本发明属于雷达技术，更具体地涉及雷达系统及其泄漏信号抵消电路和方法。
背景技术：
雷达是利用电磁波探测物理的电子设备。在工作时，雷达发射射频信号，以及检测从物体上反射的回波，从而可以判断物体的距离等信息。随着智能设备的发展，小型雷达在民用领域的应用越来越广泛。毫米波雷达系统有响应快，精度高，全天候工作，灵活性高等特点，已经广泛的应用于障碍规避、探测、智能巡航等领域。例如，车载雷达已经广泛地用于各种车辆，用于提醒障碍物的距离。
车载雷达最常见的一种调制方式是采用调频连续波信号。通过发射与接收调频连续波信号可以同时探测距离和速度信息。由于发射机与接收机必须同时工作，发射端的雷达调频连续波信号会不可避免的泄漏到接收端，并进一步通过混频产生零中频或低中频信号。该泄漏信号产生在低频附近，它会直接干扰近距离物体的探测，产生雷达近距离的盲区。此外，泄漏信号如果幅度较大也将降低接收基带电路的线性度和噪声系数，甚至饱和基带接收机。因此，如何抵消从发射机至接收机的泄漏信号成为提高接收灵敏度和减小雷达盲区的关键。
在现有的雷达系统中，通过物理地分离发射机与接收机来抑制从发射机至接收机的信号泄漏，或者通过提高发射天线与接收天线的隔离度来抑制从发射机至接收机的信号泄漏。然而，该泄漏信号抑制方法基于物理分离，不仅增加雷达系统的尺寸，而且只能一定程度上减小泄漏信号的强度。
因此。期望进一步实现雷达系统的小型化以及改善泄漏信号的抑制效果。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供用于雷达系统的泄漏信号抵消电路，其中采用控制码预先设置补偿电流的大小，在调频连续波的包络信号大于预定阈值时，将补偿电流叠加在中频信号上，以简化电路结构，以及提高泄漏信号修正的准确性，从而改善泄漏信号的抑制效果。
根据本发明的第一方面，提供一种用于雷达系统的泄漏信号抵消电路，所述雷达系统的接收机包括混频器，用于将接收信号与调频连续波混合以产生中频信号，所述泄漏信号抵消电路包括：多个电流支路，所述多个电源支路分别在控制码的位数据控制下启用，从而产生与所述控制码的位权重相对应电流权重的输出电流，其中，在所述调频连续波的包络信号小于预定阈值时，所述多个电流支路提供的输出电流均为零，在所述调频连续波的包络信号大于预定阈值时，所述多个电流支路提供的输出电流叠加在所述中频信号上，所述多个电流支路提供的输出电流之和形成与所述控制码的数值相对应的补偿电流，从而至少部分地抵消所述调频连续波信号从发送机至接收机的泄露信号。
优选地，所述混频器包括第一输出端和第二输出端，所述中频信号是在所述第一输出端和所述第二输出端之间提供的差分信号，所述多个电流支路分别包括：第一电流源和第二电流源，用于产生与所述电流权重相应数值的恒定电流；第一晶体管和第二晶体管，所述第一电流源从供电端分别经由所述第一晶体管和所述第二晶体管连接至所述第一输出端和所述第二输出端；以及第三晶体管和第三晶体管，所述第二电流源分别经由所述第三晶体管和所述第四晶体管将所述第一输出端和所述第二输出端连接至地，其中，在工作过程中，所述第一电流源和所述第二电流源根据所述控制码的位数据启用或禁用，所述第一晶体管和所述第二晶体管始终处于导通状态，所述第三晶体管和所述第四晶体管分别根据彼此互补的第一选择信号和第二选择信号导通。
优选地，在系统调试阶段或上电时，设置所述控制码的数值以及所述第一选择信号和所述第二选择信号的电平。
优选地，所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极连接至恒定的偏置电压。
根据本发明的第二方面，提供一种用于在雷达系统中抵消从发送机至接收机的泄漏信号的方法，所述接收机将接收信号与调频连续波混合以产生中频信号，所述方法包括：采用控制码的位数据控制多个电流支路，在所述多个电流支路分别产生与所述控制码的位权重相对应电流权重的输出电流；以及将所述多个电流支路提供的输出电流叠加至所述中频信号上，其中，在所述调频连续波的包络信号小于预定阈值时，所述多个电流支路提供的输出电流均为零，在所述调频连续波的包络信号大于等于预定阈值时，所述多个电流支路提供的输出电流之和形成与所述控制码的数值相对应的补偿电流，从而至少部分地抵消所述泄露信号。
优选地，所述中频信号是在混频器的第一输出端和第二输出端之间提供的差分信号，在所述多个电流支路中产生所述输出电流的步骤包括：采用第一电流源和第二电流源产生与所述电流权重相应数值的恒定电流；根据所述控制码的位数据启用或禁用所述第一电流源和所述第二电流源；根据所述调频连续波的包络信号控制所述多个电流支路的输出电流。
优选地，控制所述多个电流支路的输出电流包括：根据所述调频连续波的包络信号产生彼此互补的第一选择信号和第二选择信号；以及采用所述第一选择信号和所述第二选择信号，分别控制第一路径和第二路径的导通和断开状态，所述第一路径依次经由所述第一电流源、所述第一输出端和所述第二电流源，所述第二路径依次经由所述第一电流源、所述第二输出端和所述第二电流源，其中，在所述调频连续波的包络信号小于预定阈值时，所述第一路径和所述第二路径均断开，在所述调频连续波的包络信号大于等于预定阈值时，所述第一路径和所述第二路径之一导通且另一个断开，从而向所述第一输出端和所述第二输出端之一提供所述恒定电流。
优选地，还包括：在系统调试阶段或上电时设置所述控制码的数值以及所述第一选择信号和所述第二选择信号的电平。
优选地，设置所述第一选择信号和所述第二选择信号的步骤包括：将所述包络信号的差分信号分离成所述第一选择信号和所述第二选择信号。
优选地，还包括：根据预设的互补控制信号，在分离时反转所述第一选择信号和所述第二选择信号的电平。
根据本发明的第三方面，提供一种雷达系统，包括：发送机，用于根据调频连续波产生发送信号，经由发射天线发射电磁波；以及接收机，用于经由接收天线接收来自物体的反射电磁波，以产生接收信号以获取物体的距离信息，所述接收机包括：混频器，用于将所述接收信号与所述调频连续波混合以产生中频信号，以及根据中频信号的频率获取所述距离信息；以及上述的泄漏信号抵消电路。
优选地，所述接收机还包括极性选择电路，用于将所述调频连续波的包络信号的差分信号分离成第一选择信号和第二选择信号，以及根据预设的互补控制信号，在分离时反转所述第一选择信号和所述第二选择信号的电平。
优选地，所述极性选择电路包括：第三输入端和第四输入端，用于接收所述包络信号；第三输出端和第四输出端，分别用于提供所述第一选择信号和所述第二选择信号；第五晶体管和第六晶体管，二者的输入端共同连接至第三输入端，输出端分别连接至第三输出端和第四输出端；以及第七晶体管和第八晶体管，二者的输入端共同连接至第四输入端，输出端分别连接至第三输出端和第四输出端，其中，所述互补控制信号控制所述第五至第八晶体管的导通状态，使得在所述第五晶体管和第八晶体管导通时，所述第六晶体管第七晶体管断开，以及在所述第六晶体管和第七晶体管导通时，所述第五晶体管第八晶体管断开。
优选地，还包括：包络信号产生电路，连接至所述发送机的功率放大器的输出端，或者所述接收机的前置放大器的输出端，用于根据所述调频连续波产生相应的包络信号。
优选地，所述包络信号采用锁相环实现输出信号与所述调频连续波的频率和相位锁定，并且采用内部的控制电压来模拟所述调频连续波的包络，从而获得所述包络信号。
根据本发明实施例的泄漏信号抵消电路及方法，其中采用控制码预先设置补偿电流的大小，在调频连续波的包络信号大于预定阈值时，将补偿电流叠加在中频信号上，从而抵消所述调频连续波信号从发送机至接收机的泄露信号。该抵消电路可以简化电路结构，以及提高泄漏信号修正的准确性，从而改善泄漏信号的抑制效果，以及提高接收机灵敏度，去除由于泄漏造成的距离检测盲区。
在优选的实施例中，采用互补控制信号设置所述第一选择信号和所述第二选择信号的电平，从而设置补偿电流的极性。该泄漏信号抵消电路根据预先的测试结果设置补偿电流的大小和极性，补偿电流叠加在中频信号上，并且与中频信号中混入的泄漏信号的极性相反，幅值大致相等，从而可以进一步提高泄漏信号修正的准确性，从而改善泄漏信号的抑制效果。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，
图1示出根据现有技术的雷达系统的示意性框图。
图2示出根据现有技术的雷达系统中接收机的示意性框图。
图3示出根据本发明实施例的雷达系统中接收机的示意性框图。
图4示出根据本发明实施例的雷达系统中包络信号产生电路的示意性框图。
图5示出根据本发明实施例的雷达系统中极性选择电路和泄漏信号抵消电路的示意性框图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
图1示出根据现有技术的雷达系统的示意性框图。雷达系统100包括发射机110和接收机120。发射机110包括调频连续波产生模块111、压控振荡器112、功率放大器113和发射天线114。接收机120包括低噪声放大器121、混频器122、跨阻放大器123和接收天线124。
在发射机110中，调频连续波产生模块111产生频率随时间周期性变化的控制信号vctrll。压控振荡器112根据控制信号vctrl产生频率随时间周期性变化的连续波信号。功率放大器113将连续波信号放大之后经由发射天线114向外部的物体发射电磁波。
在接收机120中，接收天线124从外部接收来自物体的反射电磁波，从而获得接收信号。低噪声放大器121对接收信号进行放大后，在混频器122中与连续波信号混合以产生中频信号。跨阻放大器123对该中频信号进行放大以获得用于表征物体距离的感测信号。
上述雷达系统100的工作原理是通过测量中频信号的频率来获取物体的距离信息。例如，中频信号的频率越高，则表明物体的距离越远。反之亦然。
如图1所示，调频连续波信号的泄漏途径包括天线间耦合和芯片间耦合。由于信号链路上的模块的频率响应不完全平坦，调频连续波信号的输出幅度会随频率变化而变化，因此产生包络信号。该泄漏的调频连续波信号经混频之后将在接收基带产生包络泄漏信号。该包络泄漏信号将被跨阻放大器123放大。接收基带通常会采用高通滤波器均衡不同距离发射物体的信号强度，此高通滤波器在一定程度上衰减包络泄漏信号，但泄漏信号仍将影响跨阻放大器123的动态范围，甚至饱和接收基带电路。
图2示出根据现有技术的雷达系统中接收机的示意性框图。
在图1所示的基础上，图2示出进一步改进的接收机220。接收机220包括低噪声放大器121、混频器122、跨阻放大器123、高通滤波器125、可变增益放大器126和接收天线124。
在接收机220中，跨阻放大器123对中频信号进行放大以获得用于表征物体距离的感测信号之后，高通滤波器125用于滤除感测信号的低频噪声。可变增益放大器126进一步放大感测信号。在接收电路220中，调频连续波泄漏信号通过混频器122产生包络信号并且经跨阻放大器123放大，从而形成从发射机至接收机的信号泄漏。
在上述图2所示的接收机220中，采用高通滤波器125可以一定程度地抑制调频连续波泄漏信号中的低频分量。然而，上述现有的泄漏信号抑制方法只能一定程度上减小泄漏信号的强度。
图3示出根据本发明实施例的雷达系统中接收机的示意性框图。
接收机320包括低噪声放大器121、混频器122、跨阻放大器123、高通滤波器125、可变增益放大器126、包络信号产生电路127、极性选择电路128、泄漏信号抵消电路129、和接收天线124。
在接收机320中，接收天线124从外部接收来自物体的反射电磁波，从而获得接收信号。低噪声放大器121对接收信号进行放大后，在混频器122中与连续波信号混合以产生中频信号。包络信号产生电路127产生调频连续波的包络信号。该包络信号经由极性选择电路128选择补偿极性，然后在泄漏信号抵消电路129中与中频信号相叠加，以获得校正信号。跨阻放大器123对校正信号进行放大以获得用于表征物体距离的感测信号。高通滤波器125用于滤除感测信号的低频噪声。可变增益放大器126进一步放大感测信号。
在上述图3所示的接收机320中，采用高通滤波器125可以一定程度地抑制调频连续波泄漏信号中的低频分量。进一步进，采用包络信号产生电路127、极性选择电路128和泄漏信号抵消电路129可以进一步减小调频连续波泄漏信号的幅值。
在该实施例中，包络信号产生电路127作为接收机的一部分，例如位于接收机的lo前置放大电路的输出端。在替代的实施例中，包络信号产生电路127可以作为发射机的一部分，例如位于发射机的pa输出端。
图4示出根据本发明实施例的雷达系统中包络信号产生电路的示意性框图。包络信号产生电路127可检测调频连续波的包络信号。该包络信号产生电路127包括鉴频鉴相器1271、电流源1272和1273、低通滤波器1274、压控振荡器1275、n分频器1276、运算放大器1278。
鉴频鉴相器1271接收输入信号ref和反馈信号fb之间的相位差，将其转换成控制信号以控制电流源1272和1273的电流值，从而产生误差信号err。该误差信号err经低通滤波器1274滤波后，形成压控振荡器1275的控制电压，从而控制压控振荡器1275的输出信号so的频率。
运算放大器1278的同相输入端连接至低通滤波器1274与压控振荡器1275的中间节点，以接收控制电压，反相输入端与输出端相连接，从而形成跟随器。在所述运算放大器1278的输出端提供所述包络信号。
n分频器1276连接在压控振荡器1275和鉴频鉴相器1271之间的反馈环路上，从而根据压控振荡器1275的输出信号产生反馈信号fb，并且提供至鉴频鉴相器1271。
在工作过程中，当输出信号的频率成比例地反映输入信号的频率时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值。包络信号产生电路127的输入信号ref为调频连续波信号ref，输出信号为包络信号env。该包络信号env与调频连续波信号ref的频率和相位锁定。由于毫米波信号的包络随频率而变化，而信号频率由锁相环内部控制vco的控制电压决定，因此调频连续波的包络信号env可以由控制电压来模拟。
图5示出根据本发明实施例的雷达系统中极性选择电路和泄漏信号抵消电路的示意性框图。在该实施例中，包络信号env经极性选择电路128选择极性之后产生互补的选择信号sel1和sel2，提供至泄漏信号抵消电路129。泄漏信号抵消电路129将与包络信号env相对应的补偿电流与中频信号相叠加。在该实施例中，混频器122提供的中频信号为电流信号。
极性选择电路128包括p型的mos晶体管m1至m4，连接在差分形式的两个输入端和两个输出端之间。晶体管m1和m2并联连接，源极共同连接至第一输入端。晶体管m3和m4并联连接，源极共同连接至第二输入端。晶体管m1和m3的漏极共同连接至第一输出端，晶体管m2和m4的漏极共同连接至第二输出端。进一步地，晶体管m1和m4在控制信号s的控制下导通和断开，晶体管m2和m3在控制信号sb的控制下导通和断开。控制信号s和sb为一对互补信号。
在控制信号s为高电平时，晶体管m1和m4导通而晶体管m2和m3断开，从而将包络信号env原极性地从输入端传送至输出端，生成第一极性的互补选择信号sel1和sel2。在控制信号s为低电平时，晶体管m1和m4断开而晶体管m2和m3导通，从而将包络信号env反转极性地从输入端传送至输出端，生成第二极性的互补选择信号sel1和sel2。
泄漏信号抵消电路129连接在混频器122与跨阻放大器123的中间节点上，用于将经过与包络信号env相对应的补偿电流叠加在混频器122输出的中频信号上。泄漏信号抵消电路129包括多个不同电流权重的电流支路，在下文中仅以第一电流支路为进行说明。采用与多个电流支路相对应的控制码bc(即二进制数字)，可以选通与控制码bc的位权重相对应的电流权重的电流支路。
第一电流支路包括电流源is11和is12，n型的mos晶体管m11、m12、m21和m22。电流源is11从供电端经由并联连接的晶体管m11和m21连接至混频器122与跨阻放大器123的中间节点。进一步地，该中间节点经由并联连接的晶体管m12和m22和电流源is12连接至地。晶体管m11和m21的栅极连接至偏置电压vbias，从而始终处于导通状态。晶体管m12和m22的栅极连接至极性选择电路128以接收选择信号sel1和sel2，也即，在包络信号env大于预定阈值时处于导通状态。
在该实施例中，晶体管m11、m12、m21和m22均工作于开关模式。包络信号env作为开关控制信号。电流源is11和is12的补偿电流相等，电流支路的电流权重取决于补偿电流的电流值。例如，第一电流支路和第二电流支路的电流权重分别为1和2，则第一电流支路的补偿电流也是第二电流支路的补偿电流的1/2。
在图3所示的接收机320的调试阶段，或者在上电时，可以预先调节控制信号s的电平和控制码bc的数值，并且将二者存储在接收机320中，用于在工作状态下调节补偿电流的极性和大小。
在工作过程中，如果包络信号env小于预定阈值，晶体管m11和21导通，晶体管m12和m22断开。从节点经由晶体管m12和m22流向地的电流路径断开，从电流源is11经由晶体管m11和m21注入至节点的电流彼此抵消，因此，泄漏信号抵消电路129产生的补偿电流为零。如果包络信号env大于等于预定阈值，晶体管m11和m21导通，晶体管m12和m22之一导通且另一个断开。从节点经由晶体管m12和m22之一流向地的电流路径导通，因此，从电流源is11经由晶体管m11和m21注入至节点的电流未能抵消，从而产生与电流源is11和is12的输出电流相对应的补偿电流。
进一步地，控制码bc的位数据提供至电流源is11和is12的控制端，以启用电流支路中的电流源。如上所述，控制码bc具有预先设置的数值。因此，泄漏信号抵消电路129产生的补偿电流为与根据控制码启用的所有电流支路启用的电流源的权重之和。在上述的工作过程中，采用控制码bc预先设置补偿电流的大小。将与控制码bc对应数值的补偿电流叠加至混频器122产生的中频信号上，使得包络信号env与中频信号中混入的泄漏信号的极性相反，幅值大致相等。因而，中频信号中混入的泄漏信号可以利用叠加而抵消去除，从而改善抑制效果。因此，该补偿电流可以抵消在跨阻放大器123输出端检测到的泄漏信号，基本消除泄漏信号对跨阻放大器动态范围的影响。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。