KR100776868B1 - 레이더 수신기를 위한 비디오 증폭기 - Google Patents

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제임스 티. 한슨
왈터 골든 우딩톤
마이클 조셉 델섹콜로
조셉 에스. 플레바
마크 이. 러셀
에이치. 바텔드 반리스
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레이던 컴퍼니
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Abstract

레이더 수신기에 대한 비디오 증폭기는 온도 보상 감쇠기를 포함한다. 감쇠기는 전압 분배기 네트워크에 배치된 서미스터와 같은 온도 감지 디바이스를 포함하며, 두개의 필터 스테이지 사이에 종속 접속된다. 상기 필터 스테이지의 각각은 저 주파수 누설 신호를 필터링하고 주파수 및 그에 따른 범위에 기초한 감도 제어를 제공하기 위해 대역 통과 특성을 갖는다. 또한 고 주파수 신호의 필터링은 에일리어싱을 감소시킨다.

Description

레이더 수신기를 위한 비디오 증폭기{VIDEO AMPLIFIER FOR A RADAR RECEIVER}
본 발명은 일반적으로 레이더 시스템에 관한 것이며, 특히 온도 보상을 사용하는 비디오 증폭기를 가지는 레이더 수신기에 관한 것이다.
기술 분야에 있어서, 레이더 수신기는 레이더 시스템의 시계내의 물체에 의해 반사되는 전자기 방사를 수신하기 위한 회로를 포함한다. 레이더 수신기의 전형적인 기능은 무선 주파수(RF)에서의 신호 증폭, 수신된 신호의 RF 주파수를 더 낮게 변환하기 하향 변환, 비디오 주파수, 신호 필터링 및 시계내의 물체를 검출하기 위해 디지털 신호 처리기(DSP)에 의한 추가의 처리를 위한 디지털 신호를 제공하기 위한 아날로그-디지털 변환을 포함한다. 일반적으로, 하나 또는 그이상의 RF 전치증폭기, 또는 간단한 증폭기는 하향 변환 이전의(즉 업스트림의) 수신 신호 경로에 제공된다. 하향 변환기 아래쪽에 위치된 비디오 증폭기는 추가의 이득을 발생시키며, 일반적으로 에일리어싱(aliasing)을 감소시키기 위해 저역 통과 특성을 갖는다. 에일리어싱은 아날로그-디지털 변환기의 사용가능한 주파수가 입력 신호 주파수의 두배보다 적을 경우에 발생하는 현상이다. 에일리어싱의 결과로 변환된 신호는 입력 신호의 이중 스퓨리어스 응답(ambiguous spurious response)을 갖는다.
상기 레이더 수신기는 몇가지 설계를 시도하고 있다. 바이스태틱(bistatic) 레이더 시스템(즉 개별적인 송수신 안테나를 가지는 레이더 시스템으로서, 일반적으로 서로 근접하여 위치된다)의 경우에서, 송신 안테나로부터 방출된 RF 신호의 일부분에 상응하는 누설 신호는 물체를 차단하지 않고 수신 안테나와 결합된다. 레이더 시스템의 감도는 수신기로 누설하는 송신된 신호의 일부분을 포함하는 잡음에 의해 제한될 수 있기 때문에, 종래의 상기 누설 신호는 복귀 신호를 처리하기 이전에 필터링된다.
레이더 수신기의 설계에서 또다른 시도는 RF 증폭기에서, 특히 갈륨비소(GaAs) 증폭기의 경우에 중요할 수 있는 온도에 의해 유도되는 이득 변화에 대하여 보상하는 것이다. 온도에 의해 유도되는 이득 변화를 보상하기 위한 한가지 방식은 RF 신호에 대한 바이어스를 제어하여 온도에 따라 변화하는 전압과 이득을 제어하는 것이다. 그러나, 상기와 같은 접근 방식은 반대로 수신기의 동적 범위에 영향을 미친다. RF 증폭기에서 온도에 의해 유도되는 이득 변화를 보상하기 위해 사용되는 또다른 접근은 수신기의 RF 부분에서 온도 감지 장치에 의해 제어된 PIN 다이오드의 이득을 가지는 PIN 다이오드 감쇠기를 사용하는 것이다. 그러나, PIN 다이오드는 비교적 비싸며, 회로에 원하지 않는 복잡함이 추가된다.
본 발명에 따라, 비디오 증폭기는 RF 신호를 수신하도록 적용되는 입력 단자 및 및 출력 단자를 가지는 제 1 필터 스테이지, 제 1 필터 스테이지의 출력 단자에 결합된 입력 단자 및 출력 단자를 가지는 감쇠기, 및 감쇠기의 출력 단자에 결합된 입력 단자 및 비디오 증폭기의 출력 신호가 제공되는 출력 신호를 가지는 제 2 필터 스테이지가 제공된다. 감쇠기는 서미스터(thermistor)와 같은 온도 감지 디바이스를 포함한다. 상기 장치는 RF 증폭기에서 온도에 의해 유도되는 이득 변화에 대한 보상을 위해 비교적 단순하고 저비용의 방식을 제공한다. 이는 온도 보상이 저 주파수의 증폭기에서 실행되기 때문이며, 따라서, 온도 보상은 단일 전압 분배 네트워크에 배치된 비교적 저비용의 서미스터를 사용하여 달성될 수 있다. 온도에 의해 유도되는 이득 변화에 대한 보상에 따라, 아날로그-디지털 변환기가 동작해야만 하는 동적 범위는 감소된다.
한 실시예에서, 제 1 및 제 2 필터 스테이지의 각각은 고역 및 저역 통과 필터에 의해 생성된 대역 통과 특성을 갖는다. 저 주파수 신호의 감쇠는 바이스태틱 레이더 시스템에서 발생할 수 있는 누설 전류를 유리하게 감소시킨다. 또한, FMCW 레이더 시스템에서, 저 주파수 감쇠는 주파수의 기능으로서 레이더 수신기의 감도를 변화시키기 위해 사용되며, 따라서, 증폭된 레이더가 복귀하는 상기 방식에서의 범위는 실제 범위에 의해 영향받지 않는다.
또한, 증폭된 RF 신호, 저 주파수 신호를 제공하기 위해 증폭된 RF 신호를 변환하는 하향 변환기, 및 비디오 증폭기를 제공하는 RF 증폭기를 포함하는 레이더 수신기가 설명된다. 비디오 증폭기는 전술된 바와 같이, 온도 보상 감쇠기를 포함한다.
본 발명에 따른 레이더 시스템은 제 1 RF 신호를 송신하기 위한 송신 안테나, 제 2 RF 신호를 수신하기 위한 수신 안테나 및 제 2 RF 신호를 처리하고 온도 보상된 비디오 증폭기를 포함하기 위한 수신기 회로를 포함한다. 한 실시예에서, 온도 보상된 비디오 증폭기는 온도 감쇠 디바이스를 가지며 상기 전술된 제 1 및 제 2 필터 스테이지 사이에 종속 결합된 감쇠기를 포함한다. 바람직하게, 감쇠기 이득은 대략 수신기 회로에 포함된 RF 증폭기의 이득의 동일한 양만큼 미리결정된 온도 범위를 통해 변화한다.
한 실시예에서, 레이더 시스템은 디지털 신호를 제공하기 위해 비디오 증폭기의 출력 신호에 상응하는 아날로그-디지털 변환기, 수신기의 온도를 지시하는 신호를 제공하기 위한 온도 센서 및 디지털 신호 처리기를 포함한다. 디지털 신호 처리기는 디지털 신호를 처리하기 위해 사용된 임계값을 변화시키기 위한 온도 표시 신호에 응답한다. 상기 장치를 사용하여, 최종 온도 보상은 비디오 증폭기에 의해 보상되지 않는 RF 증폭기에서 온도 변화에 의해 유도된 이득 변화를 제거하기 위한 디지털 신호 처리기에 의해 실행될 수 있다.
본 발명의 추가의 성향에 따라, 비디오 증폭기의 제 1 및 제 2 필터 스테이지는 고역 및 저역 통과 필터에 의해 제공되는 대역 통과 특성을 갖는다. 상기 장치를 사용하여, 비디오 증폭기는 고 주파수 신호의 감쇠로 인한 에일리어싱을 감소시킬뿐만 아니라 저 주파수 신호의 감쇠로 인한 누설 신호의 영향을 감소시킨다. 저 주파수 감쇠는 추가로 주파수의 기능으로서 레이더 수신기의 감도를 변화시키며, 따라서 증폭된 레이더가 복귀하는 방식에서의 범위는 실제 범위에 독립적이다.
전술된 본 발명의 특징은 하기의 도면을 참조로 상세히 설명된다.
도 1은 레이더 시스템의 블럭다이어그램이다.
도 2는 본 발명에 따른 비디오 증폭기를 포함하는 도 1의 레이더 시스템의 수신기를 설명하는 상세한 블럭다이어그램이다.
도 3은 도 2의 비디오 증폭기의 도면이다.
도 4는 도 3의 비디오 증폭기의 서미스터 감쇠 회로에 대한 온도 대 이득 관계를 설명하는 그래프이다.
도 5는 도 3의 비디오 증폭기에 대한 온도 대 중간 대역(midband)의 이득 관계를 설명하는 그래프이다.
도 6은 3가지의 상이한 온도에서 도 3의 비디오 증폭기에 대한 온도 대 이득 관계를 설명하는 그래프이다.
도 7은 도 1의 레이더 시스템을 포함하는 자동차의 근접 물체 검출 시스템의 블럭다이어그램이다.
도 1을 참조로하여, 레이더 시스템(10)은 안테나부분(14), 송신기(22) 및 수신기(24) 모두를 가지는 마이크로파부분(20), 디지털 신호 처리기(DSP)(30), 전원(32), 제어 회로(34) 및 디지털 인터페이스 유니트(36)로 구성되는 전자 부분(28)을 포함한다. 본 발명에 따라, 수신기(24)는 온도 보상된 비디오 증폭기(58)(도 2)를 포함한다.
레이더 시스템(10)은 시스템의 시계내에서 하나 또는 그이상의 물체, 또는 목표물을 검출하기 위한 레이더 기술을 사용하며 다양한 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 예시적인 예에서, 레이더 시스템(10)은 측면 물체 검출(SOD) 모듈 또는 시스템과 같은 자동차 레이더 시스템(도 7)의 모듈이며, 다른 차량, 나무, 표지판, 보행자등과 같은 물체를 검출하는 목적을 위해 자동차(40)에 장착되도록 적용된다. 본 발명에 따른 수신기에 포함된 비디오 증폭기가 다양한 애플리케이션에서 사용되는 다수의 상이한 형태의 레이더 시스템의 레이더 수신기에서 사용하기에 적합하다는 사실은 당업자에게 명백할 것이다.
도시된 송신기(22)는 송신된 CW 신호의 주파수가 제 1 미리결정된 주파수로부터 제 2 미리결정된 주파수로 선형으로 증가하는 주파수 변조된 연속파(FMCW) 레이더로서 동작한다. FMCW 레이더는 높은 감도, 비교적 낮은 피크 송신 전력 및 양호한 범위 해상도의 장점을 갖는다. 그러나 다른 형태의 송신기가 사용될 수 있음이 인식될 것이다.
제어 신호는 제어 신호 버스(42)를 통해 차량에 의해 도 1의 레이더 시스템(10)으로 제공된다. 예시적인 제어 신호는 예를 들면 차량이 정지할 때 바람직할 수 있는 것과 같이 레이더 시스템(10)을 디스에이블하기 위한 디스에이블 신호이다. 상기 제어 신호 및 레이더 시스템(10)에 의해 수신된 반사 RF 신호에서, 레이더 시스템(10)은 출력 신호 버스(46)를 통해 시계내의 물체와 관련된 하나 또는 그이상의 출력 신호를 차량에 제공한다. 목표물의 출현을 지시하는 출력신호에 부가하여, 추가의 출력 신호는 검출된 목표물의 범위를 지시할 수 있다. 출력 신호는 사각 지대 및 근접 물체 검출과 같은 다양한 사용을 위해 차량(40)의 제어 유니트에 결합될 수 있다.
안테나 어셈블리(14)는 두개의 안테나, RF 신호를 수신하기 위한 수신 안테나(16) 및 RF 신호를 송신하기 위한 송신 안테나(18)를 포함한다. 레이더(10)는 서로 근접하여 위치된 개별적인 송수신 안테나를 포함하기 때문에 바이스태틱 레이더 센서로서 특징될 수 있다. 송수신 안테나의 근접성에 의해, 송신된 RF 신호의 일부는 물체의 차단없이 수신안테나에 직접 결합될 수 있다. 상기 직접 결합된 신호는 누설 전류로서 참조되며 일반적으로 비교적 저 주파수에서 발생한다. 도시된 시스템에서 누설 전류는 대략 1KHz에서 발생하는 것으로 발견되었다. 안테나(16, 18)는 다중-로브화(multi-lobed)되며, 동일한 방향의 지점으로와 같이 동일하게 제어된다. 개별적인 안테나(16, 18)의 각을 선택하기 위한 다양한 회로는 다중 위치의 송수신 안테나 스위치를 포함하기에 적합하다.
수신기 출력은 하기에서 논의되는것과 같이, 레이더 시스템의 시계내에서 물체를 검출하기 위해 디지털 신호 처리기(DSP)(30)에 의해 처리된다. 레이더 시스템의 남아있는 부분은 전원(32), 주파수 안정성을 위한 시스템 클럭(수정 제어 발진기)을 포함하는 제어 회로(34) 및 디지털 인터페이스(36)를 포함하는 규격 아이템이다.
레이더 시스템의 부분 사이의 특정 경계는 다소 임시적이며, 고정되지는 않음이 당업자에게 인식될 것이다. 예를 들어, 수신기(24)가 전자 제어 회로(34)의 부분을 포함할 수 있거나, A/D 컨버터(도 2)와 같은 수신기의 부분이 시스템의 전자부분(28)에 제공될 수 있다. 다양한 요소의 선택된 실행에 따라, 하나 또는 그이상의 레이더 시스템의 부분은 하나 또는 그이상의 하이브리드, ASIC 또는 통합된 회로, 모듈 또는 서브 어셈블리에 통합될 수 있다.
도 2를 참조로하여, 수신기(24)는 본 발명에 따른 온도 보상 비디오 증폭기(58)를 포함한다. 수신기(24)는 또한 수신 안테나(16)로부터의 RF 신호에 응답하는 RF 증폭기 또는 단순한 증폭기(50)를 포함한다. RF 증폭기(50)의 출력 신호는 전자 제어(34)(도 1)로부터 국부 발진 신호(26)를 수신하는 합성기(54)에 의해 하향변환된다. 증폭기(50)로부터 RF 신호에 대한 예시적인 주파수 및 국부 발진기 신호(26)는 24GHz의 크기이며, 예시적인 수신기(24)는 직접 변환, 호모다인 수신기이다. 그러나, 신호 주파수는 특정 애플리케이션을 만족하도록 쉽게 변경될 수 있으며 다른 수신기 토폴로지가 사용될 수 있음이 당업자에게 인식될 것이다.
도 2의 온도 보상 증폭기(58)에서 합성기(54)에 의해 제공되는 비디오 신호 는 1KHz 내지 40KHz사이에서 발생한다. 비디오 증폭기(58)는 수신된 비디오 신호를 증폭하고 필터링한다. 비디오 증폭기의 추가 기능은 하기에서 설명되는 바와 같이, 에일리어싱을 감소시키고, 누설 전류를 최소화하며, 주파수 기반의 감도 제어를 제공하는것을 포함한다.
수신기(24)는 12 비트 변환기와 같이 추가의 처리를 위해 비디오 증폭기의 아날로그 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털(A/D) 변환기를 포함한다. 특히, 신호 샘플은 다양한 주파수 범위(즉, 주파수 빈)내에서 복귀 신호의 컨텐츠를 결정하기 위해 DSP(30)내의 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 처리된다. FFT 출력은 하나 또는 그이상의 알고리즘이 시계내의 물체를 검출하기 위해 실행되는 신호 처리기(30)의 휴지를 위한 데이터를 제공한다. 신호 처리기(30)는 디지털 인터페이스(36)및 출력 버스(46)를 통해 차량에 검출된 물체의 범위 및 속도와 같은 다양한 출력을 제공할 수 있다.
비디오 증폭기(58)는 RF 증폭기(50)에서의 온도에 의해 유도되는 이득 변화의 영향을 감소시키기 위해 제 1 크기의 온도 보상을 제공한다. 상기 방식에서, A/D 변환기(62)가 동작해야 하는 동적 범위는 감소된다. RF 증폭기, 및 특히 갈륨비소(GaAs)로 구성된 트랜지스터는 온도에 의해 상당한 이득의 변화를 경험한다. 전형적인 예로서, GaAs 증폭기는 -40℃ 내지 +85℃의 온도 범위에서 8dB 내지 9dB의 이득 변화를 가질 수 있다. 도 3의 비디오 증폭기 도면에 관련하여 설명된 바와 같이, 비디오 증폭기는 RF 증폭기 및 비디오 증폭기 모두를 포함하는 수신기의 온도 특성이 실제로 온도와 관련하여 불변하도록 RF 증폭기(50)의 온도 특성에 관련하여 실제로 보상하는 온도 특성(즉, 이득 대 온도)을 가지도록 설계된다. 예를 들어, 만약 RF 증폭기(50)의 이득이 -40℃ 내지 +85℃의 온도 범위에서 +8dB 만큼 감소한다면, 비디오 증폭기는 동일한 온도 범위를 통해 +8dB만큼 증가하는 이득을 제공하도록 설계된다. 그러나, RF 증폭기(50) 및 비디오 증폭기(58)의 온도 특성은 일반적으로 이득의 범위를 통해 모든 온도에서 정확히 보상되지 않을 것이다. 즉, 2개의 그래프는 하나 또는 그이상의 공통 지점이지만, 온도 범위의 부분에서 서로다른 모양 및/또는 슬로프를 가질 수 있다. 그러므로 온도 보상 비디오 증폭기(58)를 사용하지만, 완전히 보상되거나 존재하기 않는 RF 증폭기(50)의 임의의 온도에 의해 유도되는 이득 변화가 여전히 존재할 수 있다.
수신기(24)는 도 2에 도시되며 RF 진폭기(50)의 온도 보상을 완료하기 위해 최종의, 양호한 온도 교정의 수행시 사용하기 위한 디지털 신호 처리기(30)에 결합시키기 위한 온도를 표시하는 신호를 발생시키는 온도 센서(66)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 온도 센서(66)는 National Semicomductor LM75이지만, 다른 온도 감지기도 사용될 수 있다. 제작중에, 비디오 증폭기(58)에 의해 수행되는 온도 보상이 얼마나 정확한지를 결정하기 위해 특징된 레이더 시스템(10)은 RF 증폭기(50)의 실제 온도에 의해 유도되는 이득 변화를 보상한다. 상기 특징은 온도에서 수신기 이득의 특정 에러(즉, 에러 특성)를 결과로 한다.
동작에서, DSP(30)는 측정된 온도에서의 이득 에러를 결정하기 위해 온도 센서(66)에 의해 측정된 것과 같은 실제 온도와 에러특성을 비교한다. 이득 에러는 주파수 빈내의 신호 컨텐츠가 시계내의 물체의 출현을 지시하는지를 결정하기 위해 FFT에 의해 사용되는 임계값을 조절하기 위해 사용된다. 일례로서, 검색 테이블은 이득 에러로부터 조절된 임계값을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 온도는 일반적으로 비교적 천천히 변화하기 때문에, 온도 센서 출력 신호는 DSP(30)에 의해 이따금씩 샘플링되고 처리될 수 있다.
설명되는 바와 같이, 비디오 증폭기(58)는 에일리어싱을 감소시키고, 누설 전류를 필터링하며, 레이더 복귀 주파수에 기초하여 감도 제어를 실행하는 추가의 장점을 갖는다. 상기 장점은 대역 통과 특성 내의 비디오 증폭기를 제공함으로써 달성된다. 감도 주파수 제어는 증폭된 레이더 복귀 강도가 거리에 독립적인 방식으로 레이더 수신기 감도가 주파수에 따라 변화하도록 하는 기술이다. 상기 기술은 증폭된 레이더 복귀 강도가 거리에 독립적인 방식으로 수신기 감도가 시간에 따라 변화하도록 실행되는 펄스 레이더에서 사용되는 감도 시간 제어(STC)의 종래의 기술과 유사하다. 저 주파수의 롤 오프(roll off)를 조정함으로써, 미약한 복귀(높은 비트 주파수 및 먼거리의 물체에 상응하는)가 강한 복귀(낮은 비트 주파수 및 가까운 물체에 상응하는)보다 더 가중되도록 RF 신호 복귀는 차단된 목표물의 범위에 따라 가중된다. 또한, 저 주파수 감쇠는 누설전류가 필터링되도록 한다. 고 주파수 컷오프(즉 3dB 포인트)는 설명되는 대로 에일리어싱을 감소시키기 위해 A/D 변환기(62)의 샘플링율을 인식함으로써 선택된다. 비디오 증폭기에 의해 제공되는 대역 통과 필터링은 A/D 변환기(62)가 동작하도록 요구되는 동적 범위에서의 감소를 결과로 한다.
도 3을 참조로 하여, 온도 보상 비디오 증폭기(58)는 온도 보상 감쇠기(80)와 종속 결합된 2개의 필터 스테이지(70, 74)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 감쇠기(80)는 2개의 필터 스테이지(70, 74) 사이에 위치된다. 잡음의 형상과 같은 설계 구현이 주의깊은 감쇠를 요구하는 반면에, 제 1 필터 스테이지 이전 또는 제 2 필터 스테이지 이후에 감쇠기를 위치시키는 것이 가능하다. 각각의 필터 스테이지(70, 74)는 캐패시터(C5 및 C6)에 의해 제공된 고역 통과 필터링을 사용하여 4개의 폴의 버터워스(Butterworth) 액티브 저역 통과 필터중 2개의 폴을 갖는다. 필터(70, 74)가 버터워스 필터 응답을 생성하기 위해 사용되지만, 당업자는 가우시안(Gaussian) 또는 체비세프(chebyshev)와 같은 다른 필터 응답 형태가 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 각각의 필터 스테이지(70, 74)는 각각 사용가능한 필터(72, 76) 및 도시된 바와 같은 2개의 폴의 샐런 키(Sallen Key) 토폴로지에서 저항/캐패시터 네트워크를 포함한다. 다시말해서, 다른 필터 토폴로지가 사용될 수 있음이 인식된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 필터 스테이지(70, 74)는 약 18dB의 이득을 제공하며, 그와 함께 전체 비디오 증폭기에 대해 약 40KHz의 고 주파수 컷오프 및 전체 비디오 증폭기(도 6에 도시)대해 약 1KHz의 저 주파수 컷오프를 결과로 하는)약 3500Hz의 저 주파수 컷오프를 제공한다.
전압 분배기의 형태인 감쇠기(80)는 도시된 바와 같이, 직렬 저항(92 및96)사이의 상호접점에 결합된 병렬 조합 및 저항(88)과 병렬인 온도 감지 서미스터 디바이스(84)를 포함한다. 당업자는 온도 감지 또는 온도 감출 디바이스(84)가 바람직한 실시예에서와 같은 서미스터, 저항 온도 검출기(RTD), 열전기쌍, 다이오드 및 온도를 통해 제어되고 정의되는 방식에서 변화하는 저항을 가지는 임의의 다른 다비이스로서 제공될 수 있음을 인식할 것이다.
감쇠기(80)는 전체 수신기의 이득 대 온도 특성이 실제로 온도에 불변하거나 상이하게 지정되기 위해 RF 증폭기(50)의 온도에 의해 유도되는 이득 변화가 실제로 존재하지 않도록 RF 증폭기(50)의 이득 대 온도 특성과 관련하여 실제로 보상하는 이득 대 온도 특성을 제공한다. 상기 감쇠기의 종단에서, 제작중에, RF 증폭기(50)는 이득 대 온도 특성을 결정하기 위해 특징된다. 예시적인 실시예에서, GaAs RF 증폭기(50)는 -40℃부터 +85℃의 온도에서 약 8dB 만큼 감소하는 이득을 갖는다.
예시적인 감쇠기(80)는 도 4에 도시된 바와 같은 이득 대 온도 특성을 갖는다. 일반적으로, 감쇠기(80)는 RF 증폭기에서의 이득 변화를 보상하기 위해 낮은 온도에서 최대 감쇠값과 더 높은 온도에서 감소된 감쇠값을 갖는다. 특히, 감쇠기(80)는 -40℃에서 원하는 것보다 높은 +9.5dB의 이득, +25℃에서 원하는 것 보다 높은 -4.5dB의 이득 및 +85℃에서 원하는 것보다 높은 +1.5dB의 이득이 되는 RF 증폭기(50)의 이득대 온도 특성을 보상하기 위해 -40℃에서 약 -9.5dB의 이득, +25℃에서 -4.5dB의 이득 및 +85℃에서 -1.5dB의 이득을 갖는다.
예시적인 서미스터(85)는 -40℃에서 107
Figure 112006021701135-pct00001
의 저항, +25℃에서 100
Figure 112006021701135-pct00002
의 저항 및 +85℃에서 21.2
Figure 112006021701135-pct00003
의 저항을 가지는 음의 온도 계수 Panasonic ERT-J0EA101J이다. 유사한 특성을 가지는 다른 서미스터 또한 적합할 수 있음이 인식될 것이다. 서미스터 감쇠는 RF 증폭기 온도에 의해 유도되는 이득 변화를 보상하기 위해 오른쪽 방향(즉, 높은 온도에서 보다 낮은 온도에서 더 많은 이득 감쇠가 일어나는)이지만, 서미스터 단독(저항(92 및 96)에 의해 제공된 100
Figure 112006021701135-pct00004
의 유효 저항을 사용하는 전압 분배 장치에 결합된)은 너무 큰 감쇠 범위를 결과로 하여 -40℃에서 -12.4dB, +25℃에서 -6dB 및 +85℃ -1.67dB가 될 것이다. 결과적으로, 병렬 저항(88)은 서미스터의 감쇠 범위를 조절하기 위해 사용되며, 감쇠기의 이득 대 온도 특성의 선형성을 개선시킨다.
저항(88)의 값은 RF 증폭기 온도 특성 그래프를 보상하기 위해 반복되는 과정을 사용하도록 선택된다. 예시적인 실시예에서, 저항(88)은 249
Figure 112003005223380-pct00005
의 값을 갖는다. -40℃에서 상기 장치를 사용하여, 서미스터(84) 및 저항(88)의 등가 저항은 0.331의 감쇠비 또는 -9.6dB를 결과로 하는 202
Figure 112003005223380-pct00006
이다. +25℃에서 병렬 서미스터(82) 및 저항(88)은 71.35
Figure 112003005223380-pct00007
의 등가저항을 제공하며 전압 분배 네트워크는 0.584의 감쇠비 또는 -4.7dB를 제공한다. 또한, +85℃에서, 병렬 서미스터(82) 및 저항(88)은 19.5
Figure 112003005223380-pct00008
의 등가저항을 제공하며 전압 분배 네트워크는 0.836의 감쇠비 또는 -1.67dB를 제공한다. 감쇠 이득 대 온도의 온도 특성은 도 4에 도시된다.
다양한 변화가 본 발명의 영역으로부터 분리되지 않고 감쇠기(80)에서 실행될 수 있음이 당업자에게 인식될 것이다. 예를 들어, 감쇠기는 양의 온도 계수 디바이스를 사용하여 설계될 수 있으며, 감쇠 엘리먼트의 토폴로지는 실제로 RF 증폭기의 이득 대 온도 특성을 보상하기 위하여 필요한 감쇠를 제공하는 동안 도시된 전압 분배 장치로부터 변경될 수 있다.
저항(92 및 96)의 값은 사용가능한 증폭기(72)의 출력이 감쇠기의 출력 노드(94)에서 공칭 전압과 동일한 공칭 전압값 VCC/2, 즉 2.5V를 가지도록 바이어싱된다. 상기 장치를 사용하여, AC 전류는 서미스터의 저항이 변화하게 하는 DC전류로부터 열이나는 것을 방지하기 위해 서미스터(84)를 통해 흐른다. 사용가능한 증폭기(76)는 도 2에서 A/D 변환기의 전압 범위의 중간점에 일치하는 1.5V 크기의 공칭 출력 전압을 제공하도록 바이어싱된다.
도 5를 참조로 하여, 전체 비디오 증폭기(58)의 이득 대 온도 특성이 도시된다. 그에 따라, 비디오 증폭기는 25℃에서 약 30dB의 이득을 제공하며 예시된 온도 범위를 통해 원하는 9dB도 만큼 변화한다
도 6을 참조로 하여, 도 3의 비디오 증폭기(58)의 주파수 응답이 도시된다. 전술된 바와 같이, 통과 대역 컷오프 주파수는 상기 주파수가 이득의 범위(즉, 약 1-30m)내의 물체로부터의 레이더 복귀 주파수와 일치하기 때문에 약 3.5KHz 내지 40KHz이다.
고 주파수 컷오프는 에일리어싱을 감소시키도록 선택된다. 예시적인 실시예에서, A/D 변환기(62)는 230KHz-250KHz 크기의 비율로 샘플링한다. 40KHz의 고 주파수 컷오프 포인트는 115KHz의 주파수 또는 그이상을 가지는 신호가 상당히 감쇠되기 때문에 그에 따라 샘플링율이 가장 고 주파수 샘플링 신호의 주파수의 적어도 두배가 되도록 에일리어싱의 영향을 감소시키기에 충분하다.
저 주파수 신호의 감쇠는 누설 신호를 필터링하고 주파수와 그에 따른 범위에 기반하여 감도 제어를 실행한다. 예시적인 레이더 시스템(10)에서 누설 신호는 1KHz 크기의 주파수를 가지도록 발견된다. 다양한 요소는 합성기 국부 발진기 신호와 관련된 누설 신호의 시간 지연을 포함하나 이에 제한되지 않고 누설 전류의 주파수를 결정한다. 3.5KHz의 저 주파수 컷오프는 누설 신호가 감쇠되도록 한다. 또한 상기 저 주파수 신호의 감소는 더 고 주파수가 먼 거리 물체로부터의 미약한 복귀신호에 상응하는 더고 주파수 복귀가 근거리 물체로부터의 강한 복귀 신호에 상응하는 더 저 주파수 복귀보다 더 가중되기 때문에 감도 주파수 제어를 제공한다. 예시적인 레이더 시스템(10)에서, 레이더 시스템으로부터 1m의 거리에 위치된 물체는 1KHz 크기의 복귀 주파수를 제공할 것이다. 레이더 시스템으로부터 10m 거리에 위치된 동일한 횡단면의 물체는 12KHz 크기의 복귀 주파수를 제공할 것이다. 상기 신호 감쇠와 함께 2가지 복귀 주파수의 진폭간의 차이는 A/D 변환기가 동작하도록 요구되는 동적 범위를 감소시킴에 따라 감소된다.
각각의 높은 통과 컷오프 및 슬로프는 원하는 특성을 제공하기 위해 필터 스 테이지(70, 74)에서 하나 또는 그이상의 요소들의 값을 변화시킴으로써 쉽게 변화될 수 있다. 일반적으로, 롤오프 특성은 누설 신호를 감쇠시키고 레이더 시스템의 애플리케이션에 특정한 파라미터가 되는 먼거리 물체 및 근거리 물체간의 경계를 사용하여 근거리 물체로부터의 복귀보다 먼거리 물체로부터의 복귀에서 더 많은 이득을 추가함으로써 감도 주파수 제어를 선택하도록 선택된다.
도 7을 참조로하여, 도 1의 레이더 시스템(10)의 예시적인 애플리케이션이 자동차의 근접 물체 검출(NOD) 시스템(100)의 형태로 도시된다. NOD 시스템(100)은 예를 들면 자동차, 모터사이클, 또는 트럭과 같은 자동차 또는 보트 또는 수중용 차량과 같은 해상용 선박 또는 수확기와 같은 농업용 차량으로서 제공될 수 있는 차량(120)에 배치된다. 상기 특정 실시예에서, NOD 시스템(100)은 전방 센서(FLS) 시스템(122), 전자광학 센서(EOS) 시스템(124), 복수의 측면 센서(SLS) 시스템(128) 및 복수의 후방 센서(RLS) 시스템(130)을 포함한다.
각각의 SLS 시스템(128)은 측면 물체 검출(SOD) 시스템으로서 참조될 수 있으며, 도 1에서 도시되고 도 3의 비디오 증폭기를 포함하는 도 2의 수신기를 포함하는 레이더 시스템(10)의 형태로 고려할 수 있다. 또한, 도 1-3의 레이더 시스템(10)의 부분 또는 전체는 RLS 시스템과 같은 다른 센서 시스템을 실행하기 위해 사용될 수 있다. 일례로서, 본 발명의 비디오 증폭기(58)는 NOD 시스템의(100) 하나 또는 그이상의 FLS, EOS, SLS 및 RLS 센서 시스템으로서 통합될 수 있다.
FLS, EOS, SLS 및 RLS 시스템의 각각은 센서 처리기(134)에 결합된다. 상기 특정 실시예에서, 센서 처리기(134)는 FLS, EOS, SLS 및 RLS 시스템 각각이 버스 또는 다른 수단을 통해 결합되는 중앙 처리기로서 도시된다. 선택적인 실시예에서, 하나 또는 그이상의 FLS, EOS, SLS 및 RLS 시스템은 도 1의 DSP(30)과 같이 하기에서 설명될 처리를 수행하기 위한 자신의 처리기를 포함하는 것이 인식된다. 상기 경우에, NOD 시스템(100)은 분산된 처리기 시스템으로서 제공될 것이다.
NOD 시스템(100)이 단일 또는 다중 처리기를 포함하는 것에 관계없이, 각각의 센서 시스템에 의해 제공된 정보는 할당되며, 처리기 (또는 분할된 시스템의 경우에 처리기들)는 결론을 내리거나 룰 트리(rule tree)를 실행한다. NOD 시스템(100)은 사각지대 검출, 차선 변화 검출, 미리 동작하는 자동차 에어백 및 차선 정지 기능의 수행을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 다수의 기능을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서 처리기(134)는 차량의 에어백 시스템에 결합될 수 있다. 하나 또는 그이상의 FLS, EOS, SLS 및 RLS 시스템으로부터의 신호에 응답하여, 센서 처리기는 자동차의 "미리 동작되는" 에어백에서 적절한지를 결정할 수 있다. 다른 예 또한 가능할 수 있다.
EOS 시스템은 센서의 방위각 방향에서 양호하거나 높은 해결책을 제공하는 광학 또는 IR 센서 또는 다른 임의의 센서를 포함한다. RLS 센서의 쌍은 차량의 후방부분에서 물체를 검출하기 위해 삼각형 방식을 사용할 수 있다. FLS 센서는 1999년 7월 27일에 특허된 "자동차의 전방 센서 애플리케이션"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,929,802에서 개시되며, 본 발명의 양수인에게 양수되고 여기에서 참조로서 통합된다. SLS 및 RLS센서 각각은 동일한 안테나 시스템을 가지도록 제공될 수 있음이 인식될 것이다.
각각의 센서 시스템은 다수의 커버리지 존이 차량 주위에 존재하도록 차량에 배치된다. 따라서, 차량은 센서 존의 고치형(cocoon-like) 웹에 둘러쌓인다. 도 7에 도시된 특정 구성을 사용하여, 4개의 커버리지존이 사용된다. 각각의 커버리지 존은 RF 검출 시스템을 사용한다. RF 검출 시스템은 각 커버리지 존에 다중 빔을 제공하는 안테나 시스템을 사용한다. 상기 방식에서, 또다른 물체가 차량 또는 그 반대로 접근하는 특정 방향이 발견된다.
SLS, RLS 및 FLS 시스템이 챠량에 이동가능하게 배치될 수 있음이 인식되어야 한다. 즉, 임의의 실시예에서, SLS, RLS 및 FLS 센서는 차체 외부(즉, 차체의 노출 표면)에 배치될 수 있지만, 다른 시스템에서, SLS, RLS 및 FLS 시스템은 범퍼 또는 차량의 다른 부분(예를 들면, 문, 판넬, 1/4 판넬, 차량 앞부분, 및 차량 뒷부분과 같은)에 삽입될 수 있다. 차량 내(예를 들면, 범퍼 또는 다른 부분)에 장착되며 이동가능한 시스템을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 설명된 것과 같이, 본 발명의 내용을 통합하는 다른 실시예가 사용될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 예시된 방향 전환, 도 2의 호모다인 수신기 이외의 수신기 토폴로지가 전술된 비디오 증폭기로부터 유리할 수 있음이 당업자에게 인식될 것이다. 또한 본 발명의 비디오 증폭기는 회로 엘리먼트 또는 RF 증폭기(50)에 부가되거나 이를 대신하는 회로 엘리먼트 또는 엘리먼트의 그룹의 온도에 의해 유도되는 이득 변화를 보상하기 위해 설계될 수 있음이 인식될 것이다. 예를 들어, 감쇠기(80)는 수신기의 온도 응답을 특징화하고 감쇠기가 수신기의 온도 특성 그래프에서 하나 또는 그이상의 포인트에 관련하여 하나 또는 그이상의 포인트를 보상하는 온도 특성을 가지도록 설계함으로써 전체 수신기의 온도에 의해 유도되는 이득 변화를 보상하도록 설계될 수 있다.
그러므로, 상기 실시예는 개시된 실시예에 제한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범위에서만 제한 받는다. 하기에서 언급되는 모든 출판물 및 참조는 여기에서 참조로서 통합된다.

Claims (20)

  1. 비디오 신호를 수신하도록 적용된 입력 단자 및 출력 단자를 가지는 제 1 필터 스테이지;
    상기 제 1 필터 스테이지의 상기 출력 단자에 접속된 입력 단자 및 출력 단자를 가지며, 온도 감지 디바이스를 포함하는 감쇠기; 그리고
    상기 감쇠기의 상기 출력 단자에 접속된 입력 단자 및 비디오 증폭기의 출력 신호가 제공되는 출력 단자를 가지는 제 2 필터 스테이지를 포함하는 비디오 증폭기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 온도 감지 디바이스는 서미스터(thermister)인 것을 특징으로 하는 비디오 증폭기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 필터 스테이지 및 상기 제 2 필터 스테이지 각각은 샐런-키(Sallen-Key) 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 증폭기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 필터 스테이지 및 상기 제 2 필터 스테이지 각각은 저역 통과 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 비디오 증폭기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 필터 스테이지 및 상기 제 2 필터 스테이지 각각은 대역 통과 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 비디오 증폭기.
  6. RF 신호를 수신하도록 적용된 입력 단자 및 증폭된 RF 신호가 제공되는 출력 단자를 가지는 RF 증폭기;
    상기 RF 증폭기의 상기 증폭된 RF 신호가 제공되는 출력 단자에 접속된 입력 단자 및 저 주파수 신호가 제공되는 출력 단자를 가지는 하향 변환기; 그리고
    상기 하향 변환기의 상기 저 주파수 신호가 제공되는 출력 단자에 접속된 입력 단자 및 필터링된 신호가 제공되는 출력 단자를 가지며, 온도 보상 감쇠기를 포함하는 비디오 증폭기를 포함하는 레이더 수신기.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 RF 증폭기는 GaAs 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 감쇠기는 서미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 감쇠기는 전압 분배기를 형성하도록 상기 서미스터에 접속된 적어도 하나의 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 비디오 증폭기는,
    상기 하향 변환기의 상기 출력 단자에 접속된 입력 단자 및 상기 온도 보상 감쇠기에 접속된 출력 단자를 가지는 제 1 필터 스테이지; 그리고
    상기 온도 보상 감쇠기에 접속된 입력 단자 및 상기 필터링된 신호가 제공되는 출력 단자를 가지는 제 2 필터 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 필터 스테이지 및 상기 제 2 필터 스테이지 각각은 대역 통과 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 대역 통과 특성은 누설 신호를 감쇠시키기 위해 선택된 저 주파수 컷오프(cutoff)를 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 대역 통과 특성은 상기 레이더 수신기로부터 미리결정된 거리보다 멀리 위치된 물체에 의해 반사된, 수신 RF 신호를 감쇠시키기 위해 선택된 저 주파수 컷오프를 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  14. 제 1 RF 신호를 송신하기 위한 송신 안테나;
    제 2 RF 신호를 수신하기 위한 수신 안테나; 그리고
    상기 수신 안테나에 접속되어 상기 제 2 RF 신호를 처리하고, 온도 보상 감쇠기를 구비하는 비디오 증폭기를 가지는 수신기 회로를 포함하는 레이더 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 온도 보상 비디오 증폭기는,
    상기 제 2 RF 신호를 수신하도록 적용된 입력 단자 및 출력 단자를 가지는 제 1 필터 스테이지;
    상기 제 1 필터 스테이지의 상기 출력 단자에 접속된 입력 단자 및 출력 단자를 가지며, 온도 감지 디바이스를 포함하는 감쇠기; 그리고
    상기 감쇠기의 상기 출력 단자에 접속된 입력 단자 및 상기 비디오 증폭기의 출력 신호가 제공되는 출력 단자를 가지는 제 2 필터 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 수신기 회로는 온도에 따라 제 1의 미리결정된 양만큼 변화하는 이득을 가지는 RF 증폭기를 더 포함하며,
    상기 감쇠기는 온도에 따라 제 2의 미리결정된 양만큼 변화하는 이득을 제공하며,
    상기 제 1 및 제 2의 미리결정된 양은 실제로 상보적인(complementary) 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 제 1 필터 스테이지 및 상기 제 2 필터 스테이지 각각은 대역 통과 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 제 2 RF 신호는 상기 제 1 RF 신호의 누설 신호 부분을 포함하며, 상기 대역 통과 특성은 상기 제 1 RF 신호의 상기 누설 신호 부분을 감쇠시키기 위해 선택된 저 주파수 컷오프를 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 대역 통과 특성은 상기 레이더 시스템으로부터 미리결정된 거리보다 멀리 위치된 물체에 의해 반사된, 수신된 RF 신호를 감쇠시키기 위해 선택된 저 주파수 컷오프를 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  20. 제 15항에 있어서,
    디지털 신호를 제공하기 위해 상기 비디오 증폭기의 상기 출력 신호에 응답하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 수신기 회로의 상기 온도를 표시하는 신호를 제공하기 위한 온도 센서; 그리고
    상기 온도 표시 신호에 응답하여 상기 디지털 신호를 처리하기 위해 사용되는 임계값을 변화시키기 위한 디지털 신호 처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
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