EP4655617A1 - Radarsystem mit cmos-elektronikkomponenten - Google Patents

Radarsystem mit cmos-elektronikkomponenten

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Publication number
EP4655617A1
EP4655617A1 EP24702092.8A EP24702092A EP4655617A1 EP 4655617 A1 EP4655617 A1 EP 4655617A1 EP 24702092 A EP24702092 A EP 24702092A EP 4655617 A1 EP4655617 A1 EP 4655617A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
sensor system
transmission signal
designed
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24702092.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc-Michael Meinecke
Andreas Aal
Heiko Gustav Kurz
Stephan Kruse
Christoph Scheytt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4655617A1 publication Critical patent/EP4655617A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/027—Constructional details of housings, e.g. form, type, material or ruggedness
    • G01S7/028—Miniaturisation, e.g. surface mounted device [SMD] packaging or housings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver

Definitions

  • the invention relates to a sensor system for environmental detection.
  • the sensor system has an optical device for providing an optical transmission signal.
  • the sensor system also has a transmitting device, the transmitting device having an optical-electronic converter unit which is designed to generate an electrical transmission signal based on the optical transmission signal.
  • the transmitting device also has a transmitting unit which is designed to transmit the electrical transmission signal.
  • the sensor system also has a receiving device, the receiving device having a receiving unit for receiving an electrical reception signal and a second optical-electronic converter unit which is designed to generate an optical output signal based on the electrical reception signal.
  • the invention relates to a motor vehicle with a corresponding sensor system.
  • a lidar system is known from US 2021 / 0 181 310 A1.
  • This lidar system can have a silicon-based "phase shifter array”.
  • US 2019 / 0 056 558 A1 discloses possibilities for arranging or "packaging" laser sources.
  • An object of the present invention is to create or provide a sensor system, in particular a radar system, which can be used more efficiently and flexibly, and in particular in a more space-saving manner.
  • One aspect of the invention relates to a sensor system for environmental detection with: - an optical device for providing an optical transmission signal,
  • the transmitting device comprises: o a first optical-electronic converter unit which is designed to generate an electrical transmission signal on the basis of the optical transmission signal, o a transmitting unit which is designed to transmit the electrical transmission signal,
  • the receiving device comprises: o a receiving unit for receiving an electrical reception signal, o a second optical-electronic converter unit which is designed to generate an optical output signal on the basis of the electrical reception signal, wherein
  • the first optical-electronic converter unit, the transmitting unit, the receiving unit and the second optical-electronic converter unit are designed as CMOS electronic components.
  • the sensor system according to the invention can be used more efficiently and flexibly, in particular for environmental detection.
  • the sensor system is particularly advantageous in its application or use in the automotive sector, i.e. in motor vehicles.
  • the sensor system can be manufactured or provided at lower cost, in a smaller installation space and in a shorter time. This is a further advantage for the use of the sensor system in motor vehicles.
  • the proposed sensor system offers advantages such as the use of standard telecommunications lasers instead of special solutions.
  • edge couplers can now be used for planar designs instead of edge couplers or grating couplers.
  • a monolithic integration of lasers, such as the optical device can be achieved in the sensor system.
  • CMOS electronic components the proposed sensor system requires less installation space and reduced power consumption, so that there is also less power loss. This makes the sensor system more efficient in use.
  • cost savings can be achieved in the manufacture of the sensor system.
  • a FAB throughput time or throughput particularly in the manufacture of the sensor system.
  • the sensor system has improved output performance.
  • the proposed sensor system will have improved usability under demanding environmental conditions.
  • the sensor system can therefore also be used in agriculture, automotive systems or in space travel.
  • CMOS processes also enable established modules to be integrated in high volumes. Furthermore, CMOS processes can be used to use a SUI waver, which can save on the very slow monolithic growth of Si (silicon). Furthermore, the use of CMOS electronic components can reduce the mechanical dimensions of the sensor system, so that the sensor system in particular can have more compact units or integrated circuits. Furthermore, the proposed sensor system can be connected to continuously improved energy management systems (FTSOI). Furthermore, the sensor system can be connected to technologies such as TSMC, GF, etc. In particular, the proposed sensor system enables connection to "leading edge technology".
  • FTSOI continuously improved energy management systems
  • the proposed sensor system can be used to achieve a monolithic co-integration of photonic and electronic circuits in CMOS technologies.
  • the proposed sensor system can use CMOS processes and, if necessary, silicon nitride-based photonic components.
  • the proposed sensor system offers the advantage that it is no longer necessary to resort to chip production using hybrid BICMOS processes for photonic radars. Furthermore, cost-intensive production processes can be avoided. Furthermore, the sensor system can be manufactured in a shorter production time by using CMOS electronic components.
  • an electronic-photonic co-integrated radar system can be designed or manufactured using CMOS processes.
  • CMOS processes for example, a photonic radar system with CMOS electronics can be provided or created using the proposed sensor system.
  • the sensor system can be used in, for example, at least partially autonomously operated motor vehicles, but especially also in fully autonomously operated motor vehicles.
  • safe environmental perception is essential.
  • the environment or surroundings are recorded using sensors such as radar, lidar or camera.
  • a holistic 360-degree three-dimensional recording of the environment is particularly important so that all static and dynamic objects can be recorded.
  • the sensor system can be used for this purpose.
  • the lidar plays a key role in redundant, robust environmental detection, as this type of sensor can measure distances more precisely in environmental detection and can also be used for classification.
  • these lidar sensors are costly and complex to set up.
  • 360-degree three-dimensional environmental detection is particularly problematic, as either many smaller individual sensors are necessary to ensure this, which usually work with many individual light sources and detector elements, or large lidar sensors are installed. Furthermore, lidar sensors are susceptible to weather influences such as rain, fog or direct sunlight. The sensor system can help to remedy this.
  • Radar sensors or sensor systems are also established in automotive engineering and provide reliable and fail-safe data in all weather conditions. Even poor visibility, such as rain, fog, snow, dust or darkness, hardly affect their reliability of perception.
  • the resolution is currently limited; in particular, series radars in use are only designed with a resolution of around 7 degrees.
  • the radar sensor device provide three-dimensional images with a high angular resolution in the range of 0.1 degrees and below with a high level of insensitivity to interference from its surroundings. This is not achieved with conventional radar technology according to the state of the art, since the resolution of such systems is too low. This is precisely where the sensor system according to the invention intervenes advantageously.
  • the sensor system can be designed as a photonic radar system, which increases the resolution by cointegrating electronic and photonic components in a single semiconductor chip.
  • the tracking of an FMCW signal as well as the entire signal processing and signal evaluation are carried out in the central station.
  • Each transmitting and receiving module has an electronic-photonic cointegrated chip, a so-called Epic chip. Silicon photonics technology is used for the cointegration. This enables the monolithic integration of photonic components, high-frequency electronics and digital electronics together on one chip.
  • the technical innovation of such a system lies in the signal transmission of gigahertz signals using the optical carrier signal in the terahertz frequency range.
  • a central station which can also be referred to as a central electronic computing device, generates an optical carrier frequency in terahertz.
  • the transmitted signal is modulated with one eighth of the radar frequency and the optical fiber is sent to the antenna chips.
  • Frequency multiplication takes place here so that the radar radiation can be emitted by the antenna chips.
  • Signal detection takes place in the opposite direction. All data is processed at the central station.
  • the electrical transmission signal can be transmitted into the environment, in particular into the environment of a motor vehicle.
  • This transmitted electrical transmission signal can be reflected, for example, by an object in the environment or within the surrounding area.
  • the radio-based receiving unit which is, for example, a receiving antenna.
  • the radio-based receiving unit is a radar receiving antenna or a radar receiving unit.
  • the electrical reception signal may have been reflected by an object in the surroundings. This makes it easier to detect an object in the vicinity of a motor vehicle, for example.
  • CMOS PDKs complementary metal-oxide-semiconductor
  • CMOS PDKs complementary metal-oxide-semiconductor
  • a contract chip manufacturer (“foundry") can provide a PDK (process development kit).
  • the optical components which are very sensitive to process variations, can be manufactured with high yield.
  • other optical components and optical waveguides are available in different levels and materials in CMOS technologies, which allows flexible, optimizable optics to be realized. This approach benefits the sensor system.
  • the proposed sensor system may be a radar system or radar sensor system.
  • the transmitting device and/or receiving device can be radio-based units, in particular radar units. With the help of the transmitting unit and/or receiving unit, objects and/or an environment can be detected using radio-based, electrical and/or electromagnetic signals.
  • spectral properties of the optical output signal can be equal to the electrical transmission signal and/or electrical reception signal.
  • the optical device or an optical source can generate a 77 GHz FMCW signal.
  • This signal can be used, for example, for a 77 GHz radar or radar sensor, such as the transmitting unit.
  • CMOS refers to complementary metal-oxide-semiconductors.
  • CMOS is a term for semiconductor components in which both P-channel and N-channel MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors) are used on a common substrate.
  • CMOS technology refers, for example, to the semiconductor process used to create integrated digital and analog circuits (ICs).
  • the first optical-electronic converter unit has a photodiode and/or a phototransistor for generating the electrical transmission signal depending on the optical transmission signal, wherein the photodiode and/or the phototransistor is designed as a CMOS electronic component.
  • the optical-electronic converter unit can be referred to as an optical-electronic converter device.
  • the optical-electronic converter unit can be arranged on the transmission device or integrated and/or partially integrated.
  • control unit can also be provided for monitoring the conversion process from an optical transmission signal to the electrical transmission signal.
  • This control unit can also be designed as a CMOS electronic component. The monitoring of the conversion process can be used for diagnostic purposes.
  • the optical-electronic or optical-electrical converter unit can be referred to as a detector.
  • the converted electrical transmission signal can be transmitted using the transmitting unit. Furthermore, the converted signal can be transmitted using the transmitting unit immediately after the optical transmission signal has been converted into the electrical transmission signal.
  • the first optical-electronic converter unit has at least one amplifier for amplifying the electrical transmission signal, wherein the at least one amplifier is designed as a CMOS electronic component.
  • the at least one amplifier should be designed as a CMOS electronic component in order to make the above-mentioned advantages with regard to the sensor system even more effective.
  • the amplifier is an electrical amplifier in order to be able to amplify the electrical transmission signal accordingly.
  • the at least one amplifier can be referred to as an amplifier unit, for example, and can optionally have several sub-amplifiers or sub-amplifier units. For example, several amplifiers can be interconnected.
  • the optical-electronic converter unit can thus contain a connection of several amplifiers. These several amplifiers can also be designed as CMOS electronic components.
  • the transmitting device in particular a radio-based one, is designed to generate and transmit the electrical transmission signal depending on the optical transmission signal or to generate and transmit the electrical transmission signal based on a manipulation of the optical transmission signal.
  • the transmitting device can thus have several functions or operating modes.
  • the transmitting device and thus the sensor system can thus be used more efficiently and flexibly or in a more diverse manner.
  • the transmitting device can be designed to generate and transmit the electrical transmission signal, which is optionally based directly on the optical transmission signal or optionally by manipulating the optical transmission signal.
  • the transmitting device can have the transmitting unit, which can be designed, for example, as a radar sensor or as an antenna or antenna element.
  • the central computing device which is designed to process the optical output signal, the electrical reception signal, the electrical transmission signal and/or the optical transmission signal, wherein the central computing device is at least partially designed as a CMOS electronic component.
  • the central computing device can be a central unit for signal generation, signal detection and data processing.
  • the transmitting device and the receiving device can be connected to the central computing device in terms of signaling and/or communication.
  • several transmitting devices and several receiving devices are each coupled or connected to the computing device.
  • the transmitting device can be referred to as a transmitting module and the receiving device as a receiving module.
  • the transmitting device and the receiving device can be connected to the computing device via an optical fiber or electronic interface, such as Ethernet.
  • the computing device can, for example, provide all the necessary control and data processing signals for the transmitting and receiving device or the receiving and transmitting device.
  • the corresponding transmitting and receiving signals can be processed together using the computing device.
  • the computing device can provide joint signal processing and/or signal evaluation for both the transmitting device and the receiving device. This means that additional computing or evaluation units are not required.
  • the central processing of data, signals and information can take place in the central computing facility.
  • the transmitting device in particular can be controlled or supplied with the optical transmission signal.
  • the central electronic-photonic computing device or central electronic computing device can be used as a control and evaluation unit of the sensor system and in particular for the transmitting device and for the receiving device. Accordingly, for example, the most varied transmitting devices and/or receiving devices can be controlled or operated or controlled with one and the same central electronic-photonic computing device.
  • the central electronic-photonic computing device can be used to track an FMCW signal and an optical signal as well as to carry out the entire signal processing and signal evaluation.
  • the central electronic-photonic computing device can be coupled to the transmitting device and/or receiving device via one or more optical fibers. Consequently, the optical transmission signal generated by the central electronic-photonic computing device is coupled into the optical fiber and transmitted via optical Signal transmission is transmitted to an optical input of the transmitting device.
  • the optical fiber can be a fiber optic cable, for example.
  • the transmitting device, the receiving device, the optical device and the central computing device are physically and/or spatially separate units from one another. Consequently, the devices are separate units from one another or from each other.
  • the transmitting device, receiving device, the optical device and the central computing device can be designed together as a common unit. Consequently, the devices are a combined, common or single unit.
  • the devices can be integrated together on a chip. This has above all space-saving and installation space-optimized advantages.
  • the transmitting device and/or receiving device can be spatially separated from each other and from the optical device.
  • an optical transmission path is specifically required.
  • the transmitting device, the receiving device, the optical device and/or the central computing device are at least partially physically and/or spatially separate units from one another.
  • the sensor system can thus be better adapted to the respective area of use or to the respective application.
  • the transmitting device, the receiving device, and the optical device can be formed together as a common unit and, as a common unit, be physically and/or spatially separated from the computing device. It is also conceivable that the transmitting device, the receiving device, and the computing device can be formed together as a common unit and, as a common unit, be physically and/or spatially separated from the optical device. It is also conceivable that the transmitting device and the receiving device can be formed together as a common unit and, as a common unit, be physically and/or spatially separated from the optical device and the computing device.
  • optical device and the computing device are formed as a common unit and that this common unit, the transmitting device, and the receiving device, are physical and/or separate units from one another.
  • the options just mentioned for how the individual devices are designed in relation to one another are not to be understood as exhaustive, but are merely intended to provide an overview of the most diverse combination possibilities. Further combinations are therefore also possible.
  • the arrangement of the hardware components is not to be understood as exhaustive, but merely provides an overview of the most diverse combination possibilities. Further combinations of the hardware components are therefore also possible.
  • the transmitting device, the receiving device, the optical device and/or the central computing device are designed as CMOS-based circuits.
  • all devices can in particular be designed as CMOS-based circuits or based on a CMOS-based circuit. In this way, a photonic radar system or sensor system with CMOS electronics can be created.
  • the transmitting device, the receiving device, the optical device and the central computing device can each be designed as a CMOS-based circuit. It is also conceivable that at least only some of the devices mentioned are designed as CMOS-based circuits.
  • the transmitting device, the receiving device, the optical device and/or the central computing device are monolithically integrated in a CMOS-based photonic technology.
  • CMOS-based photonic technology In this way, a sensor system can be created which makes a monolithic co-integration of photonic and electronic circuits in CMOS technology usable or producible.
  • all of the said devices or only parts of the said devices can be monolithically integrated in a CMOS-based photonic technology.
  • the transmitting device, the receiving device, the optical device and/or the central computing device consist of or are based at least partially, in particular completely, of silicon (SiN).
  • SiN silicon
  • the transmitting device, the receiving device, the optical device and/or the central computing device Computing devices can be manufactured using silicon nitride as a material or substrate.
  • silicon nitride other silicon compounds can also be used.
  • CMOS-based electronic and photonic circuits This makes it possible to create a sensor system or radar system that replaces conventional circuits with CMOS-based electronic and photonic circuits.
  • the transmitting device and receiving device can therefore be designed or manufactured as CMOS modules.
  • Conventional components can be replaced by CMOS components or CMOS electronic components.
  • components in the computing device can be replaced by CMOS electronic components. This means that the entire system or sensor system can be used or integrated in motor vehicles in a more flexible, universal, space-saving and/or cost-minimized manner.
  • a further aspect of the invention relates to a motor vehicle with a sensor system according to the previous aspect or an advantageous development thereof.
  • the motor vehicle just described contains a sensor system according to the previous aspect.
  • the motor vehicle is an assisted or at least partially autonomously operated vehicle.
  • the motor vehicle is a highly automated motor vehicle that includes various driver assistance systems. These driver assistance systems can access the proposed sensor system and, for example, retrieve information about the environment.
  • the motor vehicle can have several such sensor systems.
  • transmitting devices and several receiving devices can be arranged in and/or on the motor vehicle. These in turn can be coupled to the central computing device, which is, for example, centrally integrated in the motor vehicle.
  • the motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck or as a passenger bus or motorcycle.
  • trams, subways, trains, boats, airplanes, satellites and other mobile units can also be equipped with this sensor technology.
  • the units of the sensor system can be distributed throughout the motor vehicle, in particular for detecting the environment.
  • the sensor system can be an environment detection system.
  • Such a sensor system can be used in particular in motor vehicles, rail vehicles, watercraft or in automated systems or in aeronautical or aerospace technology.
  • the sensor system can be used to detect the environment or to detect objects or environmental pollution.
  • Embodiments of individual aspects of the invention are to be viewed as advantageous embodiments of other aspects, in particular of all other aspects.
  • the respective embodiments of individual aspects can be viewed as advantageous embodiments of all other aspects and vice versa.
  • An environmental sensor system can be understood, for example, as a sensor system that is able to generate sensor data or sensor signals that map, represent or reproduce the environment of the environmental sensor system.
  • the ability to detect electromagnetic or other signals from the environment is not sufficient to consider a sensor system as an environmental sensor system.
  • cameras, radar systems, lidar systems and/or ultrasonic sensor systems can be understood as environmental sensor systems.
  • the invention also includes further developments of the motor vehicle according to the invention, which have features as have already been described in connection with the further developments of the sensor system according to the invention. For this reason, the corresponding further developments of the motor vehicle according to the invention are not described again here.
  • the invention also includes combinations of the features of the described embodiments.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a motor vehicle having a sensor system according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a computing device of the sensor system of Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic representation of a transmitting device of the sensor system of Fig. 1;
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a receiving device of the sensor system 2 from Fig. 1.
  • the exemplary embodiments explained below are preferred exemplary embodiments of the invention.
  • the components described each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore to be viewed as part of the invention individually or in a combination other than that shown.
  • the exemplary embodiments described can also be supplemented by other features of the invention already described.
  • references to standards or specifications are to be understood as references to standards or specifications that are/were in force at the time of the application and/or - if priority is claimed - at the time of the priority application. However, this does not imply a general exclusion of applicability to subsequent or replacing standards or specifications.”
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 shown has, for example, a sensor system 2.
  • the sensor system is used to detect the surroundings 3 of the motor vehicle 1.
  • the sensor system 2 can be part of a driver assistance system of the motor vehicle 1.
  • the sensor system 2 can deliver or provide corresponding information, in particular regarding the surroundings 6, for the driver assistance system or a vehicle guidance system.
  • the sensor system 2 comprises, for example, a transmitting device 4 (see Fig. 3), a receiving device 5 (see Fig. 4) and a central computing device 6 (see Fig. 2).
  • the sensor system 2 in the motor vehicle 1, it can also be used in systems external to the vehicle.
  • the sensor system 2 which can be designed as a radar system, for example, can be used in automated systems, in space technology, in aviation technology or in communications technology.
  • Fig. 1 the example is again shown for illustration purposes in which the sensor system 2 is integrated in the motor vehicle 1.
  • FIG. 2 the central computing device 6 or a central unit is shown by way of example, in particular schematically.
  • the computing device 6 serves in particular for signal processing, signal processing and/or signal evaluation of the sensor system 2.
  • the central computing device 6 can be a separate and physically separated unit from the transmitting device 4 and/or the receiving device 5.
  • the transmitting device 4, the receiving device 5, an optical device 7 and the computing device 6 can be physically and/or spatially separate units from one another.
  • the transmitting device 4, the receiving device 5, the optical device 7 and the central computing device 6 can be formed together as a common unit.
  • the transmitting device 4, the receiving device 5, the optical device 7 and/or the central computing device 6 can be at least partially physically and/or spatially separate units from one another.
  • the optical device 7 can be integrated in the computing device 6. Furthermore, it is conceivable that the transmitting device 4 and the receiving device 5 are integrated in a common unit. Thus, for example, the sensor system 2 can be formed from a unit which contains the computing device 6 and the optical device 7 and a unit which contains the transmitting device 4 and the receiving device 5.
  • the central computing device 6 can, for example, be a central unit or a central control or central activation unit of the sensor system 2.
  • the proposed sensor system is designed using CMOS technology or CMOS electronics.
  • the sensor system 2 can be manufactured using CMOS methods, for example.
  • the transmitting device 4, the receiving device 5, the optical device 7 and/or the central computing device 6 can be designed as CMOS-based circuits.
  • the transmitting device 4, the receiving device 5, the optical device 7 and/or the central computing device 6 can be monolithically integrated in a CMOS-based photonic technology.
  • the sensor system 2 in particular can be manufactured and used in a way that minimizes costs, minimizes installation space, minimizes time, optimizes performance and/or is more flexible.
  • the transmitting device 4, the receiving device 5, the computing device 6 and/or the optical device 7 can be completely and/or at least partially designed or manufactured from CMOS electronic components.
  • an optical transmission signal 8 can be generated or provided.
  • the optical device 7 is integrated in the computing device 6. However, this is only one possible example.
  • the optical device 7 can also be designed as an independent unit.
  • the optical transmission signal 8 can be transmitted or transmitted via glass fiber 9 to an optical input 10 (see Fig. 3) of the transmitting device 4.
  • the transmitting device 4 and the central computing device 6 are thus coupled to one another by means of optical transmission paths or an optical transmission path.
  • the optical transmission signal 8 can also be made available to the receiving device 5 by means of the glass fiber 9.
  • the receiving device 5 can have a further optical input 11 (see Fig. 4).
  • the computing device 6 can be used to supply several different transmitting and receiving devices with the transmission signal 8.
  • the computing device 6 has, for example, a distributor 12 with which the transmission signal 8 can be divided, for example into several transmission paths.
  • the transmission signal 8 transmitted to the transmitting device 4 can be converted with the aid of a first optical-electronic converter unit 13 or an optical-electronic converter device.
  • an electrical transmission signal 14 can be generated on the basis of the optical transmission signal 8.
  • This electrical transmission signal 14 can be transmitted in particular into the environment 3.
  • the transmitting device 4 can have a, in particular radio-based, transmitting unit 15.
  • This transmitting unit 15 can be, for example, an antenna or an antenna element.
  • the transmitting device 4 can be referred to as a transmitting module or radar transmitter.
  • the transmitting device 4 can be controlled or operated with the aid of the computing device 6, so that a radar-based signal can be transmitted.
  • the transmitting device 4 can have at least one amplifier 16, in particular an electrical amplifier. With this amplifier, the electrical transmission signal 14 can be amplified for transmission. Furthermore, the transmitting device 4 can have a module 17. With the help of the module 17, the transmission signal 14 can be adapted, manipulated or changed accordingly. Thus, before the transmission signal 14 is transmitted, it can still be processed, prepared or changed.
  • the first optical-electronic converter unit 13 can have a photodiode 18 and/or a phototransistor 19 for generating the electrical transmission signal 14 on the basis of the transmission signal 8.
  • the amplifier 16 may be a power amplifier.
  • the transmitting device 4 is designed as a CMOS circuit.
  • the first optical-electronic converter unit 13, the photodiode 18, the phototransistor 19, the module 17, the amplifier 16 and/or the transmitting unit 15 can be designed as CMOS electronic components.
  • all components or units of the transmitting device 4 can be designed as CMOS electronic components.
  • the transmitting device 4 is also designed to upconvert the electrical transmission signal 14 to a higher frequency.
  • the receiving device 5 is explained below in Fig. 4.
  • the receiving device 5 can have a receiving unit 20, in particular a radio-based one.
  • the radio-based receiving unit 20 can be a receiving antenna, an antenna, an antenna element or a radar sensor.
  • the receiving unit 20 can receive an electrical received signal 21 in the environment 3.
  • the received signal 21 can be based on the transmitted signal 14.
  • the transmitted signal 14 can impinge on an object in the environment 3 and be reflected there accordingly, so that it can be received as a received signal 21.
  • the received signal 21 can be converted by means of a second optical-electronic converter unit 22.
  • the received signal 21 can be converted into an optical output signal 23.
  • the transmission signal 8 also provided to the receiving device 5 can be mixed with the electrical reception signal 21.
  • the transmission signal can be converted into an electrical signal using a further optical-electronic converter unit 24. This converted signal can then be adjusted or manipulated using a manipulation device 25 and then fed together with the electrical reception signal 21 to a demodulation unit 26 or a mixer.
  • the transmission signal 8, in particular which at least contains a carrier frequency, can thus be taken into account when converting the optical reception signal 23.
  • the converted electrical optical output signal 23 can be made available or transmitted to the computing device 6 via an optical output 27.
  • a glass fiber 9 can again be used for this purpose.
  • the receiving device 5 can have a separate or independent optical source 28. With this, a corresponding optical signal can be made available to the second optical-electronic converter unit 22 or transmitted to it and this can be taken into account when converting the electrical reception signal 21.
  • optical-electronic converter unit 22, the transmitting unit 20, the converter unit 24, the modulation device 25, the demodulation device 26 and/or the further optical source 28 can be designed as CMOS electronic components.
  • all components or units of the receiving device 5 can be designed as CMOS electronic components.
  • the optical output signal 23 provided to the computing device 6 can be converted into a corresponding electrical signal by means of a further optical-electronic converter unit 29 (see Fig. 2).
  • digitization and/or processing can be carried out here.
  • This electrical signal can be fed to or transmitted to an evaluation unit 30 (see Fig. 2) or processing unit or signal processing unit, so that the electrically converted optical output signal 23, which contains radar or environmental information, can be evaluated.
  • Signal processing, signal processing and/or signal analysis can be carried out with the aid of the evaluation unit 30. This is used in particular for environmental detection.
  • a corresponding electrical signal from the evaluation unit 30 or an electrical control signal can be made available or transmitted to an optical-electronic converter unit 31 (see Fig. 2) of the computing device 6. This can in turn be mixed by the optical transmission signal 8.
  • the optical device 7, the converter unit 31, the distributor 12, the converter unit 29 and/or the evaluation unit 30 can be designed as CMOS electronic components.
  • all components or units of the computing unit 6 can be designed as CMOS electronic components.
  • Fiber optic input additional optical input
  • Demodulation device optical output further optical source further optical-electronic converter unit evaluation unit further optical-electronic converter unit

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem (2) zur Umfelderfassung mit: - einer optischen Einrichtung (7) zum Bereitstellen eines optischen Übertragungssignals (8), - einer Sendeeinrichtung (4), wobei die Sendeeinrichtung (4) aufweist: • eine erste optisch-elektronische Wandlereinheit (13), welche dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Aussendesignal (14) auf Basis des optischen Übertragungssignals (8) zu erzeugen, • eine Sendeeinheit (15), welche dazu ausgebildet ist, das elektrische Aussendesignal (14) auszusenden, - einer Empfangseinrichtung (5), wobei die Empfangseinrichtung (5) aufweist: • eine Empfangseinheit (20) zum Empfangen eines elektrischen Empfangssignals (21), • eine zweite optisch-elektronische Wandlereinheit (22), welche dazu ausgebildet ist, ein optisches Ausgangssignal (23) auf Basis des elektrischen Empfangssignals (20) zu erzeugen, wobei - die erste optisch-elektronische Wandlereinheit (13), die Sendeeinheit (15), die Empfangseinheit (20) und die zweite optisch-elektronische Wandlereinheit (22) als CMOS-Elektronikkomponenten ausgebildet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (1).

Description

Beschreibung
Radarsystem mit CMOS-Elektronikkomponenten
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Umfelderfassung. Das Sensorsystem weist eine optische Einrichtung zum Bereitstellen eines optischen Übertragungssignals auf. Des Weiteren weist das Sensorsystem eine Sendeeinrichtung auf, wobei die Sendeeinrichtung eine optischelektronische Wandlereinheit, welche dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Aussendesignal auf Basis des optischen Übertragungssignals zu erzeugen. Des Weiteren weist die Sendeeinrichtung eine Sendeeinheit auf, welche dazu ausgebildet ist, das elektrische Aussendesignal auszusenden. Das Sensorsystem weist des Weiteren eine Empfangseinrichtung auf, wobei die Empfangseinrichtung eine Empfangseinheit zum Empfangen eines elektrischen Empfangssignals und eine zweite optisch-elektronische Wandlereinheit aufweist, welche dazu ausgebildet ist, ein optisches Ausgangssignal auf Basis des elektrischen Empfangssignals zu erzeugen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Sensorsystem.
Beispielsweise ist aus der US 2021 / 0 181 310 A1 ein Lidarsystem bekannt. Dieses Lidarsystem kann ein Silicium-basiertes „phase shifter-array“ aufweisen. Ferner offenbart die US 2019 / 0 056 558 A1 Möglichkeiten zur Anordnung beziehungsweise „packaging“ von Laserquellen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sensorsystem, insbesondere ein Radarsystem, zu schaffen beziehungsweise bereitzustellen, welches effizienter und flexibler, und insbesondere bauraumsparender, eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Sensorsystem und ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Umfelderfassung mit: - einer optischen Einrichtung zum Bereitstellen eines optischen Übertragungssignals,
- einer Sendeeinrichtung, wobei die Sendeeinrichtung aufweist: o eine erste optisch-elektronische Wandlereinheit, welche dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Aussendesignal auf Basis des optischen Übertragungssignals zu erzeugen, o eine Sendeeinheit, welche dazu ausgebildet ist, das elektrische Aussendesignal auszusenden,
- einer Empfangseinrichtung, wobei die Empfangseinrichtung aufweist: o eine Empfangseinheit zum Empfangen eines elektrischen Empfangssignals, o eine zweite optisch-elektronische Wandlereinheit, welche dazu ausgebildet ist, ein optisches Ausgangssignal auf Basis des elektrischen Empfangssignals zu erzeugen, wobei
- die erste optisch-elektronische Wandlereinheit, die Sendeeinheit, die Empfangseinheit und die zweite optisch-elektronische Wandlereinheit als CMOS-Elektronikkomponenten ausgebildet sind.
Das erfindungsgemäße Sensorsystem kann insbesondere zur Umfelderfassung effizienter und flexibler eingesetzt werden. Besonders ist das Sensorsystem vorteilhaft in der Anwendung beziehungsweise im Einsatz im Automobilbereich, also in Kraftfahrzeugen. Durch die Verwendung der CMOS-Technologie beziehungsweise von CMOS-Elektronikkomponenten in dem Sensorsystem kann vor allem das Sensorsystem kostenreduzierter, bauraumreduzierter und zeitreduzierter hergestellt beziehungsweise bereitgestellt werden. Dies ist vor allem ein weiterer Vorteil für den Einsatz des Sensorsystems in Kraftfahrzeugen.
Des Weiteren bietet das vorgeschlagene Sensorsystem Vorteile, wie zum Beispiel die Verwendung von Standard-Telekommunikationslasern anstelle von Speziallösungen. Des Weiteren können durch die Verwendung der CMOS-Elektronikkomponenten beispielsweise anstelle von Kanten-Kopplern beziehungsweise von Gitter-Kopplern nun Kanten-Koppler für planare Ausgestaltungen verwendet werden. Des Weiteren kann eine monolithische Integration von Lasern, wie zum Beispiel der optischen Einrichtung, in dem Sensorsystem erreicht werden. Des Weiteren benötigt das vorgeschlagene Sensorsystem durch die Verwendung von CMOS- Elektronikkomponenten einen geringeren Bauraumbedarf und einen reduzierten Leistungsbedarf, sodass ebenfalls eine geringere Verlustleistung vorliegt. Dies macht das Sensorsystem effizienter im Einsatz. Durch die Verwendung von kostengünstigerer CMOS- Fertigungstechnologie kann eine Kostenersparnis bei der Herstellung des Sensorsystems erreicht werden. Des Weiteren kann eine FAB-Durchlaufzeit beziehungsweise ein Durchsatz, insbesondere bei der Herstellung des Sensorsystems, reduziert werden. Durch die Verwendung von kostengünstigen CMOS-Elektronikkomponenten kann eine Abhängigkeit von einer Halbleiterfertigungsindustrie reduziert werden. Des Weiteren weist das Sensorsystem eine verbesserte Ausgangsleistung auf.
Des Weiteren ist denkbar, dass das vorgeschlagene Sensorsystem eine verbesserte Einsatzfähigkeit unter Anspruch von Umweltbedingungen aufweist. Somit kann das Sensorsystem auch in der Landwirtschaft, in Automotive-Systemen oder in der Raumfahrt eingesetzt werden.
CMOS-Prozesse ermöglichen des Weiteren, etablierte Module im Hochvolumen zu integrieren. Des Weiteren kann mittels CMOS-Prozessen ein SUI-Waver genutzt werden, wodurch ein sehr langsames monolithisches Wachsen von Si (Silicium) eingespart werden kann. Des Weiteren können mit Hilfe der Verwendung von CMOS-Elektronikkomponenten die mechanischen Abmessungen des Sensorsystems reduziert werden, sodass insbesondere das Sensorsystem insbesondere kompaktere Einheiten beziehungsweise integrierte Schaltkreise aufweisen kann. Des Weiteren kann das vorgeschlagene Sensorsystem an kontinuierlich verbesserte Energiemanagementsysteme (FTSOI) angeschlossen beziehungsweise verbunden werden. Des Weiteren kann das Sensorsystem an Technologien, wie zum Beispiel TSMC, GF, etc. angeschlossen werden. Insbesondere ermöglicht das vorgeschlagene Sensorsystem den Anschluss an der „Leading-Edge-Technologie“.
Insbesondere kann mit Hilfe des vorgeschlagenen Sensorsystems eine monolithische Co- Integration von photonischen und elektronischen Schaltkreisen in CMOS-Technologien erreicht werden. Beispielsweise kann bei dem vorgeschlagenen Sensorsystem auf CMOS-Verfahren zurückgegriffen werden und gegebenenfalls photonische Komponenten auf Silicium-Nitrit-Basis verwendet werden.
Des Weiteren bietet das vorgeschlagene Sensorsystem den Vorteil, dass es nicht mehr notwendig ist, auf eine Chip-Fertigung in Hybrid-BICMOS-Verfahren für photonische Radare zurückgreifen zu müssen. Des Weiteren können kostenintensive Produktionsverfahren vermieden werden. Des Weiteren kann das Sensorsystem durch die Verwendung von CMOS- Elektronikkomponenten in einer geringeren Fertigungszeit hergestellt werden.
Durch die Verwendung von CMOS-Elektronikkomponenten und somit einem CMOS-Verfahren kann vor allem ein elektronisch-photonisch-cointegriertes Radarsystem designt beziehungsweise hergestellt werden unter der Verwendung von CMOS-Verfahren. Somit kann beispielsweise mit Hilfe des vorgeschlagenen Sensorsystems ein photonisches Radarsystem mit CMOS-Elektronik bereitgestellt beziehungsweise geschaffen werden.
Insbesondere kann das Sensorsystem bei beispielsweise zumindest teilweise autonom betriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere jedoch auch bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Um jedoch eine solch automatisierte Fahrt zu ermöglichen, ist eine sichere Umfeldwahrnehmung unabdingbar. Dabei wird das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mit Hilfe von Sensoren, wie Radar, Lidar oder Kamera, erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung, so dass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können. Hierzu kann das Sensorsystem verwendet werden. Insbesondere kommt dem Lidar in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zu, da dieser Sensortyp präziser in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Lidarsensoren kostenintensiv und ihrem Aufbau aufwendig. Insbesondere eine 360-Grad- dreidimensionale Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind, um dieses zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Lidarsensoren verbaut. Weiterhin sind Lidarsensoren anfällig gegenüber Wettereinflüssen, wie Regen, Nebel oder direkte Sonneneinstrahlung. Hierzu kann das Sensorsystem Abhilfe schaffen.
Radarsensoren beziehungsweise Sensorsysteme sind ebenfalls im Kraftfahrzeugbau etabliert und liefern bei allen Wtterungsbedingungen zuverlässig und ausfallsicher Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse, wie beispielsweise Regen, Nebel, Schnee, Staub oder Dunkelheit beeinflussen kaum ihre Wahrnehmungszuverlässigkeit. Allerdings ist gemäß dem Stand der Technik das Auflösungsvermögen bisher beschränkt, insbesondere sind im Einsatz befindliche Serienradare lediglich mit einem Auflösungsvermögen im Wnkel von etwa 7 Grad ausgebildet. Um die Anforderungen für eine erhöhte Automatisierungsstufe im Kraftfahrzeugbau mit sicheren Fahrfunktionen zu erreichen, ist es vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung dreidimensionale Bilder mit einer hohen Wnkelauflösung im Bereich von 0,1 Grad und darunter mit einer großen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefern. Dies wird mit der konventionellen Radartechnik gemäß dem Stand der Technik nicht erreicht, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist. Genau greift das erfindungsgemäße das Sensorsystem vorteilhaft ein. Das Sensorsystem kann als photonische Radarsystem ausgebildet sein, welche eine Erhöhung des Auflösungsvermögens realisiert, indem elektronische und photonische Komponenten in einem einzigen Halbleiter-Chip kointegriert werden. Die Verfolgung eines FMCW-Signals sowie die gesamte Signalverarbeitung und Signalauswertung werden dabei Zustand die Zentralstation durchgeführt. Jedes Sende- und Empfangsmodul weist einen elektronisch-photonisch kointegrierten Chip, einen sogenannten Epic-Chip, auf. Für den Kointegration wird eine Silizium-Photonik-Technologie verwendet. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik gemeinsam auf einem Chip. Die technische Innovation eines solchen Systems liegt dabei in der Signalübertragung von Gigahertz-Signalen mittels des optischen Trägersignals im Terahertz- Frequenzbereich. Eine Zentralstation, welche auch als zentralelektronische Recheneinrichtung bezeichnet werden kann, erzeugt eine optische Trägerfrequenz in Terahertz. Auf diese wird das übertragene Signal mit einem Achtel der Radarfrequenz moduliert und die optische Faser an die Antennen-Chips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzvervielfachung statt, so dass die Radarstrahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation prozessiert.
Eine solche Ausführung ist jedoch sehr aufwendig in der Implementierung von Gigahertz- Elektronik auf Chip-Ebene. Insbesondere die auf dem Chip stattfindende Frequenzvervielfachung nach Detektion durch eine Photodiode ist technisch herausfordernd und stellt eine hohe Herausforderung hinsichtlich der Gigahertz-Signalerzeugung mit hohem Signal-zu-Rauschverhältnis und möglichst geringem Jitter dar. So muss das Gigahertz-Signal in weiteren Schritten aufwendig stabilisiert werden. Darüber hinaus ist Gigahertz-Elektronik kostenintensiv. Weiterhin werden hohe Leistungsanforderungen an den optischen Träger, insbesondere den Laser, gesetzt, da viel optische Leistung benötigt wird, um ein hochpräzises Gigahertz-Signal zu erzeugen, was Ringleitungen mit der einzigen Phase für einen Radar-Array mit vielen verteilten Radars-Halbleiter-Chips schwer realisierbar macht. Insbesondere werden weiterhin zwei photonisch-elektronische Halbleiter-Chips für einen jeweiligen Sende- und Empfangskanal benötigt, was zu weiteren Kostenaufwenden führt. Die soeben genannten Probleme werden durch das Sensorsystem zumindest teilweise, insbesondere vollständig, gelöst.
Mithilfe der funkbasierten Sendeeinheit kann das elektrische Aussendesignal in die Umgebung, insbesondere in eine Umgebung eines Kraftfahrzeugs, aussenden. Dabei kann dieses ausgesendete elektrische Aussendesignal beispielsweise an einem Objekt in der Umgebung beziehungsweise innerhalb des Umgebungsbereichs reflektiert werden. Dies kann mithilfe der funkbasierten Empfangseinheit, welche beispielsweise eine Empfangsantenne ist, empfangen werden. Insbesondere handelt es sich bei der funkbasierten Empfangseinheit um eine Radarempfangsantenne beziehungsweise eine Radarempfangseinheit.
Beispielsweise kann das elektrische Empfangssignal von einem Objekt in der Umgebung reflektiert worden sein. Somit kann beispielsweise ein Objekt in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs besser detektiert werden.
Mit Hilfe des vorgeschlagenen Sensorsystems können ein Transfer und eine Implementierung bestehender EPIC-Chip-Funktionen (zum Beispiel auf Basis von SiGe-Technologien) für photonische Radarsysteme in Chip-Design auf CMOS-Technologiebasis (CMOS PDKs) erreicht werden. Beispielsweise kann durch einen Auftragschipfertiger („Foundry“) ein PDK (Process- Development-Kit) bereitgestellt werden. Durch die Verwendung von extrem skalierten Technologiedimensionen, wie diese in CMOS üblich sind, lassen sich die optischen Bauteile, welches sehr empfindlich gegenüber Prozessvariationen sind, mit hoher Ausbeute herstellen. Zudem sind in CMOS-Technologien weiteren optische Bauteile und optische Wellenleiter in verschiedenen Ebenen und Materialien verfügbar, wodurch sich eine flexible optimierbare Optik realisieren lässt. Dieser Ansatz kommt dem Sensorsystem zugute.
Bei dem vorgeschlagenen Sensorsystem kann es sich um ein Radarsystem beziehungsweise Radarsensorsystem handeln.
Bei der Sendeeinrichtung und/oder Empfangseinrichtung kann es sich um funkbasierte Einheiten, insbesondere um Radareinheiten, handeln. Mit Hilfe der Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit können mittels funkbasierter, elektrischer und/oder elektromagnetischer Signale eine Erfassung von Objekten und/oder eines Umfelds vorgenommen werden.
Speziell können spektrale Eigenschaften des optischen Ausgangssignals gleich dem elektrischen Aussendesignal und/oder elektrischen Empfangssignal sein.
Beispielsweise kann die optische Einrichtung beziehungsweise eine optische Quelle ein 77 GHz FMCW-Signale erzeugen. Dieses Signal kann beispielsweise für einen 77 GHz-Radar beziehungsweise Radarsensor, wie zum Beispiel die Sendeeinheit, verwendet werden.
Beispielsweise kann zumindest die optische Einrichtung vorgesehen sein, um das optische Übertragungssignal direkt und/oder mittels externer Komponenten zu modulieren. Unter CMOS sind komplementäre / sich ergänzende Metall-Oxid-Halbleiter (englisch: „complementary metal-oxide-semiconductor“) gemeint. Insbesondere steht CMOS für eine Bezeichnung für Halbleiterbauelemente, bei denen sowohl der P-Kanal- als auch N-Kanal- MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) auf einem gemeinsamen Substrat verwendet werden. Unter der CMOS-Technik beziehungsweise CMOS-Technologie versteht man beispielsweise den verwendeten Halbleiter-Prozess, der zur Realisierung von integrierten digitalen wie analogen Schaltungen (ICs) verwendet werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die die erste optisch-elektronische Wandlereinheit eine Photodiode und/oder einen Phototransistor zum Erzeugen des elektrischen Aussendesignals abhängig von dem optischen Übertragungssignal aufweist, wobei die Photodiode und/oder der Phototransistor als CMOS-Elektronikkomponente ausgebildet ist. Insbesondere kann die optisch-elektronische Wandlereinheit als optisch-elektronische- Wandlereinrichtung bezeichnet werden. Die optisch-elektronische Wandlereinheit kann auf der Sendeeinrichtung angeordnet beziehungsweise integriert und/oder teilintegriert sein.
Des Weiteren kann zusätzlich eine Kontrolleinheit zum Überwachen des Umwandelvorgangs von einem optischen Übertragungssignal in das elektrische Aussendesignal vorgesehen sein. Diese Kontrolleinheit kann ebenfalls als CMOS-Elektronikkomponente ausgebildet sein. Die Überwachung des Umwandelvorgangs kann zu Diagnosezwecken herangezogen werden.
Speziell kann die optisch-elektronische beziehungsweise optisch-elektrische Wandlereinheit als Detektor bezeichnet werden.
Mit Hilfe der Sendeeinheit kann das umgewandelte elektrische Aussendesignal ausgesendet werden. Des Weiteren kann mit Hilfe der Sendeeinheit unmittelbar im Anschluss zum Umwandeln des optischen Übertragungssignals in das elektrische Aussendesignal ein Aussenden dieses umgewandelten Signals erfolgen.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die erste optisch-elektronische Wandlereinheit zumindest einen Verstärker zum Verstärken des elektrischen Aussendesignals aufweist, wobei der zumindest eine Verstärker als CMOS-Elektronikkomponente ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine effiziente, insbesondere verbesserte Umfelderfassung, da das Aussendesignal entsprechend aufbereitet werden kann, insbesondere je nach Anforderung beziehungsweise Einsatzgebiet. Neben der Wandlereinheit kann also auch der zumindest eine Verstärker als CMOS-Elektronikkomponente ausgebildet sein, um die bereits genannten Vorteile bezüglich des Sensorsystems noch besser zum Tragen kommen zu lassen. Insbesondere handelt es sich bei dem Verstärker um einen elektrischen Verstärker, um das elektrische Aussendesignal entsprechend verstärken zu können.
Der zumindest eine Verstärker kann beispielsweise als Verstärkereinheit bezeichnet werden und optional mehrere Teilverstärker beziehungsweise Teilverstärker-Einheiten aufweisen. Beispielsweise können mehrere Verstärker verschaltet werden. Somit kann die optischelektronische Wandlereinheit eine Verschaltung von mehreren Verstärkern beinhalten. Diese mehreren Verstärker können ebenfalls als CMOS-Elektronikkomponenten ausgebildet sein.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die, insbesondere funkbasierte, Sendeeinrichtung dazu ausgebildet ist, das elektrische Aussendesignal abhängig von dem optischen Übertragungssignal zu erzeugen und auszusenden oder das elektrische Aussendesignal basierend auf einer Manipulation des optischen Übertragungssignals zu erzeugen und auszusenden. Somit kann die Sendeeinrichtung mehrere Funktionen beziehungsweise Betriebsmodi aufweisen. Somit kann vor allem die Sendeeinrichtung und somit das Sensorsystem effizienter und flexibler beziehungsweise vielfältiger eingesetzt beziehungsweise genutzt werden.
Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung dazu ausgebildet sein, das elektrische Aussendesignal, welches optional direkt auf dem optischen Übertragungssignal basiert oder optional durch Manipulation des optischen Übertragungssignals zu erzeugen und auszusenden.
Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung die Sendeeinheit aufweisen, welche beispielsweise als Radarsensor oder als Antenne beziehungsweise Antennenelement ausgebildet sein kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die zentrale Recheneinrichtung, welche ausgebildet ist, das optische Ausgangssignal, das elektrische Empfangssignal, das elektrische Aussendesignal und/oder das optische Übertragungssignal zu verarbeiten, wobei die zentrale Recheneinrichtung zumindest teilweise als CMOS-Elektronikkomponente ausgebildet ist. Bei der zentralen Recheneinrichtung kann es sich um eine Zentraleinheit zur Signalerzeugung, Signalerfassung und Datenverarbeitung handeln. Insbesondere können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung mit der zentralen Recheneinrichtung signaltechnisch und/oder kommunikationstechnisch verbunden sein. Insbesondere können mehrere Sendeeinrichtungen und mehrere Empfangseinrichtungen jeweils mit der Recheneinrichtung gekoppelt beziehungsweise verbunden sein.
Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung als Sendemodul und die Empfangseinrichtung als Empfangsmodul bezeichnet werden. Beispielsweise können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung per optischer Faser oder elektronischer Schnittstelle, wie zum Beispiel Ethernet, mit der Recheneinrichtung verbunden sein. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise alle notwendigen Steuer- und Datenverarbeitungssignale für die Sende- und Empfangseinrichtung beziehungsweise Empfangs- und Sendeeinrichtung zur Verfügung stellen. Die entsprechenden Sende- und Empfangssignale können mittels der Recheneinrichtung gemeinsam verarbeitet werden. Mit der Recheneinrichtung kann eine gemeinsame Signalverarbeitung und/oder Signalauswertung sowohl für die Sendeeinrichtung als auch für die Empfangseinrichtung bereitgestellt werden. Somit kann auf zusätzliche Rechenbeziehungsweise Auswerteeinheiten verzichtet werden.
Die zentrale Verarbeitung beziehungsweise Prozessierung von Daten, Signalen und Informationen kann in der zentralen Recheneinrichtung erfolgen.
Mithilfe der zentralen elektronisch-photonischen Recheneinrichtung kann vor allem die Sendeeinrichtung gesteuert beziehungsweise mit dem optischen Übertragungssignal versorgt werden. Insbesondere kann die zentrale elektronisch-photonische Recheneinrichtung oder zentral elektronische Recheneinrichtung als Ansteuerungs- und Auswerteeinheit des Sensorsystems und insbesondere für die Sendeeinrichtung und für die Empfangseinrichtung verwendet werden. Dementsprechend können beispielsweise die verschiedensten Sendeeinrichtungen und/oder Empfangseinrichtungen mit ein- und derselben zentralen elektronisch-photonischen Recheneinrichtung gesteuert beziehungsweise betrieben beziehungsweise angesteuert werden.
Beispielsweise kann mittels der zentralen elektronisch-photonischen Recheneinrichtung eine Verfolgung eines FMCW-Signals und eines optischen Signals sowie die gesamtem Signalverarbeitung und Signalauswertung durchgeführt werden.
Beispielsweise kann die zentrale elektronisch-photonische Recheneinrichtung über eine oder mehrere Glasfasern mit der Sendeeinrichtung und/oder Empfangseinrichtung gekoppelt werden. Folglich wird das optische Übertragungssignal, das durch die zentrale elektronisch- photonische Recheneinrichtung erzeugt wurde, in die Glasfaser eingekoppelt und über optische Signalübertragung an einen optischen Eingang der Sendeeinrichtung übertragen. Bei der Glasfaser kann es sich beispielsweise um eine Glasfaserleitung handeln.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung, die optische Einrichtung und die zentrale Recheneinrichtung zueinander körperlich und/oder räumlich getrennte Einheiten sind. Folglich handelt es sich bei den Einrichtungen um zueinander beziehungsweise voneinander separate Einheiten. Alternativ kann die Sendeeinrichtung, Empfangseinrichtung, die optische Einrichtung und die zentrale Recheneinrichtung zusammen als gemeinsame Einheit ausgebildet sein. Folglich handelt es sich bei den Einrichtungen um eine kombinierte, gemeinsame beziehungsweise einzige Einheit. Beispielsweise können die Einrichtungen gemeinsame auf einem Chip integriert sein. Dies hat vor allem platzsparende und bauraumoptimierte Vorteile.
Gegebenenfalls kann die Sendeeinrichtung und/oder Empfangseinrichtung räumlich voneinander sowie von der optischen Einrichtung räumlich getrennt sein. In diesem Fall ist speziell eine optische Übertragungsstrecke notwendig.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung, die optische Einrichtung und/oder die zentrale Recheneinrichtung zueinander zumindest teilweise körperlich und/oder räumlich getrennte Einheiten sind. Somit kann das Sensorsystem besser an das jeweilige Einsatzgebiet beziehungsweise an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung und die optische Einrichtung zusammen als gemeinsame Einheit gebildet und als gemeinsame Einheit zur Recheneinrichtung körperlich und/oder räumlich getrennt sein. Ebenfalls denkbar ist, dass die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung und die Recheneinrichtung zusammen als gemeinsame Einheit gebildet und als gemeinsame Einheit zur optischen Einrichtung körperlich und/oder räumlich getrennt sind. Des Weiteren ist denkbar, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung zusammen als gemeinsame Einheit gebildet und als gemeinsame Einheit zur optischen Einrichtung und zur Recheneinrichtung körperlich und/oder räumlich getrennt sind. Denkbar ist auch, dass die optische Einrichtung und die Recheneinrichtung als gemeinsame Einheit gebildet sind und diese gemeinsame Einheit, die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung zueinander körperliche und/oder getrennte Einheiten sind. Die soeben genannten Möglichkeiten, wie die einzelnen Einrichtungen zueinander ausgebildet sind, sind nicht abschließend zu verstehen, sondern sollen lediglich einen Überblick über die vielfältigsten Kombinationsmöglichkeiten geben. Weitere Kombinationen sind somit möglich. In diesem Zusammenhang sei zu erwähnen, dass die Anordnung der Hardwarekomponenten nicht abschließend zu verstehen ist, sondern lediglich einen Überblick über die vielfältigsten Kombinationsmöglichkeiten geben. Weitere Kombinationen der Hardwarekomponenten sind somit ebenfalls möglich.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung, die optische Einrichtung und/oder die zentrale Recheneinrichtung als CMOS-basierte Schaltkreise ausgebildet sind. Somit können, um ein besonders vorteilhaftes Sensorsystem auf CMOS-Technologie-Basis verwenden beziehungsweise herstellen zu können, insbesondere alle Einrichtungen als CMOS-basierte Schaltkreise beziehungsweise auf einem CMOS-basierten Schaltkreis basieren. Somit kann vor allem ein photonisches Radarsystem beziehungsweise Sensorsystem mit CMOS-Elektronik geschaffen werden.
Beispielsweise können die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung, die optische Einrichtung und die zentrale Recheneinrichtung jeweils als CMOS-basierter Schaltkreis ausgebildet sein. Ebenso denkbar ist, dass zumindest nur einige der genannten Einrichtungen als CMOS-basierte Schaltkreise ausgebildet sind.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung, die optische Einrichtung und/oder die zentrale Recheneinrichtung monolithisch in einer CMOS-basierten photonischen Technologie integriert sind. Somit kann vor allem ein Sensorsystem geschaffen werden, welches eine monolithische Co- Integrati on von photonischen und elektronischen Schaltkreisen in der CMOS-Technologie verwendbar beziehungsweise herstellbar macht.
Insbesondere können alle der genannten Einrichtungen oder nur Teile der genannten Einrichtungen als monolithisch in einer CMOS-basierten photonischen Technologie integriert sein.
Insbesondere bestehen beziehungsweise basieren die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung, die optische Einrichtung und/oder die zentrale Recheneinrichtung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus Silicium (SiN). Somit können vor allem die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung, die optische Einrichtung und/oder die zentrale Recheneinrichtung mittels Silicium-Nitrid als Material beziehungsweise als Substrat hergestellt beziehungsweise gefertigt werden. Neben Silicium-Nitrid können auch andere Silicium- Verbindungen verwendet werden.
Somit kann vor allem ein Sensorsystem beziehungsweise Radarsystem geschaffen werden, welches herkömmliche Schaltkreise durch CMOS-basierte elektronische und photonische Schaltkreise ersetzt. Somit können die Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung als CMOS- Module konzipiert beziehungsweise hergestellt werden. Dabei können konventionelle Komponenten durch CMOS-Komponenten beziehungsweise CMOS-Elektronikkomponenten ersetzt werden. Des Weiteren können Komponenten in der Recheneinrichtung durch CMOS- Elektronikkomponenten ersetzt werden. Somit kann das Gesamtsystem beziehungsweise Sensorsystem flexibler, universeller, bauraumeinsparender und/oder kostenminimierter in Kraftfahrzeugen eingesetzt beziehungsweise integriert werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Sensorsystem nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildungen daraus. Insbesondere beinhaltet das soeben beschriebene Kraftfahrzeug ein Sensorsystem nach dem vorherigen Aspekt.
Insbesondere handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein assistiertes oder zumindest teilweise autonom betriebenes Fahrzeug. Insbesondere handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein hochautomatisiertes Kraftfahrzeug, welches verschiedene Fahrerassistenzsysteme beinhaltet. Diese Fahrerassistenzsysteme können auf das vorgeschlagene Sensorsystem zurückgreifen und beispielsweise Umfeldinformationen abrufen. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug mehrere solcher Sensorsysteme aufweisen.
Insbesondere können in und/oder am Kraftfahrzeug mehrere Sendeeinrichtungen und mehrere Empfangseinrichtungen angeordnet sein. Diese wiederum können mit der zentralen Recheneinrichtung, welche beispielsweise zentral im Kraftfahrzeug integriert ist, gekoppelt sein.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Darüber hinaus können auch Straßenbahnen, U-Bahnen, Eisenbahnen, Boote, Flugzeuge, Satelliten und andere mobil Einheiten mit dieser Sensortechnologie ausgestattet werden. Beispielsweise können die Einheiten des Sensorsystems verteilt am Kraftfahrzeug angeordnet sein, insbesondere zur Umfelderfassung. Insbesondere kann es sich bei dem Sensorsystem um ein Umfelderfassungssystem handeln.
Solch ein Sensorsystem kann insbesondere in Kraftfahrzeugen, schienengebundenen Fahrzeugen, Wasserfahrzeuge oder in automatisierten Systemen oder in der Luftfahrttechnik oder in der Raumfahrttechnik eingesetzt werden. Insbesondere kann das Sensorsystem zur Umfelderfassung beziehungsweise zur Detektion von Objekten oder Umweltverschmutzung verwendet werden.
Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte der Erfindung sind als vorteilhafte Ausführungsbeispiele anderer Aspekte, insbesondere aller anderen Aspekte, anzusehen. Insbesondere können die jeweiligen Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte als vorteilhafte Ausführungsbeispiele aller anderen Aspekte angesehen werden und umgekehrt ebenfalls.
Ein Umfeldsensorsystem kann beispielsweise als Sensorsystem verstanden werden, das dazu in der Lage ist, Sensordaten oder Sensorsignale zu erzeugen, welche die Umgebung des Umfeldsensorsystems abbilden, darstellen oder wiedergeben. Insbesondere ist die Fähigkeit, elektromagnetische oder sonstige Signale aus der Umgebung zu erfassen, nicht hinreichend, um ein Sensorsystem als Umfeldsensorsystem zu erachten. Beispielsweise können Kameras, Radarsysteme, Lidarsysteme und/oder Ultraschallsensorsysteme als Umfeldsensorsysteme aufgefasst werden.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sensorsystems beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, welches ein erfindungsgemäßes Sensorsystem aufweist; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Recheneinrichtung des Sensorsystems aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Sendeeinrichtung des Sensorsystems aus Fig. 1 ; und
Fig. 4 die schematische Darstellung einer Empfangseinrichtung des Sensorsystems 2 aus Fig. 1.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordenbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar. Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1% bis zu +/- 10 %.
Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikationen, die im Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - im Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten/ galten zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen zu verstehen."
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1. Des Weiteren weist das dargestellte Kraftfahrzeug 1 beispielsweise ein Sensorsystem 2 auf. Beispielsweise dient das Sensorsystem zur Umfelderfassung einer Umgebung 3 des Kraftfahrzeugs 1. Beispielsweise kann das Sensorsystem 2 Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs 1 sein. Hierbei kann das Sensorsystem 2 entsprechende Informationen, insbesondere bezüglich der Umgebung 6, für das Fahrerassistenzsystem oder ein Fahrzeugführungssystem liefern beziehungsweise bereitstellen.
Das Sensorsystem 2 weist beispielsweise eine Sendeeinrichtung 4 (vergleiche Fig. 3), eine Empfangseinrichtung 5 (vergleiche Fig. 4) und eine zentrale Recheneinrichtung 6 (vergleiche Fig. 2) auf.
Neben dem Einsatz des Sensorsystems 2 in dem Kraftfahrzeug 1 kann dieses ebenfalls in fahrzeugexternen Systemen eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Sensorsystem 2, welches beispielsweise als Radarsystem ausgebildet sein kann, in automatisierten Systemen, in der Raumfahrttechnik, in der Luftfahrttechnik oder in der Kommunikationstechnik angewendet werden. Hier in der Fig. 1 ist wiederum zur Veranschaulichung das Beispiel gezeigt, bei dem das Sensorsystem 2 in dem Kraftfahrzeug 1 integriert ist.
In der Fig. 2 ist beispielhaft, insbesondere schematisch, die zentrale Recheneinrichtung 6 beziehungsweise eine Zentraleinheit dargestellt.
Die Recheneinrichtung 6 dient insbesondere zur Signalverarbeitung, Signalprozessierung und/oder Signalauswertung des Sensorsystems 2. Beispielsweise kann die zentrale Recheneinrichtung 6 zur Sendeeinrichtung 4 und/oder zur Empfangseinrichtung 5 eine separate und körperlich getrennte Einheit sein.
In einer denkbaren Ausführungsform können die Sendeeinrichtung 4, die Empfangseinrichtung 5, eine optische Einrichtung 7 und die Recheneinrichtung 6 zueinander körperlich und/oder räumlich getrennte Einheiten sein. Alternativ können die Sendeeinrichtung 4, die Empfangseinrichtung 5, die optische Einrichtung 7 und die zentrale Recheneinrichtung 6 zusammen als gemeinsame Einheit gebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform können die Sendeeinrichtung 4, die Empfangseinrichtung 5, die optische Einrichtung 7 und/oder die zentrale Recheneinrichtung 6 zueinander zumindest teilweise körperlich und/oder räumlich getrennte Einheiten sein.
Beispielsweise kann die optische Einrichtung 7 in der Recheneinrichtung 6 integriert sein. Des Weiteren ist denkbar, dass die Sendeeinrichtung 4 und die Empfangseinrichtung 5 in einer gemeinsamen Einheit integriert sind. Somit kann beispielsweise das Sensorsystem 2 aus einer Einheit, welche die Recheneinrichtung 6 und die optische Einrichtung 7 beinhaltet und eine Einheit, welche die Sendeeinrichtung 4 und die Empfangseinrichtung 5 beinhaltet, ausgebildet sein.
Bei der zentralen Recheneinrichtung 6 kann es sich beispielsweise um eine Zentraleinheit beziehungsweise um eine zentrale Steuerungs- beziehungsweise zentrale Ansteuerungseinheit des Sensorsystems 2 handeln.
Insbesondere ist das vorgeschlagene Sensorsystem mittels der CMOS-Technologie beziehungsweise CMOS-Elektronik ausgebildet. Hierzu kann das Sensorsystem 2 beispielsweise mittels CMOS-Verfahren hergestellt werden. Hierzu kann die Sendeeinrichtung 4, die Empfangseinrichtung 5, die optische Einrichtung 7 und/oder die zentrale Recheneinrichtung 6 als CMOS-basierte Schaltkreise ausgebildet sein. Des Weiteren kann die Sendeeinrichtung 4, die Empfangseinrichtung 5, die optische Einrichtung 7 und/oder die zentrale Recheneinrichtung 6 monolithisch in einer CMOS-basierten photonischen Technologie integriert sein. Somit kann vor allem das Sensorsystem 2 kostenminimierter, bauraumminimierter, zeitminimierter, leistungsoptimierter und/oder flexibler hergestellt und eingesetzt werden. Hierzu kann die Sendeeinrichtung 4, die Empfangseinrichtung 5, die Recheneinrichtung 6 und/oder die optische Einrichtung 7 vollständig und/oder zumindest teilweise aus CMOS- Elektronikkomponenten ausgebildet beziehungsweise hergestellt sein.
Mit Hilfe der optischen Einrichtung 7 beziehungsweise einer Lasereinrichtung, also beispielsweise eines Lasers, kann ein optisches Übertragungssignal 8 erzeugt beziehungsweise bereitgestellt werden.
In der dargestellten Fig. 2 ist die optische Einrichtung 7 in der Recheneinrichtung 6 integriert. Dies ist jedoch nur ein mögliches Beispiel. Ebenso kann die optische Einrichtung 7 als eigenständige Einheit ausgebildet sein.
In diesem Beispiel kann das optische Übertragungssignal 8 per Glasfaser 9 an einen optischen Eingang 10 (vergleiche Fig. 3) der Sendeeinrichtung 4 übertragen beziehungsweise übermittelt werden. Somit sind die Sendeeinrichtung 4 und die zentrale Recheneinrichtung 6 mittels optischer Übertragungswege beziehungsweise eine optische Übertragungsstrecke miteinander gekoppelt. Des Weiteren kann das optische Übertragungssignal 8 mittels der Glasfaser 9 ebenfalls der Empfangseinrichtung 5 zur Verfügung gestellt werden. Hierzu kann die Empfangseinrichtung 5 einen weiteren optischen Eingang 11 (vergleiche Fig. 4) aufweisen.
Beispielsweise können mit der Recheneinrichtung 6 mehrere verschiedene Sende- und Empfangseinrichtungen mit dem Übertragungssignal 8 versorgt werden. Hierzu weist die Recheneinrichtung 6 beispielsweise einen Verteiler 12 auf, mit welchem eine Aufteilung des Übertragungssignals 8, beispielsweise mehrere Übertragungspfade, erfolgen kann.
In der Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Sendeeinrichtung 4 gezeigt. Das an die Sendeeinrichtung 4 übertragene Übertragungssignal 8 kann mit Hilfe einer ersten optischelektronischen Wandlereinheit 13 beziehungsweise einer optisch-elektronischen Wandlereinrichtung umgewandelt werden. Hierzu kann auf Basis des optischen Übertragungssignals 8 ein elektrisches Aussendesignal 14 erzeugt werden. Dieses elektrische Aussendesignal 14 kann insbesondere in die Umgebung 3 ausgesendet werden. Hierzu kann die Sendeeinrichtung 4 eine, insbesondere funkbasierte, Sendeeinheit 15 aufweisen. Bei dieser Sendeeinheit 15 kann es sich beispielsweise um eine Antenne beziehungsweise um ein Antennenelement handeln. Insbesondere kann die Sendeeinrichtung 4 als Sendemodul beziehungsweise Radarsender bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung 4 mit Hilfe der Recheneinrichtung 6 gesteuert beziehungsweise betrieben werden, sodass ein radarbasiertes Signal ausgesendet werden kann. Je nach Anwendungsfall und/oder Einsatzgebiet kann die Sendeeinrichtung 4 zumindest einen Verstärker 16, insbesondere einen elektrischen Verstärker, aufweisen. Mit diesem Verstärker kann das elektrische Aussendesignal 14 für das Aussenden verstärkt werden. Des Weiteren kann die Sendeeinrichtung 4 ein Modul 17 aufweisen. Mit Hilfe des Moduls 17 kann das Aussendesignal 14 entsprechend angepasst, manipuliert oder verändert werden. Somit kann bevor das Aussendesignal 14 ausgesendet wird, dieses noch bearbeitet, aufbereitet oder verändert werden.
Des Weiteren kann die erste optisch-elektronische Wandlereinheit 13 eine Photodiode 18 und/oder einen Phototransistor 19 zum Erzeugen des elektrischen Aussendesignals 14 auf Basis des Übertragungssignals 8 aufweisen.
Beispielsweise kann es sich bei dem Verstärker 16 um einen Leistungsverstärker handeln.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Sendeeinrichtung 4 als solche als CMOS-Schaltkreis ausgebildet ist. Insbesondere können die erste optisch-elektronische Wandlereinheit 13, die Photodiode 18, der Phototransistor 19, das Modul 17, der Verstärker 16 und/oder die Sendeeinheit 15 als CMOS-Elektronikkomponenten ausgebildet sein. Insbesondere können alle Komponenten beziehungsweise Einheiten der Sendeeinrichtung 4 als CMOS- Elektronikkomponenten ausgebildet sein. Des Weiteren ist denkbar, dass die Sendeeinrichtung 4 des Weiteren ausgebildet ist, um das elektrische Aussendesignal 14 auf eine höhere Frequenz hochzumischen.
Im Nachfolgenden wird in der Fig. 4 die Empfangseinrichtung 5 erläutert.
Die Empfangseinrichtung 5 kann eine, insbesondere funkbasierte, Empfangseinheit 20 aufweisen. Bei der funkbasierten Empfangseinheit 20 kann es sich um eine Empfangsantenne, eine Antenne, ein Antennenelement oder einen Radarsensor handeln. Mit der Empfangseinheit 20 kann ein elektrisches Empfangssignal 21 in der Umgebung 3 empfangen werden. Beispielsweise kann das Empfangssignal 21 auf dem Aussendesignal 14 basieren.
Beispielsweise kann das Aussendesignal 14 auf ein Objekt in der Umgebung 3 auftreffen und dort entsprechend reflektiert werden, sodass dies als Empfangssignal 21 empfangen werden kann. Das empfangene Empfangssignal 21 kann mittels einer zweiten optisch-elektronischen Wandlereinheit 22 umgewandelt werden. Hierzu kann das Empfangssignal 21 in ein optisches Ausgangssignal 23 umgewandelt werden. Beispielsweise kann das der Empfangseinrichtung 5 ebenfalls bereitgestellte Übertragungssignal 8 mit dem elektrischen Empfangssignal 21 gemischt werden. Hierzu kann wiederum mittels einer weiteren optisch-elektronischen Wandlereinheit 24 das Übertragungssignal entsprechend in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Anschließen kann wiederum mit einer Manipulationseinrichtung 25 dieses umgewandelte Signal angepasst beziehungsweise manipuliert werden und anschließend gemeinsam mit dem elektrischen Empfangssignal 21 einer Demodulationseinheit 26 beziehungsweise einem Mischer zugeführt werden. Somit kann bei der Umwandlung des optischen Empfangssignals 23 das Übertragungssignal 8, insbesondere welches eine Trägerfrequenz zumindest beinhaltet, berücksichtigt werden. Das umgewandelte elektrische optische Ausgangssignal 23 kann über einen optischen Ausgang 27 der Recheneinrichtung 6 zur Verfügung gestellt beziehungsweise übertragen werden. Hierzu kann wiederum eine Glasfaser 9 verwendet werden.
Neben der zusätzlichen Berücksichtigung des optischen Übertragungssignals 8 für das Vermischen mit dem elektrischen Empfangssignal 21 kann die Empfangseinrichtung 5 eine separate beziehungsweise eigenständige optische Quelle 28 aufweisen. Mit dieser kann ein entsprechendes optisches Signal der zweiten optisch-elektronischen Wandlereinheit 22 zur Verfügung beziehungsweise an diese übertragen werden und dies bei der Umwandlung des elektrischen Empfangssignals 21 berücksichtigt werden.
Insbesondere kann die optisch-elektronische Wandlereinheit 22, die Sendeeinheit 20, die Wandlereinheit 24, die Modulationseinrichtung 25, die Demodulationseinrichtung 26 und/oder die weitere optische Quelle 28 als CMOS-Elektronikkomponenten ausgebildet sein. Optional können alle Komponenten beziehungsweise Einheiten der Empfangseinrichtung 5 als CMOS- Elektronikkomponente ausgebildet sein.
Das der Recheneinrichtung 6 zur Verfügung gestellte optische Ausgangssignal 23 kann mittels einer weiteren optisch-elektronischen Wandlereinheit 29 (vergleiche Fig. 2) in ein entsprechendes elektrische Signal umgewandelt werden. Hierbei kann zusätzlich eine Digitalisierung und/oder Aufbereitung durchgeführt werden. Dieses elektrische Signal kann einer Auswerteeinheit 30 (vergleiche Fig. 2) beziehungsweise Verarbeitungseinheit beziehungsweise Signalverarbeitungseinheit zugeführt beziehungsweise an diese übermittelt werden, sodass das elektrisch umgewandelte optische Ausgangssignal 23, welches eine Radar- beziehungsweise Umfeldinformation enthält, ausgewertet werden kann. Mit Hilfe der Auswerteeinheit 30 kann eine Signalverarbeitung, Signalprozessierung und/oder Signalanalyse vorgenommen werden. Dies dient insbesondere der Umfelderfassung. Des Weiteren kann ein entsprechendes elektrisches Signal der Auswerteeinheit 30 beziehungsweise ein elektrisches Steuersignal an eine optisch-elektronische Wandlereinheit 31 (vergleiche Fig. 2) der Recheneinrichtung 6 zur Verfügung gestellt beziehungsweise mit übertragen werden. Dies kann wiederum durch das optische Übertragungssignal 8 gemischt werden.
Insbesondere kann die optische Einrichtung 7, die Wandlereinheit 31 , der Verteiler 12, die Wandlereinheit 29 und/oder die Auswerteeinheit 30 als CMOS-Elektronikkomponente ausgebildet sein. Insbesondere können alle Komponenten beziehungsweise Einheiten der Recheneinheit 6 als CMOS-Elektronikkomponenten ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste
Kraftfahrzeug
Sensorsystem
Umgebung
Sendeeinrichtung
Empfangseinrichtung
Recheneinrichtung optische Einrichtung optisches Übertragungssignal
Glasfaser optischer Eingang weiterer optischer Eingang
Verteiler erste optisch-elektronische Wandlereinheit elektrisches Aussendesignal
Sendeeinheit
Verstärker
Modul
Photodiode
Phototransistor
Empfangseinheit elektrisches Empfangssignal zweite optisch-elektronische Wandlereinheit optisches Ausgangssignal weitere optisch-elektronische Wandlereinheit
Modulationseinrichtung
Demodulationseinrichtung optischer Ausgang weitere optische Quelle weitere optisch-elektronische Wandlereinheit Auswerteeinheit weitere optisch-elektronische Wandlereinheit

Claims

Patentansprüche
1. Sensorsystem (2) zur Umfelderfassung mit:
- einer optischen Einrichtung (7) zum Bereitstellen eines optischen Übertragungssignals (8),
- einer Sendeeinrichtung (4), wobei die Sendeeinrichtung (4) aufweist: o eine erste optisch-elektronische Wandlereinheit (13), welche dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Aussendesignal (14) auf Basis des optischen Übertragungssignals (8) zu erzeugen, o eine Sendeeinheit (15), welche dazu ausgebildet ist, das elektrische Aussendesignal (14) auszusenden,
- einer Empfangseinrichtung (5), wobei die Empfangseinrichtung (5) aufweist: o eine Empfangseinheit (20) zum Empfangen eines elektrischen Empfangssignals (21), o eine zweite optisch-elektronische Wandlereinheit (22), welche dazu ausgebildet ist, ein optisches Ausgangssignal (23) auf Basis des elektrischen Empfangssignals (20) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste optisch-elektronische Wandlereinheit (13), die Sendeeinheit (15), die Empfangseinheit (20) und die zweite optisch-elektronische Wandlereinheit (22) als CMOS-Elektronikkomponenten ausgebildet sind.
2. Sensorsystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optisch-elektronische Wandlereinheit (13) eine Photodiode (18) und/oder einen Phototransistor (19) zum Erzeugen des elektrischen Aussendesignals (14) abhängig von dem optischen Übertragungssignal (8) aufweist, wobei die Photodiode (18) und/oder der Phototransistor (18) als CMOS-Elektronikkomponente ausgebildet ist.
3. Sensorsystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optisch-elektronische Wandlereinheit (13) zumindest einen Verstärker (16) zum Verstärken des elektrische Aussendesignals (14) aufweist, wobei der Verstärker (16) als CMOS-Elektronikkomponente ausgebildet ist.
4. Sensorsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die, insbesondere funkbasierte, Sendeeinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, das elektrische Aussendesignal (14) abhängig von dem optischen Übertragungssignal (8) zu erzeugen und auszusenden oder das elektrische Aussendesignal (14) basierend auf einer Manipulation des optischen Übertragungssignals (8) zu erzeugen und auszusenden.
5. Sensorsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine zentrale Recheneinrichtung (6), welche ausgebildet ist, das optische Ausgangssignal (23), das elektrische Empfangssignal (20), das elektrische Aussendesignal (14) und/oder das optische Übertragungssignal (8) zu verarbeiten, wobei die zentrale Recheneinrichtung (6) zumindest teilweise als CMOS- Elektronikkomponente ausgebildet ist.
6. Sensorsystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Sendeeinrichtung (4), die Empfangseinrichtung (5), die optische Einrichtung (7) und die zentrale Recheneinrichtung (6) zueinander körperlich und/oder räumlich getrennte Einheiten, sind, oder
- die Sendeeinrichtung (4), die Empfangseinrichtung (5), die optische Einrichtung (7) und die zentrale Recheneinrichtung (6) zusammen als gemeinsame Einheit gebildet sind.
7. Sensorsystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (4), die Empfangseinrichtung (5), die optische Einrichtung (7) und/oder die zentrale Recheneinrichtung (6) zueinander zumindest teilweise körperlich und/oder räumlich getrennte Einheiten sind.
8. Sensorsystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (4), die Empfangseinrichtung (5), die optische Einrichtung (7) und/oder die zentrale Recheneinrichtung (6) als CMOS-basierte Schaltkreise ausgebildet sind.
9. Sensorsystem (2) nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (4), die Empfangseinrichtung (5), die optische Einrichtung (7) und/oder die zentrale Recheneinrichtung (6) monolithisch in einer CMOS-basierten photonischen Technologie integriert sind.
10. Kraftfahrzeug (1) mit einem Sensorsystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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