verstärker des dritten HF-Kanals
233: Mischer des dritten HF-Kanals
234: Tx/Rx-Koppler des dritten HF-Kanals
404: erster Frequenzvervielfacher
406: zweiter Frequenzvervielfacher

Claims

Integrierter Schaltkreis (100) für Radarsensoren mit unterschiedlichen HF-Anforderungen, aufweisend eine integrierte Schaltung (110), die einen ersten HF-Kanal mit einem ersten Sendesignalausgang Tx1 und einem ersten Empfangssignaleingang Rx1 aufweist; mindestens einen zweiten HF-Kanal mit einem zweiten Sendesignalausgang Tx2 und einem zweiten Empfangssignaleingang Rx2 aufweist; sowie eine Steuerung (150) aufweist, die eingerichtet ist, den HF-Kanal aus den mindestens zwei HF-Kanälen auszuwählen, der die Anforderungen für einen der unterschiedlichen Radarsensoren erfüllt.
Integrierter Schaltkreis (100) nach Anspruch 1, wobei der erste HF-Kanal zu einer ersten HF-Schnittstelle mit einem ersten Sendesignalausgang Tx und einem ersten Empfangssignaleingang führt, die zu der zweiten HF-Schnittstelle mit einem zweiten Sendesignalausgang Tx und einem zweiten Empfangssignaleingang hinsichtlich der Frequenz, des Anschlusses eines Wellenleiters und/oder Anschlusses einer Antenne verschieden ist.
Integrierter Schaltkreis (100) nach Anspruch 2, weiterhin aufweisend einen ersten Tx/Rx-Koppler (114), wobei der erste HF-Kanal mit dem ersten Tx/Rx-Koppler (114) verbunden ist, und der erste Sendesignalausgang Tx und der erste Empfangssignaleingang Rx mit dem ersten Tx/Rx-Koppler (114) verbunden sind.
Integrierter Schaltkreis (100) nach Anspruch 3, wobei der erste Tx/Rx-Koppler (114) eingerichtet ist, mit einem Primärstrahler verbunden zu werden und der zweite Sendesignalausgang Tx und der zweite Empfangssignaleingang (Rx) als zweite HF-Schnittstelle eingerichtet sind, jeweils mit einem Primärstrahler verbunden zu werden;
Integrierter Schaltkreis (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin aufweisend einen zweiten Tx/Rx-Koppler (224), wobei der erste HF-Kanal mit dem ersten Tx/Rx-Koppler (224) verbunden ist, und der zweite HF-Kanal mit dem zweiten Tx/Rx-Koppler (224) verbunden ist.
Integrierter Schaltkreis (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung (110) weiterhin im ersten HF-Kanal zum Empfangen des HF-Empfangssignals einen LNA-Verstärker (212) aufweist und zum Senden des HF-Sendesignals einen HF-Verstärker (211) aufweist, und wobei die Steuerung eingerichtet ist, den ersten HF-Kanal durch Anlegen eines Steuersignals an den LNA-Verstärker auszuwählen und den HF-Verstärker zu aktivieren.
Integrierter Schaltkreis (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung (110) weiterhin einen ersten Schwingkreis zur Erzeugung eines ersten HF-Sensorsignals mit einer ersten HF-Frequenz aufweist, wobei das erste HF-Sensorsignal ein Eingangssignal der HF-Kanäle ist.
Integrierter Schaltkreis (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung (110) weiterhin einen Frequenzvervielfacher (404) oder Frequenzteiler zur Erzeugung eines zweiten HF-Sensorsignals mit einer zweiten HF-Frequenz aufweist, wobei ein Ausgang des ersten Schwingkreises (202) mit dem ersten HF-Kanal verbunden ist; ein Ausgang des Frequenzvervielfachers (404) oder Frequenzteilers mit dem zweiten HF-Kanal verbunden ist.
Integrierter Schaltkreis (100) nach Anspruch 8, wobei die integrierte Schaltung (110) weiterhin einen ersten Frequenzmischer (213) aufweist, der in dem ersten HF-Kanal angeordnet ist und eingerichtet ist, ein erstes Empfangssignal mit einer ersten Empfangsfrequenz zu empfangen, wenn der erste HF-Kanal ausgewählt ist, und wobei der Ausgang des ersten Schwingkreises (202) mit dem Frequenzmischer (404) verbunden ist, um das erste HF-Sensorsignal mit dem ersten Empfangssignal zu mischen; und wobei die integrierte Schaltung (110) weiterhin einen zweiten Frequenzmischer (223) aufweist, der in dem zweiten HF-Kanal angeordnet ist und eingerichtet ist, ein zweites Empfangssignal mit einer zweiten Empfangsfrequenz zu empfangen, wenn der zweite HF-Kanal ausgewählt ist, und wobei der Ausgang des Frequenzvervielfachers (404) mit dem zweiten Frequenzmischer (223) verbunden ist, um das zweite HF-Sensorsignal mit dem zweiten Empfangssignal zu mischen.
Integrierter Schaltkreis (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend mindestens zwei aus den Folgenden: eine Patchantenne, einen Anschluss für einen Hohlleiter und einen Anschluss für einen dielektrischen Wellenleiter, die jeweils einem HF-Kanal verbunden sind.
Integrierter Schaltkreis (100) nach Anspruch 10, aufweisend ein Wafersegment und ein Gehäuse, wobei die Patchantenne, der Anschluss für einen Hohlleiter bzw. der Anschluss für einen dielektrischen Wellenleiter in das Gehäuse oder auf dem Wafersegment angeordnet sind.
Verwendung eines integrierten Schaltkreises (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Radarsensor.
Radarsensor aufweisend einen integrierten Schaltkreis (100) nach einem der Ansprüche 1-11.