多芯片车用雷达系统、用于该系统的雷达芯片以及操作该系统的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多芯片雷达系统、其操作方法以及适于多芯片雷达系统的集成电路或雷达芯片
【背景技术】
[0002]车用雷达被视为是增加道路安全和驾驶舒适度的重要组件。第一代车用雷达系统的目标是自动巡航控制和泊车辅助应用。图1示意性示出了这种雷达系统100。其包括三个主要部分:发射部110、接收部120以及控制和处理部130。发射部110包括高频啁啾(chirp)发生器111，其产生在一个频率(例如，可以是24GHz)上的调频连续波(FMCW)。将啁啾信号提供至锁相环(PLL) 112，然后在三倍频器113中三倍频以提供信号141。信号141被功率放大器114放大，再经由天线输出连接器115馈送作为雷达信号由发射天线(未示出)发射。在存在反射物体时，一个或更多的接收天线(未示出)可以接收到反射的雷达信号，并且经由一个或多个天线输入连接器126输入至接收部120。在图中示出了两个接收器，然而可以理解的是系统可以包括不同数量的接收器，如一个或者三个。通过低噪放大器125放大每个接收信号，并且通过在混频器中与发射器的三倍输出信号141的副本混频，对信号进行下变频。通过滤波器123对每一个下变频的信号进行滤波，并且通过模数转换器(ADC) 122将信号数字化并转储到数字信号处理器131。数字信号处理器131形成为控制和处理部130的一部分。控制和处理部130还包括用于提供时钟功能的时钟发生器132，与微处理器和定时基准设备133—起提供适当的定时信号。雷达系统的输出可以在控制器区域网络(CAN)总线160上与车内其他电子设备通信。
[0003]总的来说，在典型的汽车(使用“汽车”作为车用应用领域的示例)雷达系统中，在预定的载频上发射根据指定波形原则调制的信号。通过模拟接收器将反射的信号下变频至基带信号，并通过系统的数字部分来处理。在这些处理步骤中，对物体距离、相对径向速度(也就是物体接近汽车的速度)、物体与汽车之间的角度中的一个或多个进行计算。
[0004]如所提到的，以上描述的调制系统是调频连续波(FMCW)。因其精确性和鲁棒性，FMCW是用于车用雷达系统的合适波形。具体地，发射短持续时间频率啁啾序列的实施方式在用于检测以非零相对径向速度移动的物体时具有令人满意的性质。
[0005]在基于FMCW的雷达系统中，将相距反射物体的径向距离转换为以拍频振荡的正弦波，其中所述拍频由频率斜升的斜率和物体的渡越时间确定。通过数字基带估计正弦波的频率；在优选的实施例中，这可以通过快速傅里叶变换(FFT)完成。
[0006]现代车用雷达系统结合了长测量距离上的高分辨率。因此，所得到的数据点的个数和因此所要求的处理功率都较高。此外，还要求大量的连续测量(啁啾)以获得较高的相对径向速度分辨率。
[0007]近来开始出现了新的应用，例如EBA(电子刹车辅助)、盲点探测、后方通过交通警报。可以期待是在不久的未来，多种雷达系统将用于全360°地覆盖车辆的四周。这些雷达系统是不相同的；每个应用都有不同集合的要求。这些要求包括(但不限于)距离分辨率和角度分辨率。而对每个雷达应用的专用集成电路(IC)的开发将显著地增加全360°雷达方案的成本。
[0008]如所提到的，将在可接受分辨率程度上测量到达角是重要的:将到达角与距离结合允许系统计划物体在笛卡尔或极坐标系统中的估计位置。为了能够精确地估计这种角度，可能要求多个发射和/或接收天线。此外，每个天线自身都具有模拟发射器和/或接收器和ADC。在系统的数字部分中执行到达角的计算。可以使用现有技术中已知的不同计算方法。
[0009]当前，车用雷达产品和系统都基于多个芯片，每个芯片具有一个或更多的功能。(这里，术语“芯片”和“1C”认为是可替换的，均指的是基于半导体的集成电路)。一般地，这些系统的共同点在于射频(RF)电路都实现在与信号处理IC不同的IC上。因此，将多个RF模块与高性能信号处理器结合能够实现具有更长测量范围和更高到达角分辨率的系统。这让厂家能够覆盖多个雷达应用。然而，这要求组装不同的1C，从而可能会增加雷达系统的总成本。
[0010]在模拟部分和数字部分包括不同IC的雷达系统中，多个接收器和/或发射器可连接至一个或更多数字信号处理器。按照这种方式，能够扩展角度分辨率和测量范围。为避免以上提到的组装成本，在单个IC上将模拟发射器和接收器与数字信号处理器组合的雷达系统由于有限个数的天线的数量导致其通常具有有限的角度分辨率。在生产后IC的功能是固定的，因此必须开发几个不同的IC以覆盖全部要求的应用。
[0011]需要开发一种雷达系统，其在更小的程度上受到以上描述的一个或更多问题的不利影响。
【发明内容】
[0012]根据第一方面，提供了一种多芯片雷达系统，包括多个可配置IC以及位于多个可配置IC之间的数字接口，每个可配置IC能够配置为操作为主IC和从属IC,并且具有分配的测量范围；其中每个可配置IC包括:下变频器，适于将相应的反射雷达信号下变频；ADC，适于针对公共采样窗口，将相应的下变频信号转换为相应的数字信号以累积相应的数字数据；数字信号处理器，适于在多个测量范围之间划分相应的数字数据，所述数字信号处理器还适于从每个其他IC接收与该IC分配的测量范围相对应的数字数据，向相应的其他IC发射与每个其他分配的测量范围相对应的数字数据，并在该IC分配的测量范围内处理数字数据；以及发射器，适于发射雷达信号；其中可配置IC之一配置为操作为主IC并配置为发射雷达信号，并且每个其他可配置IC配置为操作为从属IC ;以及其中每个可配置IC适于使用公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号以至少确定公共采样窗口。
[0013]因此，可以在多个应用领域中使用单一设计或类型的1C，而不是针对具体的应用领域单独地制作或设计1C，而增加关联的设计成本；并且，能够在应用领域中使用单一设计或类型的1C，而不是针对分离的不同主从属IC提出要求。通过向相应的其他IC发送与每个其他分配的测量范围相对应的数字数据，这一方面因而可以实现分布式数据处理，从而可以放宽对数据处理能力和/或IC存储能力的要求。通过使可配置IC适于使用公共本地振荡信号、公共时钟信号、公共定时信号以确定公共采样窗口，可以假设下变频和采样在IC之间是一致的，简化了数据处理。
[0014]可配置IC可以是也可以不是可重新配置的。也就是说，通过一个或更多的一次性操作，例如烧断内部熔丝，可配置IC可以配置为主或从属1C，并且之后不可重新配置。在其他实施例中，可配置IC可以是可以重配置的，也就是说，在一个情形中可配置IC配置操作为从属1C，而在另一情形中重新配置操作为主1C，反之亦然。总的来说，在配置前的可配置IC可以是相似或者甚至相同的。
[0015]在实施例中，每个可配置IC还包括:本地振荡器发生器，用于产生本地振荡器信号；时钟发生器，用于产生时钟信号；以及定时信号发生器，用于产生定时信号；并且其中主IC的本地振荡器信号是公共本地振荡器信号，主IC的时钟信号是公共时钟信号，并且主IC产生的定时信号是公共定时信号。备选地，这些公共信号由单独的“服务芯片”提供并分配给全部可配置IC:为每个IC提供产生和分配公共信号的能力可以提供相对简化的系统设计，并且还可以消除单独的服务芯片的需求。
[0016]在实施例中，每个可配置IC还包括本地振荡器输入开关和本地振荡器输出开关、时钟输入开关和时钟输出开关、以及定时信号输入开关和定时信号输出开关，其中主IC配置为输出公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号，以及其中一个或多个从属IC分别配置为输入公共本地振荡器信号、公共时钟信号和公共定时信号。
[0017]在实施例中，多芯片雷达系统配置为使得主IC传输雷达信号导致相应的反射雷达信号。操作为主IC的IC可以是预先确定的，例如在系统设计期间，或者可以在系统安装期间确定，或者可以在一系列测量回合期间改变。通过发射路径中的开关，主IC可以配置为发射导致相应反射雷达信号的雷达信号。所述开关可以配置为在主IC中接通并且在一个或多个从属IC中关断。
[0018]具体地，在实施例中，多芯片雷达系统可适于发射多个啁啾，并且还适于在两个连续的啁啾之间重配置主IC成为从属1C，并且重配置从属IC成为主1C。