[發明專利]毫米波FMCW兩單元相控陣測距測速單片雷達收發機

有效

• 申請號: 201210393627.9
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102866387A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 池保勇;賈海昆;況立雪;王志華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S7/28
• 分類號: G01S7/28;G01S7/282;G01S7/285
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

1.毫米波FMCW兩單元相控陣測距測速單片雷達收發機，其特征在于，包括：連續波調制方式的發射模塊，以下簡稱FMCW發射模塊、兩單元接收模塊、數字控制模塊以及偏置產生模塊，其中：

FMCW發射模塊，用于產生FMCW調制信號，依次經第三緩沖放大器、功率放大器PA放大后，再經發射天線發射出去，所述FMCW發射模塊，包括：鎖相環PLL、功率放大器PA以及緩沖放大器BUF1~BUF3，其中：

鎖相環PLL，以下簡稱鎖相環，包括：鑒頻鑒相器PFD，以下簡稱鑒頻鑒相器、電荷泵CP，以下簡稱電荷泵、環路濾波器LOOP?FILTER，以下簡稱環路濾波器、壓控振蕩器VCO，以下簡稱壓控振蕩器、依次1/2分頻的四個分頻器DIV1~DIV4、16~23可配置整數分頻的分頻器DIV5以及DELTA-SIGMA調制器DSM，以下簡稱調制器，其中，所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環路濾波器、壓控振蕩器以及五個分頻器DIV1~DIV5依次串接成環狀，所述鑒頻鑒相器的第一輸入端輸入參考頻率F_REF信號，第二輸入端則與第五個分頻器DIV5分頻后的分頻信號輸出端相連，所述第五分頻器DIV5的分頻控制信號輸入端與調制器的調制信號輸出端相連，所述壓控振蕩器的輸出端依次連接第一緩沖放大器BUF1以及放大增益可調的第三緩沖放大器BUF3，

功率放大器PA，輸入端與所述第三緩沖放大器BUF3的輸出端相連，用于將產生的FMCW調制信號進行功率放大，再通過發射天線發射出去；

兩單元接收模塊，用于對接收到的回波進行下變頻、放大和濾波，再轉換為數字信號供外部的數字處理部分處理，所述兩單元接收模塊包括：

兩路平行的低噪聲放大器，分別用LNA1及LNA2表示、兩路平行的混頻器，分別用MIXER1及MIXER2表示、兩路平行的移相器，分別用PHASE?SHIFTER1及PHASE?SHIFTER2表示、三個緩沖放大器，分別用BUF2、BUF4及BUF5表示、跨阻放大器，用TIA表示、模擬基帶部分以及數模轉換器ADC，其中：

兩路平行的低噪聲放大器，用于對從接收天線接收到的兩路信號RXIN_1和RXIN_2進行放大，以壓制后續模塊的噪聲，向所述兩路平行的混頻器對應的提供輸入信號，

兩路平行的混頻器，分別對輸入的信號進行混頻后得到中頻信號，該混頻器均為無源混頻器，兩個混頻器的差分輸出的正端之間相連接，差分輸出的負端之間也相連接，

五個緩沖放大器，其中，第二緩沖放大器BUF2的輸入與第一緩沖放大器BUF1的輸出端相連，對輸入的所述FMCW發射模塊產生的本振信號進行緩沖放大后，同時傳送到第四緩沖放大器BUF4和第五緩沖放大器BUF5的輸入端，分別各自經放大之后分別送往相應的第一移相器PHASE?SHIFTER1和第二移相器PHASE?SHIFTER2，

兩路平行的移相器，分別對各自輸入的所述FMCW發射模塊產生的本振信號進行單端到差分的轉換，同時分別在輸入的第一移相控制信號PHASE?CTRL1、第二移相控制信號PHASE?CTRL2的控制下完成移相功能，結果輸出給對應的第一混頻器MIXER1和第二混頻器MIXER2，所述的兩個移相控制信號PHASE?CTRL1、PHASE?CTRL2來自所述的數字控制模塊，分別覆蓋360度范圍。

跨阻放大器，用TIA表示，由跨導放大器OTA及兩個反饋電阻RES1、RES2構成，所述跨導放大器的OTA的正負兩個輸入端分別與所述兩路平行的混頻器相對應的正負輸出端相連接，并將其輸出的電流信號轉化為電壓信號，

模擬基帶部分，包括：三個可編程增益放大器PGA1~PGA3、五階巴特沃斯低通濾波器LPF以及三個直流失調消除反饋模塊DCOC1~DCOC3，其中：所述三個可編程增益放大器的增益依次設置為6dB、12dB、18dB或者24dB，所述五階巴特沃斯低通濾波器的帶寬依次設置為200kHz、500kHz、1MHz或者2MHz，第一可編程增益放大器PGA1、五階巴特沃斯低通濾波器LPF、第二可編程增益放大器PGA2以及第三可編程增益放大器PGA3依次連接，所述第一可變成增益放大器PGA1的輸入端與跨導放大器OTA的輸出端相連接，所述PGA3的輸出連接到數字模擬轉換ADC的輸入端，第一直流失調消除反饋模塊DCOC1的輸入端與所述五階巴特沃斯低通濾波器的輸出端連接，所述第一直流失調消除反饋模塊DCOC1的輸出端與第一可編程增益放大器PGA1的輸入端相連，第二直流失調消除反饋模塊DCOC2的輸入端與第二可編程增益放大器PGA2的輸出端連接，所述第二直流失調消除反饋模塊DCOC2的輸出端與第二可編程增益放大器PGA2的輸入端相連，第三直流失調消除反饋模塊DCOC3的輸入端與第三可編程增益放大器PGA3的輸出端連接，所述第三直流失調消除反饋模塊DCOC3的輸出端與第三可編程增益放大器PGA3的輸入端相連，從而實現對整個接收通路的直流失調的抑制；

數字控制模塊，為所述外部數字處理部分提供接口，并對所有可配置變量進行控制，包括：所述FMCW調制信號的掃頻周期、掃頻帶寬、發射信號的功率、接收支路的增益、五階巴特沃斯低通濾波器的帶寬以及移相器的移相值，所述數字控制模塊包括：串行數據接口，用SPI表示、寄存器堆以及三角波發生器，其中：

串行數據接口，用于與所述外部數字處理部分通信，將控制信號寫入內部寄存器堆，所述串行數據接口的輸入端分別為外部時鐘CLK、外部狀態翻轉時鐘SCLK、外部片選信號SCS以及外部串行輸入數據SDI，所述串行數據接口的第一輸出端為串行數據輸出端SDO，所述串行數據接口的第二輸出端連接到寄存器堆的輸入，用于控制寄存器堆中的寄存器存儲的數值，

寄存器堆，用于控制三角波發生器的狀態以及為此雷達中所有可配置變量提供控制，包括：所述FMCW調制信號的掃頻周期、掃頻帶寬、發射信號的功率、接收支路的增益、五階巴特沃斯低通濾波器的帶寬以及移相器的移相值，所述寄存器堆的輸入端與串行數據接口的輸出端相連接，所述寄存器堆的輸出端與三角波發生器的輸入端以及其余可配置變量的控制端相連接，

三角波發生器，用于產生三角波波形，給FMCW發射模塊中的調制器提供控制信號，從而產生FMCW連續波調制的信號，所述三角波發生器的輸入端與寄存器堆相連接，所述三角波發生器的輸出端與FMCW發射模塊中的調制器的輸入端相連接；

偏置產生模塊，為毫米波FMCW兩單元相控陣測距測速單片雷達收發機提供所需的偏置電壓以及偏置電流。