具有饱和检测和重置的雷达系统和方法
【专利摘要】本发明所描述的实施例提供了一个雷达装置以及可以提供改进灵敏度的方法。通常本发明所描述的实施例提供了一个饱和检测器和一个耦合于一个雷达接收器的重置机构。该饱和检测器被配置以检测雷达接收器的饱和事件，并且重置机构被配置以重置雷达接收器中的至少一个过滤器单元以响应于检测饱和事件。这样，通过降低雷达接收器饱和事件的影响，本实施例有助于改进雷达灵敏度。
【专利说明】
具有饱和检测和重置的雷达系统和方法
技术领域
[0001 ]本发明所描述的实施例通常涉及雷达系统及其操作方法。【背景技术】
[0002]—个典型的雷达系统发射电磁信号，并接收所发射信号的反射。所发射和接收的信号之间的时间延迟可以被确定并用于计算距离和/或导致反射的对象速度。例如，在汽车应用中，雷达系统可以被用于确定距离和/或对面车辆和其它障碍物的速度。
[0003]现代雷达系统经常使用调制雷达信号来增加灵敏度。一些这样的系统使用了重复的调制方案，其中雷达信号以一个重复的周期逐帧形式被调制。虽然这种雷达系统能够提供增加的灵敏度，但是它们可能容易受到某些类型的干扰。因此这种系统通常包括位于雷达接收器中的过滤器以有助于避免干扰。例如，在一些雷达接收器中，具有低截止频率的高通过滤器常常被用于衰减低频干扰。在汽车应用中，这些过滤器可以被用于避免由汽车保险杠的反射引起的“保险杠效应”。
[0004]遗憾的是，这样的雷达系统可能容易受到雷达接收器的饱和的影响。通常，当到放大器的输入上升到超过最大输入电压是，会发生饱和。这种输入使放大器产生一个最大容许电流和/或电压，这种情况通常被称为“限幅”。因为放大器的输出处于最大电平，当放大器处于饱和时，没有可用的数据被产生。在雷达接收器中，这种饱和可能导致雷达接收器的一个临时性“盲点”。如果饱和跨越所发射信号的多个帧延伸，饱和就特别成问题。在调制雷达系统中，帧周期可以相对较短，因此在这些系统中，饱和可显著阻碍雷达装置的正常运作。
【发明内容】
[0005]本发明提出了一个雷达装置包括:至少一个被配置以发射一个雷达信号的发射器单元;至少一个被配置以接收所述雷达信号的反射的接收器单元;其中所述接收器单元包括至少一个被配置以过滤所述接收的雷达信号的过滤器单元以及至少一个被配置以放大所述接收的雷达信号的放大器单元;耦合于所述至少一个放大器单元并且被配置以检测所述至少一个放大器单元的饱和事件的饱和检测器；以及被配置以重置所述至少一个接收器单元以响应于检测的饱和事件的重置机构。
[0006]本发明还提出了一种操作雷达装置的方法包括:在接收器单元接收雷达信号的反射，所述接收器单元包括至少一个被配置以过滤所述接收的雷达信号的过滤器单元以及至少一个被配置以放大所述接收的雷达信号的放大器单元;检测所述至少一个放大器单元中的饱和事件；以及重置所述接收器单元的所述至少一个过滤器单元以响应于检测到的饱和事件。【附图说明】
[0007]图1根据一个示例实施例，是一个雷达装置的示意图；
[0008]图2是雷达装置中各种信号的图表征；
[0009]图3根据一个示例实施例，是雷达装置中具有过滤器重置的各种信号的图表征；
[0010]图4根据一个第二示例实施例，是一个雷达装置的示意图；
[0011]图5根据一个第三示例实施例，是一个雷达装置的示意图；
[0012]图6根据一个示例实施例，是一个饱和检测器的示意图；
[0013]图7根据一个示例实施例，是一组饱和检测器的示意图；
[0014]图8根据一个示例实施例，是一个具有重置过滤器的电路图。【具体实施方式】
[0015]本发明所描述的实施例提供了一个雷达装置以及可以提供改进灵敏度的方法。通常本发明所描述的实施例提供了一个饱和检测器和一个耦合于一个雷达接收器的重置机构。该饱和检测器被配置以检测雷达接收器的饱和事件，并且重置机构被配置以重置雷达接收器中的至少一个过滤器单元以响应于检测饱和事件。这样，通过降低雷达接收器饱和事件的影响，本实施例有助于改进雷达灵敏度。
[0016]现在转向图1，图1显示了雷达装置100的示意图。雷达装置100包括至少一个雷达发射器102、至少一个雷达接收器104、饱和检测器110和一个重置机构112。雷达发射器102 被配置以发射一个雷达信号，雷达接收器104被配置以接收所发射雷达信号的反射。雷达接收器104包括至少一个被配置以过滤所接收的雷达信号的过滤器单元106和至少一个被配置以放大所接收的雷达信号的放大器单元108。根据本发明所描述的实施例，饱和检测器 110耦合于放大器单元108并且被配置以检测放大器单元108的饱和事件。重置机构112耦合于至少一个过滤器单元106和饱和检测器，并且被配置以重置所述至少一个过滤器单元106 以响应于一个检测饱和事件。
[0017]所述至少一个过滤器单元106的重置可以有助于改进雷达装置100的灵敏度。具体地，所述至少一个过滤器106的重置可以防止雷达装置100的暂时盲点，如果放大器单元108 的饱和被允许在时间上显著延长，该盲点会发生。
[0018]在一个实施例中，雷达装置100被配置以使用一个频率调制雷达信号。例如，这样的频率调制可以包括一个调制类型的帧周期，该周期与另一个调制类型的帧间周期相互交错。例如，发射器102可以被配置以发射一个雷达信号，它在帧周期期间频率增加，而在帧间周期期间频率减小。或者，发射器102可以被配置以发射一个雷达信号，它在帧周期期间频率减小，而在帧间周期期间频率增加。在任一这样的实施例中，可以在帧间周期期间执行过滤器单元106的重置，以便放大器单元108已准备好进行下一个帧周期。
[0019]在一些具体实施例中，雷达装置100使用一个超快速调频连续波(FMCW)雷达信号。 在这种实施例中，频率可以以各种图案上下进行，例如正弦波、三角波或锯齿波。参考图2和 3,将更详细地讨论锯齿波频率调制的一个具体例子。
[0020]饱和检测器110可以以各种方式来实现。作为一个一般的例子，饱和检测器110可以被配置以测量所接收的雷达信号并且确定所接收的信号是否高于一个预先设置的振幅电平，其中选择的预先设置的振幅电平指示放大器单元108中的饱和。如此配置，饱和检测器110可以被配置以提供一个响应于饱和事件检测的饱和检测信号。
[0021]饱和检测器110耦合于重置机构112,其中重置机构112被配置以接收饱和检测信号。重置机构112耦合于过滤器单元106并且被配置以重置过滤器单元106以响应于一个指示放大器单元108中的饱和的所接收的饱和检测信号。通常，重置机构112被配置以在检测饱和事件之后的下一个帧间周期期间重置过滤器单元106。在帧间周期期间重置过滤器单元106可以清除检测饱和事件的影响，并使雷达接收器104在雷达信号的下一个帧周期之前准备好接收和放大雷达信号。在一个实施例中，重置机构112被配置以通过生成一个重置信号来重置一个或多个过滤器，其中重置信号的定时被选择以便过滤器所得的重置在检测饱和事件之后的下一个帧间周期期间发生。
[0022]各种技术可以用于确定重置定时，以便重置在帧间周期期间发生。作为一个例子， 重置机构112可以被配置以额外地接收一个频率调制控制信号，其指示所发射的雷达信号的帧间周期的开始。另外，在一些实施例中，重置机构112将在由频率调制控制信号指示的帧间周期的开始之后生成一个延迟时间，其中延迟数量被选择以确定重置在所接收的雷达信号的帧间周期期间发生。在这些实施例中，延迟或可是固定或动态计算。例如，延迟可以基于所发射和所接收的雷达信号之间的平均估算或最大时间延迟被固定。在这样的情况下，所发射和所接收的雷达信号之间的估算时间延迟可以被用于准确地确定所接收的雷达信号的帧间周期的开始，并且因此可以被用于准确地确定应该何时执行过滤器单元106的重置。[〇〇23]在其它实施例中，延迟可以至少部分地基于由雷达装置100计算出来的对象的距离来动态地对确定。因此，在操作期间，雷达装置100计算了到被测物体的距离，并使用这些计算的距离来动态确定所接收的雷达信号的下一个帧间周期的开始，因此，确定应该何时执行过滤器单元106的重置。[〇〇24]正如将在下面更详细描述的，在一个更具体的实施例中，饱和检测器110包括一个输入共模提取电路、一个可编程阈值电压发生器、一个正比较器和一个负比较。在这样的实施例中，输入共模提取电路耦合于放大器单元108以接收一个差分输入信号，并且被配置以提取正共模等效电压和负共模等效电压。所确定的正共模输入电压和负共模输入电压耦合于一个相应的正比较器和负比较器，其中每个比较器被配置以将相应的共模等效电压与可编程阈值电压发生器提供的一个阈值电压进行比较。[0〇25] 现在转向图2,图200显示了雷达装置的示例信号。具体地，图200显示了一个示例频率调制连续波(FMCW)雷达信号(TX)、一个示例接收雷达信号(RX)以及一个示例放大器输出信号(IF OUT)的频率。
[0026]在图200中，所示的发射雷达信号(TX)表示了作为时间函数的发射信号频率。在本例子中，所发射的雷达信号(TX)是一个FMCW信号，其具有一个随帧周期(TF)变化的频率。通常，一个FMCW系统的频率在有效帧周期期间增加(或减少)，并且一个示例在帧间周期(TI) 期间返回到一个初始值。在图2的例子中，所发射的雷达信号的频率调制(TX)具有一个锯齿图案，虽然这仅仅是如何调制FMCW信号的一个例子。
[0027]具体地，在时间T1的所发射的雷达信号(TX)具有一个为初始值的频率，并且频率在帧周期期间增加，直到它在时间T3达到一个最终值。频率随后在时间T4迅速返回到它的初始值。时间T1和T3之间增加频率的时间被称为一个帧周期(TF)，以及T3和T4之间的时间被称为一个帧间周期(TI)。[〇〇28]所接收的雷达信号(RX)表示了在操作期间由雷达接收器接收并处理的信号。所示的所接收的雷达信号(RX)可以表示由雷达接收器接收的所接收的雷达信号，正如由混合器向下转换以及由雷达接收器过滤的。同样，放大器输出信号(IF OUT)表示雷达接收器中的放大器输出。[〇〇29]在一些情况下，所接收的雷达信号(RX)中的异常和其它事件可能将雷达接收器中的一个或多个放大器驱动进入饱和。作为一个例子，所发射的雷达信号的相移可以导致放大器中的饱和。这种相移可以被用于编码所发射的雷达信号，以帮助雷达接收器区分所发射的雷达信号和反射得雷达信号，但是一个或多个放大器中的饱和可以是这种相移的副作用。如其它例子，由其它雷达发射器所造成的信号峰值可能会导致周期性和非周期性饱和。
[0030]在图2中，在时间T2,这样的事件在所接收的雷达信号(RX)中发生。具体地，在时间 T2,所接收的雷达信号(RX)在一个显著负峰值之后经历了一个显著正峰值。再次，这样的峰值可以有各种原因引起。所接收的雷达信号(RX)中的峰值导致放大器输出信号中的对应峰值(IF OUT)。正如在图2中可以看到的，这将导致放大器暂时饱和，其中放大器输出信号(IF OUT)快速上升到一个最大值，在返回到最大值之前快速下降到一个最小值。这种饱和作用继续进入下一个帧间期间(即，T3和T4之间)，并进入下一个帧周期(从时间T4)。正如在图2 中可以看到的，放大器保持在饱和状态顺利进入下一个帧周期。因为放大器保持饱和进入下一个帧周期，所以从该帧周期产生的雷达数据(即，时间T4和T5之间)不能使用。因此，雷达接收器被有效地呈现暂时盲点，直到下一帧间周期(时间T5和T6之间)之后。该暂时盲点可以显著限制雷达的性能。应指出，这种类型的饱和分布仅仅是一个例子，而其它饱和曲线可以根据事件大小、持续时间和相关过滤器的时间常数发生。另外，应指出，问题在使用了非常快的调制方案的系统中更为突出，因为这些系统中的帧间周期比较短，因此饱和事件延伸到下一个帧周期的概率比较高。[〇〇31]现在转向图3,图300显示了提供了本发明所描述的实施例的雷达装置(例如，雷达装置100)的示例信号。具体地，图300显示了一个示例频率调制连续波(FMCW)雷达信号 (TX)、一个示例接收雷达信号(RX)、一个示例饱和检测信号(SD)、一个示例重置信号 (RESET)以及一个示例放大器输出信号(IF OUT)的频率。通常，饱和检测信号(SD)和重置信号(RESET)被用于指示一个检测饱和事件和重置一个过滤器(例如，过滤器单元106)以响应于一个检测饱和事件。
[0032]所示的所发射的雷达信号(TX)再次表示作为时间函数的发射信号频率。所接收的雷达信号(RX)再次表示在操作期间由雷达接收器(例如，雷达接收器104)接收并处理的信号。同样，放大器输出信号(IF OUT)再次表示雷达接收器(例如，雷达接收器104)中的放大器输出。
[0033]在图3中，在时间T2,导致事件的饱和再次在所接收的雷达信号(RX)中发生。具体地，在时间T2,所接收的雷达信号(RX)在一个显著负峰值之后经历一个显著正峰值。所接收的雷达信号(RX)中的峰值导致放大器(例如，放大器单元108)的暂时饱和，正如放大器输出信号(IF OUT)的上升所看到的。根据本发明所描述的实施例，该饱和由至少一个饱和检测器(例如，饱和检测器110)检测。作为响应，饱和检测器明确肯定饱和检测信号(SD)。饱和检测信号(SD)被提供给重置机构(例如，重置机构112)。作为响应，重置机构在检测到饱和事件之后的下一个帧间周期期间明确肯定重置信号(RESET)。正如上面所描述的，频率调制控制信号也可以被提供给重置机构并且被重置机构用于确定所接收的雷达信号(RX)的下一帧间周期的开始。在图3中，下一个帧间周期(TI)在时间T3开始，并且重置信号(RESET)之后被明确肯定。明确肯定RESET信号清除了过滤器单元(例如，过滤器单元106)，并使得雷达接收器准备好在开始了时间T4的下一个帧(TF)之前接收雷达信号。[〇〇34]过滤器单元的重置防止了饱和事件的影响持续进入下一各帧间周期(T3和T4之间)并进入下一个帧周期(从时间T4开始)。因为放大器在时间T4之后不再处于饱和，其中由下一个帧周期(T4和T5之间)生成的雷达数据截图在时间T4使用。因此，雷达接收器在帧周期之外没有盲点，其中饱和事件在该帧周期发生，并且雷达的性能得以保持。再次，这特别适用于雷达装置，该装置使用了具有相对短帧间周期的调制方案。这也特别适用于使用了调制方案的雷达装置，其中如果相比于雷达信号的反射和在接收器接收反射雷达信号之间的传播延迟，帧间周期不可忽略。[〇〇35]现在转向图4,图4示意性地显示了雷达装置400的另一个实施例。在本实施例中， 雷达装置400包括至少一个雷达发射器402、至少一个雷达接收器404、一组多个饱和检测器 410、一个重置机构412、一个控制器414、一个微控制器单元(M⑶)416、一个频率合成器418 和至少一个模-数转换器(ADC)420。每个雷达发射器402包括一个输入缓冲器430、一个相移单元432、一个输出缓冲器434、一个功率放大器436和天线438。每个雷达接收器404包括天线440、一个混频器442、一个第一高通过滤器444、一个第一可变增益放大器446、一个第二高通过滤器448和一个第二可变增益放大器450。[〇〇36]在图示的实施例中，雷达装置400包括两个雷达发射器402和四个雷达接收器404。 然而，应指出这仅仅是一个例子，而其它配置也是可能的。例如，在其它实施例中，四个雷达发射器402和六个雷达接收器404,或单个雷达发射器402和/或单个雷达接收器404都可以被使用。在任何这样的实施例中，所述一个或多个雷达发射器402被配置以发射一个雷达信号，并且所述一个或多个雷达接收器404被配置以接收雷达信号的一个反射。[〇〇37]频率合成器418产生一个振荡器信号(fLQ)，并且可能包括一个或多个振荡器、分频器、倍频器、一个相位比较器和/或环路过滤器或任何锁相环(PLL)排列。这种振荡器可以包括压控振荡器和/或数字控制振荡器。振荡器信号被提供给发射器402的输入缓冲器430。随后振荡器信号被提供给相移单元432,它在一定度数(A ￠)上位移振荡器信号的相位。例如，相移单元432可以配置以将振荡器信号位移180°。相移信号被提供给输出缓冲器434,并从那里提供给功率放大器436,该功率放大器将信号放大到一个电平，该电平适合于作为一个雷达信号由一个发射器天线438传输。[〇〇38]控制器414耦合于频率合成器418并且被配置以控制由频率合成器418产生的所发射的雷达信号的频率调制。因此，控制器414被配置以提供任何合适的频率调制方案，包括三角、锯齿波和频移键控。根据本发明所描述的实施例，控制器414还给重置机构412提供了频率调制控制信号。正如上面所描述的，频率调制控制信号可被重置机构412用于确定重置的定时，以便重置在帧间周期期间发生。
[0039]由天线438发射的雷达信号或可通过由物体反射，例如另一个车辆、行人或其它障碍物。所反射的雷达信号的一部分到达接收器天线440。所接收的天线信号被提供给混频器 442,在那里它与由频率合成器418产生的振荡信号(FL0)混合，以将所接收的信号下变频到一个中频。所得的中频信号被提供给第一高通过滤器444。所得的过滤信号被提供给第一可变增益放大器446,在被提供给第二高通过滤器448之前放大信号。这种重新过滤信号被提供给一个第二可变增益放大器450,在这之后信号被提供给模-数转换器420并且作为数字信号输出到MCU 416。应指出，虽然两个过滤器和两个放大器在雷达接收器404中被显示，但是这仅仅是一个例子，并且具有不同数量的过滤器和放大器的其它构造是可能的。
[0040]M⑶416接收这些数字信号，并且可以用于各种信号处理任务，例如但不局限于目标识别、目标距离和目标速度确定，并且产生控制信号。MCU 416或可例如被用于产生校准信号、接收数据信号、接收传感器信号、生成频谱整形信号(例如在FMCW雷达的情况下生成斜坡)和/或RF(射频)电路启用序列的状态机信号。
[0041]作为一个具体实施例，M⑶416可以包括一个计算距离单元，它基于所发射和所接收的信号之间所测的时间延迟计算到对象的一个距离。这样的距离计算单元也可以被配置以计算对象的相对速度。正如下面更详细解释的，距离信息可以用于确定重置信号的定时。 [〇〇42]在一些实施中，雷达装置400可以实现为单个集成电路，而在其它实施例中，不同的组件或可由单独集成电路来构成。[〇〇43] 每个所述组多个饱和检测器410耦合于至少一个雷达接收器404。通常，每个饱和检测器410被配置以检测雷达接收器404的相应放大器(例如，可变增益放大器446和450)中的饱和事件。响应于检测饱和事件，饱和检测器410明确肯定饱和检测信号(SD)，其被提供给重置机构412。重置机构412也耦合于至少一个雷达接收器404和控制器414,并且被配置以重置一个或多个过滤器(例如，高通过滤器444和448)以响应于明确肯定的饱和检测信号。具体地，重置机构412在调制的雷达信号的下一个帧间周期期间被配置以重置过滤器 444和448以响应于明确肯定的饱和检测信号。过滤器444和448的这种重置防止了放大器 446和450的饱和持续进入下一个帧间期间并进入下一个帧周期。由于放大器446和450不再在饱和进入下一个帧周期，从下一个帧周期产生的雷达数据都可以被使用。[〇〇44]在所示的实施例中，饱和检测器410分别耦合于相应的过滤器(例如，过滤器444和 448)的输入。在一个实施例中，每个饱和检测器410被配置以确定相应的放大器级(混频器或/和放大器)输出是否高于一个预定信号幅度水平，其中该预定信号幅度水平在一个水平处设置，该水平将指示饱和放大器级中的饱和(例如，放大器446和450、混频器442)。应注意，在这个例子中，混合器442可以被认为是一个放大器级，因为混合器442通常可以包括一个具有一定转换增益的有源混频器。这种饱和检测器详细例子将参照图6和7在下面进行讨论。[〇〇45] 现在转向图5,图5示意性地显示了雷达装置500的另一个实施例。该实施例相似于雷达装置400的实施例，但在几个显着方面也有不同之处。例如，雷达装置500包括单个接收器和发射器，控制器和重置机构被实现为一个MCU的一部分，并且饱和检测器被实现为雷达接收器的一部分。[〇〇46] 雷达装置500包括一个雷达发射器502、一个雷达接收器504、一个低通过滤器515、 一个微控制器单元(MCU)516和一个频率合成器518。雷达发射器502包括一个输入缓冲器 530、一个相移单元532、一个输出缓冲器534、一个功率放大器536和天线538。雷达接收器 504包括天线540、一个混频器542、一个第一高通过滤器544、一个第一可变增益放大器546、 一个第二高通过滤器548、一个第二可变增益放大器550和饱和检测器510 J⑶516包括一个控制器560、一个重置机构562、存储器564、一个数-模转换器(DAC) 566和一个模-数转换器(ADC)568。在此实施例中，低通过滤器515用于限制提供给MCU 516的信号的带宽。
[0047]如上所述，在此实施例中，所述组多个饱和检测器510被实施为雷达接收器504的一部分。同样，每个所述组多个饱和检测器510被配置以检测相应的放大器、放大器级或雷达接收器504级中的饱和事件(例如，混频器542、可变增益放大器556和550)。响应于检测饱和事件，饱和检测器510明确肯定被提供给MCU 516，具体被提供给重置机构562的饱和检测信号(SD)。重置机构被配置以生成一个复位信号以响应于一个明确肯定的饱和检测信号 (SD)，并且具有至少部分地由来自控制器560的频率调制控制信号确定的定时。重置机构 562还耦合于雷达接收器504,并且被配置以通过重置信号重置高通过滤器544和548。重置机构562也耦合于低通过滤器515,并且被配置以通过重置信号重置低通过滤器515。
[0048]具体地，重置机构562在所调制的雷达信号的下一个帧间周期期间被配置以重置过滤器544、548和515以响应于明确肯定的饱和检测信号。过滤器544、548和515的这种重置再次防止了放大器546和550继续进入下一个帧间期间并进入下一个帧周期，从而保证从下一个帧周期产生的雷达数据被使用。再次，这种饱和检测器实施的详细例子将参照图6和7 在下面进行讨论。[〇〇49] 现在转向图6,图6显示了一个示例饱和检测器600。饱和检测器600是一个可以被用于上述的任何各种实施例的实现的一个例子(例如，任何一个饱和检测器11〇、410、510)。 所示的饱和检测器600包括一个预处理元件602、比较器604，606，608，610，0R逻辑612、脉冲延伸器614和阈值发生器616。预处理元件602被配置为耦合于雷达接收器(例如，雷达接收器104、404和505)以输入所接收的雷达信号。正如图4和5所示的，这种饱和检测器600可以耦合于位于任何许多不同位置的雷达接收器。例如，位于雷达接收器中的各种过滤器或放大器中的输入。
[0050]在所示实施例中，所接收的雷达信号是一个差分信号的形式，其中正负信号支架被施加到预处理元件602。在一个实施例中，预处理元件602被配置以执行一个共模提取，该提取确定了差分雷达信号的正负共模等效电压。在一些实施例中，预处理元件602还可以包括一个被配置以将差分信号衰减到用于这种共模电压提取的一个适当水平。[0〇51 ] 正负共模等效电压分别被提供给比较器604和606。比较器604和606将正负共模等效电压与一个由阈值发生器616所提供的阈值电压VT进行比较。在一个典型的实施例中，阈值电压VT被设置在一个高于正常共模输入电压的预定水平，以便比较器604可以检测到高于该水平的异常共模等效电压。当如此配置时，比较器608和610的输出将跟踪超出阈值电压VT的任何正和/或负差分输入电压。还应指出，在一些实施例中，阈值电压发生器616被配置为一个可以施加不同阈值电压VT的可变阈值电压发生器。在这种实施例中，控制输入可以用于编程阈值电压发生器616以提供适当的阈值电压VT。[〇〇52]在一个实施例中，比较器604和606都是快速异质结双极晶体管(HBT)，其能够在相对高的雷达信号频率进行操作。比较器604和606的输出耦合于比较器608和610。比较器608 和610将输出与一个基准电压VREF进行比较，并且在一个实施中，可以通过相对慢的CMOS比较器来实现。比较器608和610的输出耦合于0R逻辑612。在这种配置中，比较器508和610表正和/或负侧的饱和，并且0R逻辑612的输出给脉冲延伸器614提供单一输出。通常，脉冲延伸器614被用于延长比较器608和610的输出脉冲，因为非常窄的脉冲可能不被重置机构(例如，重置机构112、412、562)可靠地捕获或检测。例如，脉冲延伸器614可以被配置以将窄的脉冲(例如5ns宽)拉伸到70ns的宽脉冲。在本实施例中，脉冲延伸器614将输出饱和检测(SD)信号作为一系列相对宽的脉冲，每个脉冲对应于一个检测饱和事件。在一个实施例中， 脉冲延伸器614通过一个单稳态闩来实现，但是其它实现也是可能的。[〇〇53]正如图4和5所示，在一个典型的实现中，多个饱和检测器将被用于每个雷达接收器，并且在许多情况下，雷达装置可以包括多个雷达接收器。在这样的实施例中，多个饱和检测器可以被组合以产生一个共同饱和检测(SD)信号，它被明确肯定以响应于识别了一个饱和事件的任何单独饱和检测器。转向图7,图7显示了一个示例饱和检测器700组。在该实现中，该饱和检测器700组包括四个独立的饱和检测器600,其中它的输出通过使用0R逻辑 702被组合。每个饱和检测器600包括三个输入，以及对应于图6中所示的输入和输出的输出。随后所得的饱和检测器(SD)信号可以被用于指示在四个单独饱和检测器600中的任何一个中检测的饱和事件。这是一个示例实现，并且在典型的实施例中，饱和检测器700组可以包括更多或更少这样的饱和检测器600,其中该数量通常取决于在雷达接收器架构中使用的接收器和放大器级的数量。此外，附加技术可以用于组合饱和检测器600的输出以产生组合的饱和检测(SD)信号。
[0054]如上所述，重置机构被配置以重置至少一个过滤器以响应于由这样的组合饱和检测(SD)信号所指示的检测饱和事件。通常，重置机构将产生一个重置信号(RESET)以响应于饱和检测信号，并且选择定时，以便所得到的过滤器的重置在下一个帧间周期期间发生。
[0055]频率调制控制信号被提供给重置机构，并且用于指示所发射的雷达信号的帧间周期的开始。然而，正如上面所指出的，期望在所接收的雷达信号的帧间期间执行重置。通常， 位于所发射的信号的帧间周期的开始和所接收的信号的帧间周期的开始之间的时差等于所发射和所接收的信号之间的传播延迟。因此，在一些实施例中，重置机构在频率调制控制信号指示的帧间周期开始之后给重置信号产生一个延迟时间，其中选择延迟量以对应于位于所发射和所接收的信号之间的传播延迟，从而确保重置在所接收的雷达信号的帧间周期期间发生。[〇〇56]在一个第一实施例中，延迟周期的长度被设置为一个预定固定值。例如，该延迟被固定在一个基于所发射和所接收的雷达信号之间的估算平均或最大传播。当被添加到由频率调制控制信号提供的所发射的雷达信号的帧间周期的开始时间时，这样一个固定延迟量将估算所接收的雷达信号的帧间周期的开始时间。在本实施例中，估算平均或最大传播延迟可以从雷达装置的平均或最大范围来确定。因此，具有较长范围能力的雷达装置通常使用较大的延迟，以确保重置在所接收的帧间周期发生。这样的固定延迟因此可以用于准确地确定何时应该进行过滤器重置。[〇〇57]在一个第二实施例中，延迟周期的长度被动态地确定。例如，延迟可以基于到当前检测对象的计算距离以及从当前检测对象的传播延迟以及到检测对象的传播延迟被动态地确定。例如，延迟可以基于到附近的汽车或行人的计算距离被动态地确定。在这种情况下，MCU可以计算到当前检测物体的距离，并且给重置机制提供所计算的距离。重置机构可以基于该距离估算位于所发射和所接收的雷达信号之间的传播延迟量。作为一个例子，一个更接近的对象将导致所接收的雷达信号比更远的对象有较少的传播延迟。当加入到由频率调制控制信号提供的所发射的雷达信号的帧间周期的开始时间时，这样一个动态确定的延迟时间将估算所接收的雷达信号的帧间周期的开始时间。这样一个动态确定的延迟周期可以添加到由频率调制控制信号所提供的时间以准确地确定何时应该进行过滤器的重置。
[0058]由重置机构执行的过滤器重置可以使用多种技术完成。通常，将实现这样的重置以基本上补偿饱和事件的影响，并在下一个帧周期之前恢复接收器(包括各种过滤器和放大器)操作条件。例如，一个过滤器可以通过选择性地将过滤器连接到地面或其它合适电压来重置。这样的实施例可以使用一个开关或其它机构以选择性地将过滤器连接到合适电压以响应于重置信号。在其它实施例中，过滤器可以通过选择性地短路通过过滤器中的一个或多个电容器来重置。例如，一个过滤器可以通过提供一个穿过电容器的开关电阻器来重置，其中开关被用于选择性地闭合穿过电阻器的路径以响应于重置信号。每个示例可以适用于雷达接收器中的各种类型的过滤器，包括高通、低通和带通过滤器。[〇〇59] 现在转向图8,图8显示了用于选择重置的过滤器800的电路图。过滤器包括一个电容器802、电阻器804和806以及晶体管808。在该所示的例子中，过滤器800是一个高通过滤器。因此，过滤器800是可以用于图4和5的雷达接收器中的过滤器类型的例子。具体地，过滤器800是可以用于高通过滤器444、448、544和/或548的过滤器类型。通常，电容器802和电阻器804提供高通过滤，而电阻器806和晶体管808提供重置功能。具体地，晶体管808操作为开关器件并且电阻器806是一个开关电阻。在一个示例实现中，电阻器804显著比电阻806大， 并且晶体管808是场效应晶体管(FET)。
[0060]在正常操作期间，RESET信号为低，并且晶体管808将处于关闭并且不导通。因此， 在正常操作期间，没有显著电流流过电阻器806和晶体管808,并且高通过滤器的操作没有受到显著影响。然而，当RESET信号被驱动为逻辑电平高(或明确肯定)时，晶体管808导通， 并且电流流过电阻器806和晶体管808。由于电阻器806的电阻相比于电阻器804的电阻相对较低，所以切换晶体管808有效地减小了过滤器800的等效时间常数。换句话说，电容器802 的输出节点将朝向电压V0，其中电压V0可以是放大器输入级的偏置电压。这有效地从电容器802的节点清除电荷，从而清除了电容器802并且重置过滤器800。换句话说，重置从电容器802清除了多余的电压，并将电容器802返回到它的初始电压值。
[0061]应指出，图8所示的过滤器800仅仅是用于雷达装置的过滤器类型的一个例子。此夕卜，电阻器806和晶体管808仅仅是这样一个过滤器如何被配置为重置的一个例子。过滤器的其它例子可以为美国专利US6795006(Delight等人)中发现的重置所配置。[0062 ]在一个实施例中，提供了一个雷达装置，包括:至少一个被配置以发射一个雷达信号的发射器单元;至少一个被配置以接收所述雷达信号的一个反射的接收器单元;所述接收器单元包括至少一个被配置以过滤所述接收的雷达信号的过滤器单元以及至少一个被配置以放大所述接收的雷达信号的放大器单元;一个耦合于所述至少一个放大器单元并且被配置以检测所述至少一个放大器单元的一个饱和事件的饱和检测器；以及一个被配置以重置所述至少一个接收器单元以响应于一个检测的饱和事件的重置机构。
[0063]在另一个实施例中，提供了一个雷达装置，包括至少一个发射器单元，所述至少一个发射器单元被配置以发射一个雷达信号，其中所述雷达信号是一个被帧周期和帧间周期调制的调频连续波(FMCW)信号；至少一个接收器单元，所述至少一个接收器单元被配置以接收所述雷达信号的一个反射，并且所述至少一个接收器单元包括至少一个被配置以过滤所述接收的雷达信号的过滤器单元以及至少一个被配置以放大所述接收的雷达信号的放大器单元；
[0064]—个耦合于所述至少一个过滤器单元并且被配置以检测所述至少一个放大器单元的一个饱和事件以及明确肯定一个饱和检测信号以响应于所述检测的饱和事件的饱和检测器；以及一个被配置以接收所述饱和检测信号和一个频率调制控制信号的重置机构， 所述频率调制控制信号指示下一个帧间周期的开始，所述重置机构被配置以在所述指示所述下一个帧间周期的开始之后重置所述至少一个过滤器单元以响应于在一个当前帧周期中明确肯定的所述饱和检测信号。
[0065]在另一个实施例中，提供了一种方法，所述方法包括步骤:在一个接收器单元接收一个雷达信号的一个反射，所述接收器单元包括至少一个被配置以过滤所述接收的雷达信号的过滤器单元以及至少一个被配置以放大所述接收的雷达信号的放大器单元;检测所述至少一个放大器单元的一个饱和事件；以及重置所述接收器单元的所述至少一个过滤器单元以响应于一个检测饱和事件。
[0066]上述描述的实施例可以以多种方式实现。例如，上述描述的技术可以在一个示例非短暂有形计算机可读存储介质上实现。例如，计算机可读介质可以是一个硬盘、固态存储器、闪存存储器等等，并且或可是非可读或可读，这种存储介质可以存储指令，这些指令允许处理器执行一种操作一个本发明所定义的雷达装置的方法。[〇〇67]特别地，指令允许处理器执行一种操作一个雷达装置的方法，所述方法包括在一个接收器单元接收一个雷达信号的一个反射，所述接收器单元包括至少一个被配置以过滤所述接收的雷达信号的过滤器单元以及至少一个被配置以放大所述接收的雷达信号的放大器单元;检测所述至少一个放大器单元的一个饱和事件；以及重置所述接收器单元的所述至少一个过滤器单元以响应于一个检测饱和事件。
[0068]本发明因此还或可在一个计算机程序上实现以在计算机系统上运行，，当在一个可编程装置上运行时，例如一个计算机系统上运行时，至少包括用于执行根据本发明所述的方法步骤的代码部分或使可编程装置执行根据本发明的装置或系统的功能。计算机程序可能例如包括一个或多个:一个子程序、一个函数、一个程序、一个对象方法、一个对象实现、一个可执行的应用程序、一个小程序、一个小服务程序、一个源代码、一个对象代码、一个共享库/动态装载库和/或设计用于在一个计算机系统上的执行的其它指令序列。
[0069]在前面的说明中，参照本发明实施例的特定例子已经对本发明进行了描述。然而， 很明显各种修改和变化或可在不脱离附属权利要求中所陈述的本发明的宽范围精神及范围的情况下被做出。例如，本发明所讨论的连接或可是任何类型的连接。该连接适于将信号传输到各自的节点、单元或器件，例如通过穿孔中间器件。[〇〇70]因此，除非暗示或说明，连接，例如，可能是直接连接或间接连接。然而，其它修改、 变型和替代也是可能的。因此，说明书以及附图被认为是一个说明性而不是一个狭义性的。
[0071]虽然例子参照FMCW雷达被描述，但是其它类型的雷达也或可被使用。此外，虽然例子在汽车雷达系统的背景下被描述，但是这些也或可被用于其它类型的雷达。在功能上形成单独装置的器件或可被集成在单个物理装置中。而且，单元和电路或可适当地组合在一个或多个半导体装置中。即，雷达装置或可被实现为单个集成电路，或多个集成电路。
[0072]在权利要求中，放置在括号之间的任何参考符号不得被解释为限定权利要求。单词“包括”不排除其它元素或随后在一个权力要求中列出的那些步骤的存在。此外，本发明所用的“a”或“an”被定义为一个或多个。并且，在权利要求中所用词语如“至少一个”以及 “一个或多个”不应该被解释以暗示通过不定冠词“a”或“an”引入的其它权利要求元素限定任何其它特定权利要求。所述特定权利要求包括这些所介绍的对发明的权利元素，所述权利元素不仅仅包括一个这样的元素。即使当同一权利要求中包括介绍性短语“一个或多个” 或“至少一个”以及不定冠词，例如“a”或“an”。使用定冠词也是如此。除非另有说明，使用术语如“第一”以及“第二”是用于任意差分这些术语描述的元素的。因此，这些术语不一定表示时间或这些元素的其它优先次序。某些措施在相互不同的权利要求中被列举的事实并且不表示这些措施的组合不能被用于获取优势。[〇〇73]说明书和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等等是用于区分元件，而不一定用于描述一个特定结构、顺序或时间顺序。应了解术语在这种用法在适当的情况下是可以互换的。此外，术语“包括”、“包含”、“有”一起其中的变体都旨在涵盖非排他性关于特定实施例的好处、其它优点以及问题的解决方法在上述已被描述。然而，可能引起任何好处、优点或解决方法发生或变得更加显著的好处、优点、问题的解决方法以及其它元件不被解释为任何或所有权利要求的批评的、必需的、或本质特征或元件。正如本发明所使用的，术语“包括“或其任何其它变化形式旨在涵盖非排他性内容，以便包括一列元件的一个过程、方法、物件、或器具不一定限定于这些元件，但可能包括其它没有明确列出的或是这个过程、方法、物件、或器具固有的元件。正如本发明所使用的，术语“親合”被定义为直接或间接连接的电气或非电气方式。[〇〇74]虽然本发明主题的原则已经结合特定系统、装置和方法在上面被描述，应清楚地了解，该描述仅仅是通过例子的方式，而不是对本发明的主题范围的一个限定。本发明所讨论的以及附图中所说明的各种功能或处理模块或可在硬件、固件、软件或其中的任合组合中被实施。另外，本发明所使用的措辞或术语是为了描述而不是限定。
[0075]对特定实施例的上述描述充分揭示了本发明的一般特性，其他人可以通过运用当前知识，在不脱离一般概念的情况下很容易地对其进行修改和/或调整以适合各种应用。因此，这些调整和修改是在本发明实施例的意图和等同物范围中进行的。本发明主题包含所有这些替代物、修改、等值物、以及在附加权利要求的精神和宽范中的变化。
【主权项】
1.一个雷达装置包括:至少一个被配置以发射一个雷达信号的发射器单元；至少一个被配置以接收所述雷达信号的反射的接收器单元；其中所述接收器单元包括至少一个被配置以过滤所述接收的雷达信号的过滤器单元 以及至少一个被配置以放大所述接收的雷达信号的放大器单元；耦合于所述至少一个放大器单元并且被配置以检测所述至少一个放大器单元的饱和 事件的饱和检测器；以及被配置以重置所述至少一个接收器单元以响应于检测的饱和事件的重置机构。2.根据权利要求1所述的雷达装置，其中所述至少一个发射器单元被配置以通过帧周 期和帧间周期调节所述雷达信号并且其中所述重置机构被配置以重置所述接收器单元的 所述至少一个过滤器单元以在下一个帧间周期期间重置所述至少一个过滤器单元以响应 于所述检测的饱和事件。3.根据权利要求2所述的雷达装置，其中所述至少一个发射器单元被配置以在所述帧 周期期间将所述雷达信号的频率增加到初始频率值和较高频率值之间并且在帧间周期期 间将所述雷达信号的所述频率减小到所述初始频率值。4.根据权利要求2所述的雷达装置，其中所述至少一个发射器单元被配置以在帧周期 期间将所述雷达信号的频率减小到一个初始频率值和一个较低频率值之间并且在帧间周 期期间将所述雷达信号的所述频率增加到所述初始频率值。5.根据权利要求1所述的雷达装置，其中所述饱和检测器被配置以从所述接收的雷达 信号提取一个共模电压并且将所述提取的共模电压与一个阈值电压进行比较以检测所述 至少一个放大器单元中的饱和事件。6.根据权利要求1所述的雷达装置，其中所述接收的雷达信号是差分雷达信号，并且其 中所述饱和检测器被配置以从所述差分雷达信号提取正的共模等效电压和负的共模等效 电压，并且其中饱和检测器还被配置以将所述正的共模等效电压和可变阈值电压进行比较 以及将所述负的共模等效电压和所述可变阈值电压进行比较以检测饱和事件。7.根据权利要求1所述的雷达装置，其中所述至少一个过滤器单元包括一个电容器，并 且其中所述重置机构被配置以通过从所述电容器移除过量的电荷来重置所述至少一个过 滤器单元。8.根据权利要求1所述的雷达装置，其中所述至少一个过滤器单元包括一个电容器、一 个电阻器和与开关电阻器串联的开关装置，其中所述开关电阻器具有比所述电阻器小的电 阻值，并且其中所述重置机构耦合于所述开关装置以及被配置以通过接通所述开关装置来 重置所述至少一个过滤器单元以减小所述至少一个过滤器单元的等效时间常数。9.根据权利要求1所述的雷达装置，其中所述重置机构还被配置以接收频率调制控制 信号，所述频率调制控制信号指示位于所述发射的雷达信号中的帧间周期的开始。10.根据权利要求9所述的雷达装置，其中所述重置机构被配置以在所述指示位于所述 发射的雷达信号中的所述帧间周期的开始之后的延迟时间之后重置所述接收器单元的所 述至少一个过滤器单元。11.根据权利要求10所述的雷达装置，其中所述延迟时间是基于位于所述雷达装置的 最大范围处的传播延迟的预定固定时间。12.根据权利要求10所述的雷达装置，其中所述雷达装置还被配置以确定到检测对象 的距离，并且其中所述延迟时间是基于到对象的确定距离以及在所述确定的距离处的传播 延迟的动态确定时间。13.—种操作雷达装置的方法包括:在接收器单元接收雷达信号的反射，所述接收器单元包括至少一个被配置以过滤所述 接收的雷达信号的过滤器单元以及至少一个被配置以放大所述接收的雷达信号的放大器 单元；检测所述至少一个放大器单元中的饱和事件；以及重置所述接收器单元的所述至少一个过滤器单元以响应于检测到的饱和事件。14.根据权利要求13所述的方法，还包括发射所述雷达信号，并且其中所述发射所述雷 达信号包括通过帧周期和帧间周期调制所述雷达信号，并且其中重置所述接收器单元的所 述至少一个过滤器单元以响应于所述检测到的饱和事件的步骤包括在下一个帧间周期期 间重置所述至少一个过滤器单元。15.根据权利要求14所述的方法，其中检测所述至少一个放大器单元中的所述饱和事 件的步骤包括从所述接收的雷达信号提取共模电压并且将所述提取的共模电压与阈值电 压进行比较。
【文档编号】G01S13/32GK105988110SQ201610109422
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】克里斯蒂安·帕瓦奥莫雷拉, 比拉玛·贡巴拉, 多米尼克·德尔贝克
【申请人】飞思卡尔半导体公司