[实用新型]一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及射频/毫米波芯片设计技术、汽车雷达系统前端电路等领域，具体的说，是一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片。

背景技术

雷达按照电磁波辐射能量的特点可以分为脉冲雷达和连续波雷达。和脉冲雷达相比，连续波雷达发射功率随时间无明显变化，更容易和射频前端兼容，结构简单因而成本较低，成为汽车前视雷达的主流技术。调频连续波(FMCW) 雷达系统包括天线、射频收发前端、信号处理模块、报警装置和汽车控制单元。雷达利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波信号对其不断检测，射频收发前端通过天线接收回波信号并与发射信号进行差频处理，再送至后级信号处理模块，根据中频信号来探测目标的相对速度和距离等信息，向司机发出报警，使司机及时作出反应，同时雷达输出信号到达汽车控制单元，根据情况自动进行刹车或者减速，保证行车安全。

FMCW雷达发射连续调制信号，信号频率在时域中按照调制电压的规律线性上升或者下降，常用的调制信号包括方波信号、锯齿波信号以及三角波信号等。图1为采用三角波调制形式的FMCW雷达测距原理示意图，上图为发射信号与接收信号的波形，下图为混频以后产生的中频信号。调频信号中心频率为f_o，T_c为调频信号周期、B_c为调频带宽。信号上升过程，发射信号与接收信号的差频频率表示为f_bup；信号下降过程，发射信号与接收信号的差频频率表示为f_bdn。当目标处于静止状态，发射信号经过ΔT时间延迟被雷达接收，ΔT＝2R/c,式中 c为光速，R为雷达与目标之间的距离。此时上升和下降过程差频频率 f_bup＝f_bdn＝f_r1＝f₁-f₂,雷达与目标物体之间的距离R＝c·T_c·f_r1/4B_c。如果目标正在移动，则反射信号包含一个由目标相对运动所引起的多普勒频移f_d。f_d＝2V_r·f_o/c， V_r为相对运动速度，多普勒频移会使得差频信号在上升和下降过程产生变化，其中信号上升过程的差频信号f_bup＝f_r2-f_d，信号下降过程的差频信号f_bdn＝f_r2+f_d，因此可以计算出雷达与目标相对速度V_r＝c·(f_bdn-f_bup)/4f_o，当目标正在靠近雷达时，相对速度取值为正；当目标远离雷达时，相对速度取值为负。基于距离R 和相对速度V_r公式，可以进一步确定雷达系统处理距离和相对速度的分辨率。

目标的检测主要通过雷达发射和接收的波束决定。通过集成多个天线、多个收发通道以及数字信号处理实现的数字波束形成系统，可以完成多路信号的处理，扩宽雷达监测的角度。此外，毫米波车载雷达系统还需要满足不同距离的应用要求，其中76GHz～77GHz频段用于远距离检测、77GHz～81GHz频段用于近距离检测，从而实现高精度数字波束形成系统。

射频收发前端是雷达系统的核心模块。发射信号由发射机内部集成的压控振荡器在调制信号的作用下产生，其输出信号一部分经过功率放大器放大输出，一部分作为接收机本振信号与目标反射的回波信号进行混频。发射信号的幅度和相位噪声会影响信号频谱和噪声底板。相位噪声增加混频以后的中频信号噪声谱密度，降低雷达系统整体的信噪比。当应用在多个目标检测时，过高的相位噪声有可能使得远处部分目标反射产生的中频信号被位于雷达附近目标产生的更高功率的中频信号噪声边带所覆盖，导致系统无法将这些目标区分开来。

现有的车载毫米波雷达发射芯片方案分为两种。一种采用分离器件的形式，通过单独的压控振荡器、倍频器以及功率放大器芯片实现调制信号的发射，该方案集成度较低、不利于汽车雷达小型化的需求。另一种方案采用全集成的形式，所有功能单元均在芯片内部实现。已有的覆盖76GHz～81GHz频段发射芯片方案需要采用两个压控振荡器分别实现远距离和近距离频段，芯片设计方案仍然较为复杂，需要增加巴伦、功率合成器等额外的电路配合两个振荡器共同工作，使得芯片面积较大，功耗也随之增加。

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