一种基于数控振荡器的调频连续波雷达的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于集成电路技术领域，涉及一种调频连续波雷达，具体涉及一种基于数控振荡器的调频连续波雷达。
【背景技术】
[0002]FMCff Radar (调频连续波雷达，Frequency Modulated Continuous Wave Radar)技术是常见的测距雷达技术。其基本原理为，发射波为连续波，其频率随时间按照三角波规律变化。雷达接收的回波的频率与发射的频率变化规律类似，都是三角波规律，只是有一个时间差，利用这个微小的时间差可进一步得出频率偏移量，最终计算出目标距离。它相对于脉冲雷达技术而言，具有结构较为简单，可靠性好，适合做近距离探测用途等优势。由于FMCWRadar具有如上特点，常被应用于物位计、汽车防撞雷达等实际应用当中。
[0003]如图1 所不，Tang-Nian Luo 等人所著 “A77_GHz CMOS Automotive RadarTransceiver With Ant1-1nterference Funct1n” 中，提到的传统 FMCW Radar 结构，提供FMCW信号源是采用一个整数分频锁相环(Phase Locked Loop, PLL) +直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesizer, DDFS)或者小数分频 PLL 结构予以实现。FMCWRadar系统的信号由发射器通过天线发射，经过目标物体反射后由天线接收将信号送入接收器处理。对于FMCW Radar，其发射信号以三角波的形式进行线性扫描，然后通过比较反射信号与发射信号频率间的差别可以计算出目标物体与雷达的距离和速度。但实际上的三角波并不是完全理想的连续波形，而是由若干台阶状波形近似得到，因此频率跳变最小时间间隔也将影响着雷达的探测精度。对于FMCW Radar系统，考虑提高雷达的性能与可靠性，如通过整数分频PLL+DDFS或者小数分频PLL技术做信号发生源或跳频随机线性调频(Frequency-HoppingRandomChirp, FHRC)技术降低误报率，例如文献 “Tang-Nian Luo ；Ch1-Hung Evelyn Wu ;Yi_Jan Emery Chen, A77_GHz CMOS Automotive Radar TransceiverWith Ant1-1nterference Funct1n,Circuits and Systems 1: Regular Papers, IEEETransact1ns on, vol.60，n0.12，pp.3247-3255，Dec2013” 和“Mitomo，T.；0no, N.；Hoshino, H.；Yoshihara, Y.；ffatanabe, 0.；Seto, 1.；A77GHz90nm CMOS Transceiver forFMCff Radar Applicat1ns, Solid-State Circuits, IEEE Journal of, vol.45, n0.4, pp.928-937，April2010”。这些文献中信号源频率跳变的时间间隔已经可以达到微秒量级。但是，这些FMCW Radar结构仍然存在着信号源频率跳变速度不够快，不易改变信号源频率，在高精度要求下结构极为复杂，不利于实现等缺点。
【发明内容】
[0004]为克服上述缺陷，本发明公开一种基于数控振荡器的调频连续波雷达，具有信号源频率跳变快，模块通用性强，单元面积小，集成密度高、适合芯片SOC等优点。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种基于数控振荡器的调频连续波雷达，包括低噪声放大器、混频器、中频放大器、滤波器、信号处理器、功率放大器，所述低噪声放大器的输出端与所述混频器的输入端相连，所述混频器的输出端与所述中频放大器的输入端相连，所述中频放大器的输出端与所述滤波器的输入端相连，所述滤波器的输出端与所述信号处理器的输入端相连；还包括锁相环，所述锁相环采用数控振荡器作为信号源，所述信号处理器的输出端与所述锁相环的输入端相连，所述锁相环的输出端分别与所述功率放大器的输入端、所述混频器的输入端相连。
[0007]进一步地，所述锁相环包括数字控制模块、数控振荡器、鉴相器、低通滤波器，所述信号处理器的输出端与所述数字控制模块的输入端相连，所述数字控制模块的输出端与所述数控振荡器的输入端相连，所述数控振荡器的输出端分别与所述功率放大器的输入端、所述鉴相器的输入端、所述混频器的输入端相连，所述鉴相器的输出端与所述低通滤波器的输入端相连，所述低通滤波器的输出端与所述数字控制模块的输入端相连。
[0008]进一步地，所述数控振荡器与所述鉴相器之间设有一开关，所述低通滤波器与所述数字控制模块之间设有一开关，该两个开关由所述数字控制模块产生的控制信号控制。
[0009]进一步地，所述数控振荡器包括交叉耦合晶体管、偏置电流管、LC振荡网络，所述交叉耦合晶体管与偏置电流管串联、所述交叉耦合晶体管与所述LC振荡网络并联。
[0010]进一步地，所述LC振荡网络包括调频电容网络和电感网络，所述调谐电容网络与所述电感网络并联。
[0011]进一步地，所述调谐电容网络包括多个(例如可以是4个)由不同数字控制码控制的调谐电容阵列，所述多个调谐电容阵列相互并联。上述调谐电容阵列包括多个电容单元，所述多个电容单元相互并联。电容单元数目由控制码位数决定，N位控制码通常包括2N个电容单元。控制码常见在20位以内，S卩I?20比特(bits)，极端一些地也可以取I?100 位(比特、bits)。
[0012]进一步地，所述数控振荡器是所述调频连续波雷达的信号源，信号的中心频率是24GHz，也可以通过调整LC谐振网络实现其他工作频率。
[0013]本发明的原理是通过使用数控振荡器作为雷达系统的信号源，可以使得雷达系统信号源频率跳变速度得到极大提升，提高了系统性能。以锁相环等闭环结构为核心作为信号源的传统调频连续波雷达，由于传统的锁相环存在闭环结构，环路影响频率变化的速度，导致不能有效实现快速扫频。本发明利用由数控振荡器等组成的锁相环开环结构作为雷达系统信号源，有效提高了信号源频率扫描的速度，可以使频率改变时间间隔达到纳秒量级，提高了系统性能。例如雷达信号源会以类似三角波形式进行扫描，而信号源的频率在闭环结构下改变较为缓慢，本发明中的做法由于不存在闭环结构，而直接采用数字控制模块控制信号频率变化，因此相对于传统以锁相环为核心模块作信号源的雷达结构，本发明可以极大增加频率扫描速度，从而可以增大信号源的扫频范围，提高信号源频率的带宽以及降低结构复杂度等。
[0014]本发明具有以下有益效果:
[0015]I)信号源频率变化速度快:本发明采用数控振荡器作为信号源，由于数控振荡器在工作状态下，仅由数字控制模块控制，因此改变信号源的频率只需改变其控制码，可实现快速频率跳变。
[0016]2)模块通用性强:本发明采用本发明采用数控振荡器作为调频连续波雷达的信号源，对于此数控振荡器来说，不仅可用于工作在较低频率的雷达系统，也同样可以用于工作在高频率的雷达系统，独立于所在系统其他电路结构，具有模块化以及很强的通用性。
[0017]3)兼容性好:全套雷达系统可采用片上工艺实现，不局限于某一种特定工艺。本发明实现建立在标准CMOS或SiGe BiCMOS工艺的基础之上，亦可以通过其他片上工艺实现。
【附图说明】
[0018]图1为传统调频连续波雷达结构框图。
[0019]图2为本发明基于数控振荡器的调频连续波雷达结构框图。
[0020]图3为数控振荡器结