具有多个雷达芯片的雷达系统的制作方法

本说明书涉及高频(hf)电路领域。一些实施例涉及具有两个或更多个级联单片微波集成电路(mmic)的装置，其能够用于例如雷达传感器中。

背景技术：

高频(hf)发送器和接收器存在于各种应用中，特别是在无线通信和雷达传感器领域中。在汽车领域，对雷达传感器的需求日益增长，雷达传感器尤其能够使用在诸如自适应巡航控制(acc)或雷达巡航控制(acc)系统的高级驾驶员辅助系统(adas)中。这样的系统可以自动调节汽车的速度，以遵循与其他先前行驶的汽车(以及与其他物体和行人)的安全距离。汽车领域中的其他应用是例如盲点检测，车道变换辅助等。在自动驾驶领域，雷达传感器以及具有多个传感器的系统将对自动驾驶车辆的控制发挥重要作用。

现代雷达系统使用高度集成的hf电路，hf电路可以将雷达收发器的hf前端的所有核心功能组合在单个壳体(单芯片雷达收发器)中。这种高度集成的hf电路通常称为mmic。hf前端通常(但不一定)尤其包括被导通在锁相环中的压控振荡器(vco)、功率放大器(pa)、定向耦合器、混频器、以及用于控制和监视hf前端的相关联的控制电路装置。mmic还可以具有基带(或中频带)中的模拟信号处理以及模数转换器(adc)，以实现数字信号处理。取代vco还可以分别按照应用也使用数控振荡器(dco)。在传感器应用中，多个mmic可以互连(级联)，例如通过多个天线辐射和/或接收hf雷达信号。例如，可以使用具有多个天线的这种装置用于波束形成技术。尤其是当要确定所接收的雷达回波的入射角(doa，到达方向)时，需要多个接收天线。

在雷达传感器装置的功能安全性(参见iso标准26262)方面，即使当一个或多个mmic根据期望的规范不(再)工作时，也可能希望具有多个mmic的系统保持功能有效。

技术实现要素：

在下文中，将描述雷达系统。根据一个实施例，雷达系统具有被动耦合器装置以及第一雷达芯片、第二雷达芯片和第三雷达芯片。每个雷达芯片具有至少一个外部hf触点以及本地振荡器，本地振荡器被构造成至少在导通状态下产生hf振荡器信号。雷达芯片的外部hf触点通过耦合器装置耦合，使得在第一运行模式中，hf振荡器信号可以从第一雷达芯片通过耦合器装置传输到第二和第三雷达芯片，并且在第二运行模式中，hf振荡器信号可以从第二雷达芯片通过耦合器装置传输到第三雷达芯片(3)。

此外，描述了一种用于运行具有至少三个雷达芯片的雷达系统的方法，其中一个雷达芯片在主模式中运行，其中它产生hf振荡器信号，hf振荡器信号被传输到其余的在从模式中运行的雷达芯片。根据一个实施例，该方法包括：检测在主模式中运行的雷达芯片是否运行正常，以及如果在主模式中运行的雷达芯片工作不正常，就重新配置雷达系统，其中到目前为止在从模式中运行的雷达芯片在主模式中运行，这样雷达芯片就产生了hf振荡器信号，hf振荡器信号被传输到其余雷达芯片。

另一实施例涉及一种雷达系统，其具有第一雷达芯片，第二雷达芯片和第三雷达芯片，其分别具有至少一个外部hf触点。至少第一和第二雷达芯片分别具有本地振荡器，本地振荡器设计用于在导通状态下产生hf振荡器信号，其中雷达芯片的外部hf触点能够被耦合成使得在第一运行模式中，hf振荡器信号由第一雷达芯片产生并且能够传输到第二雷达芯片和第三雷达芯片，并且在第二运行模式中，第一雷达芯片被配置为不活动，hf振荡器信号可以从第二雷达芯片生成并传输到第三雷达芯片。

另一个实施例涉及具有第一子系统和第二子系统的雷达系统。第一子系统包括第一雷达芯片和第二雷达芯片，并且第二子系统包括至少一个第三雷达芯片。第一子系统的第二雷达芯片被构造为在第一运行模式中产生hf振荡器信号并且在hf输出处输出或者将由第一子系统的另一个雷达芯片接收的hf振荡器信号在hf输出处输出，其中第二子系统的第三雷达芯片被构造成在第一运行模式中在hf输入处接收由第一子系统的第二雷达芯片输出的hf振荡器信号，并且其中第二子系统的第三雷达芯片还被构造成在第二运行模式中产生另一个hf振荡器信号或接收由第二子系统的另一个雷达芯片产生的另一个hf振荡器信号。

另一实施例涉及一种雷达系统，其具有包含第一雷达芯片和第二雷达芯片的第一子系统和包含第三雷达芯片和第四雷达芯片的第二子系统。第一子系统的第二雷达芯片和第二子系统的第四雷达芯片具有用于连接发射天线但没有rx信道的tx信道。第一子系统的第二雷达芯片直接或间接地耦合到第一子系统的第一雷达芯片，以接收由其输出的lo信号。类似地，第二子系统的第四雷达芯片直接或间接地耦合到第二子系统的第三雷达芯片，以接收由其输出的lo信号。第一子系统的第一雷达芯片被构造成在第一运行模式中借助于本地振荡器产生lo信号，并通过一条或多条hf线路直接或间接地传输到第二子系统的第三雷达芯片。第二子系统的第三雷达芯片被设计成在第二运行模式中借助于另一个本地振荡器产生另一个lo信号，在第二运行模式中没有lo信号从第一子系统传送到第二子系统。

附图说明

在下文中，借助附图更详细地解释实施例。附图不一定按比例绘制，并且实施例不只是限于所示的方面。其实，重点在于表示实施例的基础原理。在附图中示出了：

图1是示出用于距离测量和/或速度测量的fmcw雷达系统的功能原理的图示。

图2包括两个时间图，用于说明由fmcw系统产生的hf信号的频率调制。

图3是说明fmcw雷达系统的基本结构的框图。

图4是示出雷达系统的发送信道和接收信道的示例性实现的简化框图。

图5是说明具有多个级联mmic的系统的框图，其中本地振荡器信号由主mmic产生并分配给从mmic。

图6示出了具有通过双向耦合器耦合的三个(主和从)mmic的雷达系统的示例的框图，其中通过控制部可配置哪个mmic实施主mmic的作用。

图7示出了图6的示例，其中由于主mmic存在缺陷，系统被重新配置，这样当到目前为止的主mmic非活动时，到目前为止的从mmic中的一个从mmic接管主mmic。

图8是雷达系统的另一个示例的方框图，其中四个从mmic通过级联耦合器连接到主mmic。

图9示出了图8中的系统，其中由于主mmic存在缺陷，系统被重新配置，这样当到目前为止的主mmic非活动时，到目前为止的从mmic中的一个从mmic接管主mmic。

图10示出了图9中的示例的修改。

图11示出了图8中的示例的修改，其中耦合器由具有两个配置为输出段的hf触点的主mmic代替。

图12示出了图11中的系统，其中由于主mmic存在缺陷，系统被重新配置，这样当到目前为止的主mmic非活动时，到目前为止的从mmic中的一个从mmic接管主mmic。

图13示出了可以在图6-9的示例中使用的无源双向耦合器的示例性实现。

图14示出了与图6中类似的示例，其中mmic将状态信号发送给系统控制器。

图15示出了运行雷达系统的方法的示例。

图16a-d示出了雷达系统的另一个示例的方框图，其中五个从mmic连接到主mmic，其中图16a示出了具有六个功能有效的mmic的系统，并且图16b-d示出了具有各种有缺陷的mmic的系统。

图17a-c示出了与图16类似的示例，其中图17a示出了具有六个功能有效的mmic的系统，并且图17b-c示出了具有各一个有缺陷的mmic的系统。

具体实施方式

图1示出fmcw雷达系统作为用于测量对象的距离和速度的传感器的应用，该对象通常被称为雷达目标。在本示例中，雷达装置10具有单独的发送(tx)和接收(rx)天线5或6(双基地或伪单基地雷达配置)。然而要注意的是，也可以使用单个天线，该天线同时用作发送天线和用作接收天线(单基地雷达配置)。发送天线5发送连续的hf信号srf(t)，其例如用线性啁啾信号(周期性的线性频率斜坡)进行频率调制。所发送的信号srf(t)在雷达目标t处反向散射，并且反向散射(反射)的信号yrf(t)由接收天线6接收。图1示出了简化的示例；实际上，雷达传感器是具有多个发射(tx)信道和接收(rx)信道的系统。稍后将参考图5-9讨论用于mimo(多输入/多输出)雷达系统的示例。

图2以示例的方式示出了信号srf(t)的上述频率调制。如图2所示，信号srf(t)是由一定量的“啾啾”组成的，即信号srf(t)包括具有升高(上啾啾)或下降(下啾啾)频率的正弦状的信号变化曲线(波形)(参见图2中的上图)。在本实施例中，啾啾的瞬时频率在时段tramp内开始的开始频率fstart处线性升高到停止频率fstop(见图2中的下图)。这种啾啾也称为线性频率斜坡。在图2中示出了三个相同的线性频率斜坡。然而要注意的是，参数fstart、fstop、tramp以及单个频率斜坡之间的暂停可以被改变。频率变化也不一定必须是线性的。取决于该实现方案，也能够例如使用具有指数(指数啾啾)或双曲线(双曲线啾啾)的频率变化的发送信号。

图3是示例展示雷达装置1(雷达传感器)的可能结构的框图。因此，至少一个发射天线5(tx天线)和至少一个接收天线6(rx天线)连接到集成在mmic中的hf前端10，hf前端可以包括hf信号处理所需的所有那些电路组件。这些电路组件例如包括本地振荡器(lo)，hf功率放大器，低噪声放大器(lna)，定向耦合器(例如环形耦合器，环行器等)以及用于将hf信号向下混频到基带或中频带(zf频带)中的混频器。hf前端10可以集成在mmic中，如果需要，可以与其他电路组件一起集成在mmic中。所示的示例示出了具有单独的rx和tx天线的双基地(或伪单基地)雷达系统。在单基地雷达系统的情况下，单个天线将用于发射和接收电磁(雷达)信号。在这种情况下，定向耦合器(例如循环器)可以用于将辐射到雷达信道中的hf信号与由雷达信道接收到的hf信号(雷达回波)分离。如上所述，在实践中，雷达系统通常具有带有多个发射或接收天线的多个发射和接收信道，这尤其实现了测量接收雷达回波的方向(doa，到达方向)。在这种mimo系统中，单个tx信道和rx信道通常分别是相同或相似构造的。

例如，在调频连续波雷达系统(fmcw雷达系统)的情况下，在tx天线5上辐射的hf信号的范围可以从大约20ghz到100ghz(例如，在一些应用中大约77ghz)。如所提到的那样，由rx天线6所接收到的hf信号包括雷达回波，即，被反向散射到一个或多个雷达目标的那些信号分量。所接收的hf信号yrf(t)例如向下混频到基带中并在基带中借助于模拟信号处理进一步处理(参见图3，模拟基带信号处理链20)。所提到的模拟信号处理基本上包括滤波和可能的基带信号放大。最后将基带信号数字化(参见图3，模拟数字转换器30)并且在数字域中进一步处理。数字信号处理链可以至少部分地实现为软件，软件可以在处理器上执行，例如微控制器或数字信号处理器(参见图3、dsp40)。总系统通常借助于系统控制器50被控制，系统控制器还可以至少部分地实现为可以在诸如微控制器的处理器上执行的软件。hf前端10和模拟基带信号处理链20(可选地还有模拟数字转换器30)可以在单个mmic(即，hf半导体芯片)中集成在一起。备选地，单独的组件也可以分布到多个集成电路上。

图4示出了具有后置的基带信号处理链20的hf前端10的示例性实施方案，该基带信号处理链可以是图3中的雷达传感器的一部分。要注意的是，图4示出了简化电路图，以示出具有发送信道(tx信道tx01)和接收信道(rx信道rx01)的hf前端的基本结构。可能严重依赖于特定应用的实际实现当然可能更复杂并且通常具有多个tx信道和/或rx信道。hf前端10包括产生hf振荡器信号slo(t)的本地振荡器101(lo)。hf振荡器信号slo(t)可以如上参考图2所述进行频率调制并且也称为lo信号。在雷达应用中，lo信号通常在shf(超高频，厘米波)或ehf(极高频，毫米波)频带中，例如，在一些汽车应用中在从76ghz到81ghz的区间内。

lo信号slo(t)在发送信号路径(tx信道)和接收信号路径(rx信道)中被处理。从tx天线5辐射的发送信号srf(t)(见图2)是通过放大lo信号slo(t)，例如借助于hf功率放大器102产生的，并且因此只是lo信号slo(t)的放大版本。放大器102的输出可以耦合到tx天线5(在双基地或伪单基地的雷达配置的情况下)。由rx天线6接收的接收信号yrf(t)被提供到rx信道中的接收器电路，并因此直接或间接地提供到混频器104的hf端口。在本示例中，hf接收信号yrf(t)(天线信号)借助于放大器103(放大g)进行预放大，因此，向混频器104提供放大的hf接收信号g·yrf(t)。放大器103可以例如是lna。向混频器104的参考端口提供lo信号slo(t)，从而混频器104将(预放大的)hf接收信号yrf(t)向下混频到基带中。向下混频的基带信号(混频器输出信号)由ybb(t)表示。首先模拟地进一步处理该基带信号ybb(t)，其中模拟基带信号处理链20基本上引起放大(放大器22)和滤波(例如，带通21)，以抑制不需要的边带和镜像频率。产生的模拟输出信号被馈送到模拟数字转换器(参见图3、adc30)，由y(t)表示。用于输出信号(数字雷达信号y[n])的数字进一步处理的方法是本身已知的(例如，范围多普勒分析)并且因此在这里没有被进一步讨论。

在本示例中，混频器104将预放大的hf接收信号g·yrf(t)(即，放大的天线信号)向下混频到基带中。混频可以在一个级中完成(即，从hf频带直接到基带中)或经由一个或多个中间级(即，从hf频带到中间频带中并且进一步到基带中)。在这种情况下，接收混频器104有效地包括多个串联连接的单个混频器级。鉴于图4所示的示例，明显的是，雷达测量的质量受到lo信号slo(t)的质量的极大影响，例如受到lo信号slo(t)中包含的噪声的极大影响，该噪声定量地通过本地振荡器101的相位噪声确定。

在雷达系统中，背景噪声限制了可以检测雷达目标的灵敏度，并且因此也限制了距离测量的精度。相位噪声能够降低测量的可靠性，或者甚至使得无法检测雷达目标(特别是雷达横截面较小)。在任何情况下，对于雷达传感器的功能安全性感兴趣的是，在雷达传感器处于运行状态时定量地估计和评估lo信号中包含的噪声，并且特别是相位噪声。mmic(或被包含在其中的本地振荡器)的性能在相位噪声方面可能随时间而变化。关于雷达系统的功能安全性，可以在mmic中监视本地振荡器的相位噪声。为此，自测功能可以被包括在mmic中，自测功能被构造成检查mmic是否正常工作，例如本地振荡器的性能相对于相位噪声(还)是否满足预定义的期望规范。如果不是这种情况，则所涉及的mmic可以例如通过状态信号将负测试结果显示给更高级别的控制器(例如系统控制器50)(也参见图14和相关的解释)。

图5是举例说明具有多个耦合(级联)mmic的mimo雷达系统的框图。在所示的示例中，四个mmic布置在托架pcb上，例如印刷电路板(pcb)上。每个mmic1、2、3和4可以具有多个传输信道tx01、tx02等，以及多个接收信道rx01、rx02等。对于雷达系统的运行来说重要的是，由mmic使用的lo信号是连贯的。因此，lo信号仅在mmic(主mmic1)中生成，并且被进一步分配到从mmic2、3和4。在所示的示例中，lo信号slo(t)从主mmic1的lo输出loout传递到(单向)功率分配器8的输入；功率分配器的输出连接到相应的从mmic2、3和4中的lo输入loin。lo输出loout和lo输入loin可以取决于芯片封装被实现为引脚、焊球等。在一些实施例中，lo输出loout和/或lo输入loin可以通过专用外部触点(例如，引脚，焊球等)来实现。为了使mmic的外部触点数保持较低，发送通道的输出(例如通道tx03)也可以配置为lo输出或lo输入。但是被配置为lo输出或lo输入的发送通道不再能够用作连接到(发送)天线的天线端口。根据图5所示的示例，在主mmic1中，传输信道tx03的hf输出可以被配置为lo输出，为此仅必须调整hf放大器的放大(比较图4，放大器102)。信号功率的由此产生的适应(降低)可能是必要的或有用的，以便将接收信道rx01、rx02等(见图5)上的串扰保持为低以及节省能量。在从mmic2、3和4中，各个传输通道tx03的hf输出被配置为lo输入，这可以借助于耦合器和/或开关来实现。

在所示的示例中，标记为tx01和tx02的输出可以连接到(发送)天线，标记为rx01、rx02、rx03和rx04的输入可以连接到(接收)天线。mmic和功率分配器8之间的连接可以例如通过借助于承载电板pcb上的(例如差分)带状线来实现。功率分配器8也可以借助于承载电板pcb上的带状线实现(例如作为威尔金森分配器)。此处要指出的是，所有mmic可以具有本地振荡器101(例如pll)，然而这些不被使用在配置为从设备的mmic2-4中。对于正常的雷达运行，lo信号在主mmic中集中生成并且分配给从mmic。以这种方式实现的是，在mmic中处理的lo信号是连贯的。

在图5所示的示例中，主mmic1生成lo信号slo(t)并且通过主mmic1的lo输出被分配给从mmic2、3和4，因此多个mmic可以串联连接(级联)。(系统)时钟信号sclk(t)也可以由主mmic1生成并分配给从mmic2、3和4。为此，mmic1、2、3和4分别具有借助于带状线能够被连接的单独的冲程输出xout或冲程输入xin。时钟信号sclk(t)可以具有几mhz的时钟频率(例如200mhz)，而lo信号具有几ghz的lo频率flo(例如76-81ghz)。备选地，时钟信号也可以在单独的时钟发生器芯片中产生，该时钟发生器芯片可以例如包含石英振荡器。在这种情况下，由时钟发生器芯片产生的时钟信号sclk(t)被提供给所有mmic(主mmic1和从mmic2-4)。在一些实施例中，主mmic1还可以被配置为使得它仅产生用于从mmic2-4的时钟信号sclk(t)和lo信号slo(t)，并且发送和接收信道tx01、tx02、rx01、rx02等保持未使用。

图6示出了被配置的雷达系统的示例，该雷达系统具有布置在电路板上的多个mmc1、2和3以及系统控制器50，系统控制器连接到mmic1、2和3并且被构造为通过数字通信接口与mmic1、2和3进行通信。在实施例中，通信接口是串行外围接口(spi)，但是也可以使用其他串行或并行通信接口。通过通信接口，系统控制器50可以配置mmic1、2和3的运行模式(例如，主模式，从模式)，该操作模式经由cfg配置输入(在本示例中为spi接口)接收配置数据datcfg，并且取决于接收到的配置数据datcfg作为主设备或从设备运行。如在图5的先前示例中，主mmic(在mmic1的图6中)在lo输出loout处提供lo信号slo(t)。该lo输出loout连接到从mmic中的相应的lo输入loin(在图6中，mmic2和3)，在lo输入loin处主mmic的lo信号slo(t)被提供给从mmic。

为了分配lo信号slo(t)，mmic1、2和3通过双向耦合器9(例如，无源混频耦合器，例如环形耦合器)连接。耦合器9在一个端口接收主mmic的lo信号slo(t)，并将lo信号分配在连接到从mmic中的lo输入loin的其他端口上。在本示例中，耦合器9在两个端口上分配lo信号slo(t)，其中由主mmic产生的lo信号slo(t)的一半功率被提供给从mmic2，并且另一半被提供给从mmic3。换句话说，lo信号slo(t)在从主mmic1到从mmic2的信号路径中衰减大约3db，并且在从主mmic1到从mmic3的信号路径中衰减大约3db。在实际实施中，必须考虑损失，并且因此衰减更大一些。无源(混频)耦合器的使用借助于布置在承载电板上的平面导体线路结构实现了双向耦合器的相对简单的实现，例如带状线(微带线，共面线)和/或在承载电板的衬底中集成的波导。在所示的示例中，mmic1、2和3以星形电路方式连接到耦合器9，也就是说耦合器9是中心元件，hf触点(从mmic的lo输入和主mmic的lo输出)与该中心元件连接。在星形电路中，来自主mmic的lo信号slo(t)通过耦合器到达从mmic。相反，例如在链式电路(一种类型的菊花链)中，lo信号从mmic运行到下一个mmic。

与有源组件(例如有源电子开关)不同，纯粹的无源组件(例如由带状线构成的无源耦合器)通常具有较低的失效概率，这在功能安全方面可能很重要，因为根据应用，可能需要满足关于功能安全性的某些标准(例如iso26262)。下面将参考图13更详细地解释无源双向混频耦合器的各种示例性实施方式。

如上所述，耦合器9是双向的。也就是说，耦合器9的每个端口可以根据信号流方向作为输入端口和输出端口工作。mmic的lo端口能够由系统控制器50配置为lo输入loin和lo输出loout。在正常操作期间(即，在第一运行模式中)，如图6所示，mmic1被配置为主设备并且mmic2和3被配置为从设备。例如，如果主mmic1有缺陷或不再按照所需的预定义规范工作(即，它不再正常工作)，系统控制器50可以重新配置雷达系统并将其改为“紧急运行”(即第二运行模式)，在第二运行模式中到目前为止的从mmic(例如mmic2)中的一个从mmic接管主设备的作用并且目前为止的主mmic被解除激活。在图7中展示了这种情况。

图7中的示例示出了在由于有缺陷的主mmic导致的重新配置之后的图6的雷达系统。因此mmic2已被配置为主mmic，并且现在生成lo信号slo(t)。外部触点loin/loout，lo信号取决于配置可以提供或输出到该外部触点，在这种情况下被配置为lo输出，并且因此在图7中用loout表示。图7中的mmic3的配置与图6中的相同，并且mmic1(到目前为止的主mmic)被解除激活。由于耦合器9可以双向运行，因此不需要重新配置耦合器9或改变与mmic上的hf触点的耦合。在图7所示的示例中，lo信号slo(t)被提供给与mmic2连接的耦合器9的端口，并且信号线路被分配到其他端口。通过耦合器9的信号流方向由虚线箭头表示。

在图6和7所示的示例中，仅绘制对lo信号的分布重要的组件，以便简单地保持示意。显然，mmic1、2和3中的每一个mmic还包括一个或多个rx信道和tx信道，其可以耦合到相应的rx天线和tx天线(参见图4和5)。在静态配置的系统(例如图5中的示例)中，主mmic表示所谓的“单点故障”(spof)，如果发生故障，整个雷达系统都会失效。如图6和7的示例所示，通过从mmic接管主设备并生成lo信号，重新配置实现替换有缺陷/非活动的主mmic。在图6和7的示例中未示出系统时钟信号sclk(t)的分布。然而，时钟信号sclk(t)可以以与lo信号类似的方式分布。由于时钟信号sclk(t)的频率要小得多(例如，50-200mhz)，因此通常不需要hf耦合器来将时钟信号分配给从mmic(参见图5)。只要主mmic以某种方式和形式失效，主mmic就不能产生时钟信号，从mmic可以被重新配置用于产生时钟信号。在该处要注意的是，主mmic的lo信号slo(t)和时钟信号sclk(t)不一定需要在同一mmic中生成。不能再生成lo信号的有缺陷/非活动的主mmic然而可以取决于缺陷的类型为剩余的mmic产生时钟信号sclk(t)。在这方面，术语“主”和“从”仅指lo信号slo(t)的产生。

图6中所示的示例可以如图8所示被级联。根据图8中的示例，lo信号的分布经由具有多个耦合器9、9’的两级耦合器装置而发生。在第一级，耦合器9将从主mmic1接收的lo信号slo(t)分配给第二级耦合器9’，并且耦合器9’分配从第一级耦合器9接收的lo信号slo(t)到从mmic2、3、4和5上。耦合器9和9’是如图6的前一示例中的双向耦合器，并且可以例如借助于承载电板pcb上的带状线(图8和图9中未示出)来实现。通过耦合器9、9’的信号流方向在图8中用虚线箭头表示。由于耦合器9、9’将在一个端口处输入的lo信号slo(t)的功率分配到另外两个端口，因此每级中的衰减至少为3db。这是理论上的最小值。在实际实现中，由于损耗和线路衰减引起的实际衰减更大。同样在该示例中，mmic相对于耦合器装置被布置成星形(星形电路/星形拓扑)。

图9示出了由于有缺陷的主mmic而重新配置根据图8的系统的情况。因此，mmic1是不活动/解除激活，并且到目前为止的从mmic2被配置为主mmic，并且因此将lo信号提供给被配置为lo输出的外部触点loout。如上面已经参考图7所解释的，外部lo输入loin可以被重新配置为lo输出loout。在这种情况下，耦合器9’(如图9左侧所示)从“新”主mmic2接收lo信号slo(t)，并将该lo信号分配给从mmic3和第一级耦合器9。该耦合器9将lo信号进一步分配在另一个在图9右侧示出的第二级耦合器9’处，第二级耦合器又将lo信号分配给从mmic4和5。通过耦合器9、9’的信号流方向在图9中由虚线箭头示出。

如上所述，在图6-9的示例中，mmic被构造成在主模式和从模式下根据从系统控制器50(参见图6，图8-9中未示出)接收的配置数据datcfg而工作。每个mmic包含本地振荡器(参见图4，本地振荡器101)，然而该本地振荡器仅在主模式中处于运行中，并且在从模式中处于非活动状态。在主模式中，mmic的外部触点被配置为lo输出loout，在该lo输出loout处输出lo信号(例如，输出到耦合器9)。在从模式中，相同的外部触点被配置为lo输入loin并且本地振荡器被解除激活；从mmic在被配置为lo输入loin的外部触点处从主mmic接收lo信号。

在到目前为止所示的示例中，外部hf触点可以被配置为lo输出loout(主模式)或lo输入(从模式)。在图10所示的示例中，其示出了来自图9的示例的修改，由于设置了两个单独的触点，因此不需要mmic(在所示示例中的mmic2和3)的hf触点的这种可配置性，其中一个触点用作lo输入并且一个触点用作lo输出。在此在主模式中，只有lo输出loout活动并且在从模式中只有lo输入loin活动。在这种情况下，mmic2和3的外部触点loin，loout通过循环器9”连接到双向混频耦合器9’。图示的情况对应于图9的情况，其中mmic2被配置为主mmic并生成lo信号slo(t)并在lo输出loout处被提供。mmic2的lo输出loout连接到循环器z2，循环器将lo信号slo(t)转发到耦合器9’。耦合器9’将lo信号转发到循环器z3，循环器又将其馈送到被配置为从设备的mmic3的lo输入loin。当mmic不具有可以被配置为lo输入和lo输出的外部hf触点，则可以在这里描述的所有示例性实施例中使用图10中所示的mmic和循环器的组合。代替(无源)循环器也可以使用诸如电子开关之类的有源组件。

在到目前为止所示的示例性实施例中，主mmic总是具有被配置为lo输出loout的hf触点，其中主mmic和从mmics借助于一种星形电路(星形连接，y形连接)中的耦合器装置而连接(星形拓扑)。在图6和7的示例中，耦合器装置仅包括耦合器9。在图8和9的示例中，耦合器装置包括第一分配级中的耦合器9和第二分配级中的两个耦合器9’，以用于将主mmic1的lo信号slo(t)分成四个从mmic2，3、4、5。多级耦合器装置导致更高的直通衰减。在图10所示的示例中，耦合器装置对于每个从mmic仍然具有循环器，这也增加了直通衰减并且使得实现更加复杂。在图11和12所示的示例中，最初被配置为主设备的mmic1具有两个被配置为lo输出loout的hf触点，其中在两个lo输出loout中的每一个处连接耦合器9。

在图11中所示的系统能够被认为由两个子系统组成，其中两个子系统基本上构造为图6的示例，并且主mmic是两个子系统的主设备。在正常运行(第一运行模式)中，所有五个mmic1-5都是活动的。如果主mmic1不再正常工作且无法再生成符合所需规范的lo信号slo(t)，可以通过将主mmic1解除激活(借助于系统控制器50，见图6或14)和将从mmic在一个子系统中配置作为新mmic而转换到“紧急运行”(第二运行模式)中。这种情况在图12中被示出，其中mmic2已被配置为新的主mmic，而到目前为止的主mmic1不活动。显然，在图11和12中所示的装置中，在第二运行模式中只有新的主mmic2所在的子系统可以是活动的。与图9的示例不同，另一子系统中的mmic4和5不再接收lo信号。

作为图12中所示的示例的扩展，在每个子系统中的第二运行模式(紧急运行)中的另一实施例中，从mmic可被配置为新的主mmic。在这种情况下，不仅mmic2而且例如mmic4将被配置为主mmic，并且即使到目前为止的主mmic1有缺陷/不活动，两个子系统中的mmic也可以继续被运行。然而，在这种情况下，两个子系统中的lo信号不再连贯，这对于某些评估(例如在doa的确定中)带来了限制。

图13示出了可用于实现图6和8中的雷达系统的无源双向耦合器(混频耦合器)的多个示例。图13中的图(a)借助于示意图示出了被连接的mmic的两种配置，其中信号流方向是不同的。图(a)左侧所示的耦合器示出了图6的情况，其中主mmic的lo信号从端口p1传递到端口p2和p3。右图(a)中所示的耦合器示出了图7的情况，其中到目前为止的主mmic是被解除激活的，并且从mmic被配置为新的主mmic。在这种情况下，端口p2的lo信号被传递到端口p3和p1。图13的图(a)示出了理想情况。实际上，在两个端口之间具有高隔离度的耦合器不是双向的，并且只能作为单向分路器(见图5，分路器8)运行，其具有专用输入和两个专用输出，并且其中信号流方向是不可逆转的。在这里描述的实施例中，使用耦合器，耦合器可以具有比功率分配器(分路器)更高的直通衰减(传输损耗)和更差的绝缘，但是为此可以双向运行。

图13(b)中所示的耦合器通常称为t形连接耦合器。这对于直通衰减和隔离具有对于所有信号流方向的类似的值。其他耦合器结构，例如图13(c)中所示的环形耦合器，在到达端口p1的lo信号的情况下(图6中的情况)具有比在lo信号到达端口p2的情况下(参见图7)对于直通衰减和隔离的更好的值。由于第一种情况(图6中的情况)表示“正常运行”，因此环形耦合器的上述不对称性是有意义的，因为它在正常情况下提供比对称t形连接耦合器更好的性能。在故障情况下(图7或12的情况)，接受较差的性能。图13(d)示出了另一个环形耦合器，其类似于t形连接耦合器，对于所有信号流方向具有相似的直通衰减和隔离的值。在图13的图中，z0表示线路的波阻抗。图13中所示的耦合器结构及其工作方式本身是已知的，并且因此这里不再详细描述。

如果被配置为主设备的mmic有缺陷，则上述实施例适用于重新配置雷达系统，即，它不再根据期望的预定义规范工作(即，它不再正常工作)。缺陷可能有不同的原因。根据图14所示的实施例，mmic具有自检功能，并且mmic1、2、3被构造成在状态输出ok处输出状态信号ok1、ok2、ok3，状态信号指示相应的mmic根据所需的规范相应地(即，正常)工作。状态信号ok1、ok2、ok3被提供给控制单元50，控制单元基于状态信号ok1、ok2、ok3可以识别mmic是否有缺陷(不按照期望的规范工作)并且由于缺陷而必须重新配置雷达系统。除了状态输出ok和相关的状态信号ok1、ok2、ok3之外，图14中的系统对应于图6中的前一示例，并且参考上述说明。

在此描述的实施例中使用的雷达mmic可以具有自检和诊断功能。例如，这些功能可用于监控mmic的各种运行参数，例如本地振荡器的相位噪声特性，电流消耗，系统时钟的存在以及被监控用于确保关于iso26262标准的功能安全性的其它运行参数。

图13在流程图中示出了用于运行雷达系统的方法的示例，这样就可以避免单点故障。雷达系统包括至少三个mmic(雷达芯片)，如例如图6所示。mmic在此具有外部hf触点，外部hf触点通过耦合器装置被耦合。根据所示的流程图，该方法包括将至少三个mmic中的第一mmic配置为主芯片(参见图15，步骤s1)并将另一个雷达芯片配置为从芯片(参见图15，步骤s2)。在此，被配置为主mmic包括将相应的hf触点配置为hf输出，在该hf输出处，主mmic发出本地振荡器信号slo(t)，本地振荡器信号经由耦合器装置分配给从mmic。被配置为从mmic包括将相应的hf触点配置为hf输入，在该hf输入处从耦合器装置接收本地振荡器信号slo(t)。图6中示出了这种配置的示例(参见图6，主mmic1、从mmic2和3)。

该方法还包括检测主mmic是否根据预定义规范工作(参见图15，步骤s3)。在负面结果的情况下(即，主mmic不根据预定义的规范工作)，该方法包含雷达系统的重新配置，其中到目前为止的主mmic被解除激活，并且其中一个从mmic被重新配置为“新”主mmic(见图15，步骤s4)。该重新配置的结果的示例如图7所示。

图16包括用于表示具有级联的雷达mmic的雷达系统的另一个示例的方框图，其中图16表示具有六个功能有效的mmic的系统，并且图16b、16c和16d表示具有各一个有缺陷或被配置为非活动的mmic的相同的系统。mmic1、2、3、4、5和6可以与前述示例中的mmic基本相同构造(例如，参见图6)，其中为清楚起见，未示出控制部50。在图16a所示的情况下，从mmic2、3、4、5和6可以各自具有lo输入loin和lo输出loout，而主mmic1可以具有两个lo输出loout。在这种情况下，在主mmic1中已经实现将lo信号slo(t)分成两个lo输出loout。

在图16a所示的情况下，mmic1、2、3和4分别具有四个rx信道rx01、rx02、rx03和rx04，从接收天线给该rx信道分别提供天线信号。mmic5和6分别具有四个tx信道tx01、tx02、tx03和tx04。通过将rx信道和tx信道布置在不同的mmic上，图16a中所示的空间分离在一些应用中可能是被期望的，但在所有应用中都不是必需的。也就是说，还可以在硅芯片中使用具有rx信道和tx信道的mmic(主和/或从)。在该处要注意的是，图16a至16d中所示的rx信道和tx信道的数量和划分纯粹是示例性的，并且在其他实施例中其他划分是可能的。

对于雷达系统的运行来说重要的是，由mmic使用的lo信号是相干的(即，彼此具有确定的相位关系)。因此，lo信号仅在mmic(主mmic1)中生成，并且被进一步分配到从mmic2-6。在所示的示例中，lo信号slo(t)从主mmic1的第一lo输出loout经由hf线路传输到从mmic2的lo输入loin。在从mmic2中，接收到的lo信号被分配到mmic2的rx信道，rx01、rx02、rx03和rx04，在lo输出loout处再次输出，并且进一步被发送到从mmic3的lo输入loin。在从mmic3中，接收到的lo信号被分配到mmic3的rx信道，rx01、rx02、rx03和rx04，在lo输出loout处再次输出，并且进一步被发送到从mmic4的lo输入loin。同样地，在从mmic4中，接收到的lo信号在芯片中被分配到mmic4的rx信道，rx01、rx02、rx03和rx04，在lo输出loout处再次输出，并且进一步被发送到从mmic5的lo输入loin。在从mmic5中，所接收的lo信号被分配到tx信道，tx01、tx02、tx03和tx04，并经由相关的天线(图16中未示出)辐射。因此，从mmic2-5相对于lo信号的分布以串联方式彼此耦合。

在主mmic1中，lo信号slo(t)也在第二lo输出处输出，并且lo信号slo(t)向着从mmic6的lo输入loin发送。从mmic6可以与从mmic5基本相同构造。在图16的示例中未示出系统时钟信号sclk(t)的分布。然而，时钟信号sclk(t)可以以与lo信号slo(t)类似的方式分布(参见图5和所附说明)。

如在图6的示例中，系统控制器50可以配置mmic1-6的运行模式(例如，主模式、从模式)，其中mmic1-6通过配置输入cfg(例如，spi接口)接收配置数据，并且根据接收到的配置数据，作为主设备(主模式)或从设备(从模式)运行。在这种情况下，还参考对图6和14的解释。

在图16a所示的情况下，雷达系统总共具有十六个rx信道(具有16个rx天线)和八个tx信道(具有8个tx天线)，这实现了相对高分辨率的雷达操作。该运行对应于上面已经提到的第一运行模式(正常运行)中的运行。图16b-d中的示例示出了当mmic(特别是主mmic1)失效时，雷达系统如何能够被重新配置并且在第二、第三和第四运行模式(紧急运行)中被限制地继续运行。

在图16b所示的情况下，(主)mmic1被配置为不活动，例如由于缺陷或故障，并且因此lo信号slo(t)不再(或不再具有期望的质量或安全性)被生成。在控制器50(图16中未示出)检测到mmic1被配置为不活动之后，可以例如重新配置mmic2成使得它作为主mmic(即在主模式中)运行。由此，mmic2中的本地振荡器被激活，并且lo信号slo(t)在lo输出loout处从新的主mmic2输出，并被发送到mmic3的lo输入loin。lo信号由mmic3，如图16a的情况，通过串联电路转发到mmic4和5(例如，类似于菊花链中的情况)。尽管mmic6在所示的示例中没有缺陷，但它与lo分布“切断”，并且因此无法传输。虽然原始主mmic1以及因此间接地从mmic6也是不活动的，但是由具有(八个中的)四个tx通道和(十六个中的)十二个rx信道的mmic2、3、4和5组成的子系统功能正常；仍然可以检测到雷达目标，尽管分辨率降低。

在图16c所示的情况下，(从)mmic2有缺陷或失效，并且不能再将lo信号slo(t)转发到mmic3。在控制器50(图16中未示出)检测到mmic2被配置为不活动(例如由于所识别到到缺陷)之后，可以例如重新配置mmic3，从而它作为主mmic(即在主模式中)运行。在这种情况下，雷达系统“分解”成两个彼此独立的子系统，其中两个子系统中的每一个都具有自己的主mmic。子系统a包括到目前为止的主mmic1(主a)和从mmic6，总共有4个rx信道和4个tx信道。子系统b包括新的附加主mmic3(主b)，其现在生成lo信号slo’(t)并将其发送到从mmic4(并且这进一步发送到从mmic5)。子系统b包括八个rx信道和四个tx信道。由主mmic1(主a)生成的lo信号slo(t)和由附加主mmic3(主b)生成的lo信号slo’(t)不是相干的，并且可以在不同的频率范围内工作。这意味着雷达子系统a和b彼此独立工作。尽管如此，两个子系统a和b的测量结果可以一起合并和被共同处理，例如在传感器融合中完成。

在图16d所示的情况下，(从)mmic3被配置为不活动(例如，由于检测到的缺陷)并且不再能够将lo信号slo(t)转发到mmic4。类似于图16c的先前示例，可以重新配置mmic4成使得它作为附加主mmic(主b)工作。到目前为止的主mmic1(主b)可以与此独立地继续运行。与前面的示例中一样，雷达系统被“分解”成两个独立的子系统。子系统a包括到目前为止的主mmic1(主a)、从mmic2和从mmic6，总共有八个rx信道和四个tx信道。子系统b包括新的附加主mmic4(主b)，其现在生成lo信号slo’(t)并将其发送到从mmic5。子系统b因此具有四个rx信道和四个tx信道。

如果(从根据图16a的完全功能有效的系统)从mmic5或6中的一个失效，则不需要重新配置从mmic作为主mmic，并且系统可以利用十六个rx信道和四个tx信道继续运行。在该处要注意的是，参考图16a被解释的方案，根据该方案lo信号slo(t)从mmic继续转移到下一个mmic(类似于菊链)，已经在三个mmic的情况下是可能的。只要mmic链的中间mmic失效，则mmic链的两个“外部”mmic可以作为独立子系统继续工作。还应该指出，在根据图16a的完全功能有效的系统中，lo信号的分布不对称地发生，因为主mmic1的lo输出分别与4个mmic2-5串联耦合，而主mmic1的另一个lo输出仅与mmic6耦合。因此，由于lo信号分布的不同长度，不同的tx信道具有不同的相位。同样，由于lo信号分布中的hf信号线的不同长度，不同的rx信道具有不同的相位。

图17a-c示出了具有六个mmic1-6的雷达系统，其与图16a-d的系统非常相似地构造。与前面示例的不同之处在于lo信号slo(t)的(对称)分布，因此尤其是在非活动mmic的情况下，防止雷达系统分解成两个独立的子系统。在该实施例中，由于lo信号分布中的hf信号线的长度基本相同，所有tx信道具有相同的相位。同样，由于lo信号分布中的hf信号线的相同长度，不同的rx信道具有基本相同的相位。

在根据图17a的示例中，类似于图8和9，具有多个耦合器9a-d的耦合器装置被用于将来自主mmic2的lo信号slo(t)分配到所有从mmic1、6和3到5。与图8或图9不同，mmic1至6均具有lo输入loin和lo输出loout。在图17a所示的情况下(正常运行，所有mmic都功能有效)，mmic2被配置为主mmic。也就是说，主mmic2中的本地振荡器活动并产生lo信号slo(t)，lo信号在主mmic的lo输出loout处输出并传输到耦合器9a。耦合器9a将信号lo信号slo(t)转发到耦合器9b和从mmic3的lo输出，然而在所示的情况下，lo输出不是活动的。从mmic3的(非活动)lo输出loout被设计为使得没有或只有很小一部分输入信号功率被反射。耦合器9b将lo信号转发到耦合器9c和9d。

耦合器9c将到来的lo信号slo(t)分配给mmic1和2，也就是说，lo信号slo(t)被提供给从mmic1的lo输入loin以及主mmic2的lo输入loin。因此，由主mmic2输出的lo信号slo(t)也经由耦合器9a、9b和9c再次反馈到主mmic2。该自反馈使得到达mmic的lo信号slo(t)始终行进相等长度的信号路径，并且因此在mmic2至4的lo输入loin(其中rx信道布置在其中)处信号slo(t)基本上以相同的相位到达。

耦合器9d将到达的lo信号slo(t)分配给mmic3和4，即lo信号slo(t)被提供给从mmic3的lo输入loin以及从mmic4的lo输入loin。该从mmic5和6从mmic1或4接收lo信号slo(t)，如在图16的先前示例中那样。图17a所示的情况涉及上述第一运行模式(正常运行)。

图17b示出了一种情况，其中如图16b所示mmic1被配置为不活动。在这种情况下，mmic2不能再将lo信号转发到mmic6。然而，lo信号slo(t)从主mmic2到mmic3、4和5(通过耦合器9a、9b和9d)的分配以及通过耦合器9a、9b和9c的自反馈不受影响，并且由雷达系统保持由mmic2至5形成的具有四个tx信道和十二个rx信道的子系统功能有效。不需要mmic的重新配置(主模式/从模式)。mmic2继续以主模式工作，并且mmic3-5继续在从模式工作。但是，当处理数字雷达信号时必须考虑的是，只有rx和tx信道的一部分可用。这同样适用于图16的示例。

图17c示出了一种情况，其中，如图16c所示，mmic2不活动。在这种情况下，mmic2不能再为其他mmic提供lo信号slo(t)，并且因此mmic3被重新配置为使得它作为新的主mmic工作并生成lo信号(主模式)。在该运行模式中，mmic3将lo输出loout处的其本地振荡器的lo信号slo(t)输出到耦合器9a。耦合器9a将lo信号转发到耦合器9b，从那里lo信号slo(t)通过耦合器9c和9d进一步分配到mmic1、3和4，如已经参考图17a所述(mmic2在本示例中不活动)。在该处要注意的是，同样在图17c所示的情况下，从mmic3输出的lo信号slo(t)被反馈到mmic3(通过耦合器9a、9b和9d)。因此，从雷达系统保持由mmic1和3至6形成的具有八个tx信道和十二个rx信道的子系统功能有效。图17b和c中所示的情况示出了所提到的紧急运行(第二或第三运行模式)。

在mmic3失效的情况下(图17中未示出)，不需要重新配置从芯片。lo信号slo(t)从主mmic2到mmic1、4、5和6(通过耦合器9a、9b和9d)的分配以及通过耦合器9a、9b和9c的自反馈不被有缺陷/有故障的mmic3损坏；由雷达系统保持由mmic1、2和4至6形成的具有八个tx信道和十二个rx信道的子系统功能有效。但是，如已经描述的情况那样，在数字雷达信号的处理中必须考虑的是，只有rx和tx信道的一部分可用。在mmic1失效的情况下，如在图16的示例中所示，从mmic6也被包括mmic2到5的剩余的子系统切断，子系统然后可以仅用四个tx信道工作。这同样适用于mmic4的失效，从而mmic5由包括mmic1至3和6的剩余子系统切断。只要mmic1和4具有一个或多个附加lo输出，则可以连接具有集成tx信道的其它从mmic，以增加tx信道的数量。

最后应该注意的是，将rx信道和tx信道分成单独的芯片(mmic)可以具有优势。因此，rx和tx信道的这种分离能够避免芯片内的tx信道到rx信道的串扰(片上串扰)。tx信道可以集成到相对简单的hf功率放大器芯片中，其中不需要rx信道的相对复杂的电路。这样可以降低整个系统的成本。此外，可以在承载电板上实现更好的热量分布，在该承载电板上可以布置有芯片。而且，芯片在多个承载电板上的分布是可能的。

已经利用四个mmic可以类似于图16和17中所示而构造具有被布置在分离的mmic中的rx和tx信道的雷达系统，雷达系统在单个mmic(在有限程度上)失效的情况下保持功能有效。例如，在图16的系统中，可以省略mmic3和4，并且mmic5(具有集成tx信道的hf功率放大器芯片)连接到mmic2。在这种情况下，完整的系统具有八个rx信道和八个tx信道。如果具有集成tx信道(即mmic5和6)的hf功率放大器芯片之一失效，则具有四个tx信道和八个rx信道的子系统可以继续工作。如果具有rx信道(mmic1或2)的mmic之一失效，则具有四个tx信道和四个rx信道的子系统可以继续工作。如果主mmic1失效，则可以将mmic2重新配置为主设备。