一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片技术方案

本发明专利技术公开了一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片，包括压控振荡器和与压控振荡器连接的、用于控制提供基频和二倍频两路信号的细调谐电压输入接口和粗调谐电压输入接口，所述压控振荡器还依次连接有第一缓冲器、第三功率放大器、第一巴伦，所述第一巴伦还连接有本振信号输出端口；所述第一缓冲器还连接有分频器，分频器还连接有射频信号输出端口，所述压控振荡器还依次连接有第二缓冲器、第二巴伦、功分器，所述功分器还分别连接有第一功率放大器和第二功率放大器，所述第一功率放大器、第二功率放大器分别和第一信号发射端口、第二信号发射端口连接。

Transmitting chip for millimeter wave vehicle borne radar system

The invention discloses a method for transmitting chip millimeter wave radar system, including a voltage controlled oscillator and voltage control is used to control the voltage input interface provides the fine tuning frequency and two octave signals and coarse tuning voltage input interface connected to the oscillator, voltage controlled oscillator is respectively connected with the first buffer, the third power amplifier, the first balun, the first balun is connected with the signal output port; the first buffer is connected with a divider, the divider is connected with the RF signal output port, the VCO is sequentially connected with the second buffer, second balun, power divider, the the power divider is respectively connected with a first power amplifier and second power amplifier, the first power amplifier, power amplifier and second respectively the first signal transmitting port, channel second Launch port connection.

【技术实现步骤摘要】
一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片
本专利技术涉及射频/毫米波芯片设计技术、汽车雷达系统前端电路等领域，具体的说，是一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片。
技术介绍
雷达按照电磁波辐射能量的特点可以分为脉冲雷达和连续波雷达。和脉冲雷达相比，连续波雷达发射功率随时间无明显变化，更容易和射频前端兼容，结构简单因而成本较低，成为汽车前视雷达的主流技术。调频连续波（FMCW）雷达系统包括天线、射频收发前端、信号处理模块、报警装置和汽车控制单元。雷达利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波信号对其不断检测，射频收发前端通过天线接收回波信号并与发射信号进行差频处理，再送至后级信号处理模块，根据中频信号来探测目标的相对速度和距离等信息，向司机发出报警，使司机及时作出反应，同时雷达输出信号到达汽车控制单元，根据情况自动进行刹车或者减速，保证行车安全。FMCW雷达发射连续调制信号，信号频率在时域中按照调制电压的规律线性上升或者下降，常用的调制信号包括方波信号、锯齿波信号以及三角波信号等。图1为采用三角波调制形式的FMCW雷达测距原理示意图，上图为发射信号与接收信号的波形，下图为混频以后产生的中频信号。调频信号中心频率为fo，Tc为调频信号周期、Bc为调频带宽。信号上升过程，发射信号与接收信号的差频频率表示为fbup；信号下降过程，发射信号与接收信号的差频频率表示为fbdn。当目标处于静止状态，发射信号经过ΔT时间延迟被雷达接收，ΔT=2R/c,式中c为光速，R为雷达与目标之间的距离。此时上升和下降过程差频频率fbup=fbdn=fr1=f1-f2,雷达与目标物体之间的距离R=c•Tc•fr1/4Bc。如果目标正在移动，则反射信号包含一个由目标相对运动所引起的多普勒频移fd。fd=2Vr•fo/c，Vr为相对运动速度，多普勒频移会使得差频信号在上升和下降过程产生变化，其中信号上升过程的差频信号fbup=fr2-fd，信号下降过程的差频信号fbdn=fr2+fd，因此可以计算出雷达与目标相对速度Vr=c•（fbdn-fbup）/4fo，当目标正在靠近雷达时，相对速度取值为正；当目标远离雷达时，相对速度取值为负。基于距离R和相对速度Vr公式，可以进一步确定雷达系统处理距离和相对速度的分辨率。目标的检测主要通过雷达发射和接收的波束决定。通过集成多个天线、多个收发通道以及数字信号处理实现的数字波束形成系统，可以完成多路信号的处理，扩宽雷达监测的角度。此外，毫米波车载雷达系统还需要满足不同距离的应用要求，其中76GHz～77GHz频段用于远距离检测、77GHz～81GHz频段用于近距离检测，从而实现高精度数字波束形成系统。射频收发前端是雷达系统的核心模块。发射信号由发射机内部集成的压控振荡器在调制信号的作用下产生，其输出信号一部分经过功率放大器放大输出，一部分作为接收机本振信号与目标反射的回波信号进行混频。发射信号的幅度和相位噪声会影响信号频谱和噪声底板。相位噪声增加混频以后的中频信号噪声谱密度，降低雷达系统整体的信噪比。当应用在多个目标检测时，过高的相位噪声有可能使得远处部分目标反射产生的中频信号被位于雷达附近目标产生的更高功率的中频信号噪声边带所覆盖，导致系统无法将这些目标区分开来。现有的车载毫米波雷达发射芯片方案分为两种。一种采用分离器件的形式，通过单独的压控振荡器、倍频器以及功率放大器芯片实现调制信号的发射，该方案集成度较低、不利于汽车雷达小型化的需求。另一种方案采用全集成的形式，所有功能单元均在芯片内部实现。已有的覆盖76GHz～81GHz频段发射芯片方案需要采用两个压控振荡器分别实现远距离和近距离频段，芯片设计方案仍然较为复杂，需要增加巴伦、功率合成器等额外的电路配合两个振荡器共同工作，使得芯片面积较大，功耗也随之增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于远距离和近距离检测的车载毫米波雷达的发射芯片，该芯片基于晶体管截止频率fT=200GHz的SiGeBiCMOS工艺，结合雷达系统的接收芯片共同完成76GHz～81GHz频段收发信号的处理，通过集成低相位噪声的宽带压控振荡器和高输出功率放大器，实现发射芯片全集成、高性能、低成本和小型化。一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片，包括与压控振荡器连接的、用于控制提供基频和二倍频两路信号的细调谐电压输入接口和粗调谐电压输入接口，所述压控振荡器还依次连接有第一缓冲器、第三功率放大器、第一巴伦，所述第一巴伦还连接有本振信号输出端口；所述第一缓冲器还连接有十六分频器，十六分频器连接射频信号输出端口；所述压控振荡器还依次连接有第二缓冲器、第二巴伦、功分器，所述功分器还分别连接有第一功率放大器和第二功率放大器，所述第一功率放大器、第二功率放大器分别和第一信号发射端口、第二信号发射端口连接。具体地，第一功率放大器和第二功率放大器皆为多级级联功率放大器，所述第一功率放大器与第二功率放大器结构相同，皆包括三级级联的差分共射共基放大器。具体地，所述压控振荡器包括晶体管T1、T2，晶体管T1、T2的基极之间连接有第一细调谐电容支路，晶体管T1、T2发射极之间连接有第二细调谐电容支路和粗调谐电容支路。第二细调谐电容支路的两端分别和粗调谐电容支路的两端连接。进一步地，所述第一细调谐电容支路包括电阻R5、R6，变容二极管CVAR5、CVAR6和电容C7、C8。电阻R5、R6分别与变容二极管CVAR5和CVAR6连接并接入电容C7、C8的一端，电容C7、C8的另一端分别与晶体管T1、T2的基级连接。变容二极管CVAR5和CVAR6的公共端连接细调谐电压输入接口，变容二极管CVAR5和CVAR6另一端分别通过电阻R5和R6连接低电平VSS；细调谐电压输入接口给电路提供细调谐电压。所述第二细调谐电容支路包括电阻R1、R2，变容二极管CVAR1、CVAR2和电容C3、C4，电阻R1、R2分别与变容二极管CVAR1、CVAR2连接并接入电容C3、C4的一端，电容C3、C4的另一端分别与晶体管T1、T2的发射级连接。变容二极管CVAR1和CVAR2公共端同样连接细调谐电压输入接口，另一端分别通过电阻R1和R2连接低电平VSS；所述晶体管T1、T2的基极之间还通过传输线L1、L2连接，传输线L1、L2之间还连接有偏置电压接口，接收偏置电压；所述晶体管T1的基极和发射极之间还连接有电容C1，晶体管T2的基极和发射极之间还连接有电容C2。所述粗调谐电容支路包括电阻R3、R4，变容二极管CVAR3、CVAR4和电容C5、C6，电阻R3、R4分别与变容二极管CVAR3、CVAR4连接并接入电容C5、C6的一端，电容C5、C6的另一端分别与晶体管T1、T2的发射级连接。变容二极管CVAR3、CVAR4公共端连接粗调谐电压输入接口，另一端分别通过电阻R3和R4连接低电平VSS。所述晶体管T1、T2的发射极之间还通过传输线L3、L4形成通路，所述传输线L3、L4的一端通过传输线L11、电阻R7连接到低电平VSS，晶体管T1、T2的集电极之间连接有依次连接的传输线L5、L7、L8、L6，电容C9的一端连接在传输线L5、L7之间，电容C9的另一端连接在传输线L8、L6之间，所述晶体管T1、T2的集电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片，其特征在于，包括压控振荡器（1）和与压控振荡器（1）连接的、用于控制提供基频和二倍频两路信号的细调谐电压输入接口（13）和粗调谐电压输入接口（14），所述压控振荡器（1）还依次连接有第一缓冲器（2）、第三功率放大器（3）、第一巴伦（4），所述第一巴伦（4）还连接有本振信号输出端口（15）；所述第一缓冲器（2）还连接有分频器，分频器还连接有射频信号输出端口（16），所述压控振荡器（1）还依次连接有第二缓冲器（6）、第二巴伦（7）、功分器（8），所述功分器（8）还分别连接有第一功率放大器（10）和第二功率放大器（9），所述第一功率放大器（10）、第二功率放大器（9）分别和第一信号发射端口（17）、第二信号发射端口连接（18）。

【技术特征摘要】
1.一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片，其特征在于，包括压控振荡器（1）和与压控振荡器（1）连接的、用于控制提供基频和二倍频两路信号的细调谐电压输入接口（13）和粗调谐电压输入接口（14），所述压控振荡器（1）还依次连接有第一缓冲器（2）、第三功率放大器（3）、第一巴伦（4），所述第一巴伦（4）还连接有本振信号输出端口（15）；所述第一缓冲器（2）还连接有分频器，分频器还连接有射频信号输出端口（16），所述压控振荡器（1）还依次连接有第二缓冲器（6）、第二巴伦（7）、功分器（8），所述功分器（8）还分别连接有第一功率放大器（10）和第二功率放大器（9），所述第一功率放大器（10）、第二功率放大器（9）分别和第一信号发射端口（17）、第二信号发射端口连接（18）。2.根据权利要求1所述的一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片，其特征在于，所述分频器为十六分频器（5）。3.根据权利要求1所述的一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片，其特征在于，第一功率放大器（10）和第二功率放大器（9）皆为多级级联功率放大器，所述第一功率放大器（10）与第二功率放大器（9）结构相同，皆包括三级级联的差分共射共基放大器。4.根据权利要求1所述的一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片，其特征在于，所述压控振荡器（1）包括晶体管T1、T2，晶体管T1、T2的基极之间连接有第一细调谐电容支路，晶体管T1、T2发射极之间连接有第二细调谐电容支路和粗调谐电容支路；第二细调谐电容支路的两端分别和粗调谐电容支路的两端连接。5.根据权利要求4所述的一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片，其特征在于，所述第一细调谐电容支路包括电阻R5、R6，变容二极管CVAR5、CVAR6和电容C7、C8；电阻R5、R6分别与变容二极管CVAR5和CVAR6连接并接入电容C7、C8的一端，电容C7、C8的另一端分别与晶体管T1、T2的基级连接；变容二极管CVAR5和CVAR6的公共端连接细调谐电压输入接口（13），变容二极管CVAR5和CVAR6另一端分别通过电阻R5和R6连接低电平VSS；细调谐电压输入接口（13）给电路提供细调谐电压；所述第二细调谐电容支路包括电阻R1、R2，变容二极管CVAR1、CVAR2和电容C3、C4，电阻R1、R2分别与变容二极管CVAR1、CVAR2连接并接入电容C3、C4的一端，电容C3、C4的另一端分别与晶体管T1、T2的发射级连接；变容二极管CVAR1和CVAR2公共端同样连接细调谐电压输入接口（13），另一端分别通过电阻R1和R2连接低电平VSS；所述晶体管T1、T2的基极之间还通过传输线L1、L2连接，传输线L1、L2之间还连接有偏置电压接口，接收偏置电压；所述晶体管T1的基极和发射极之间还连接有电容C1，晶体管T2的基极和发射极之间还连接有电容C2；所述粗调谐电容支路包括电阻R3、R4，变容二极管CVAR3、CVAR4和电容C5、C6，电阻R3、R4分别与变容二极管CVAR3、CVAR4连接并接入电容C5、C6的一端，电容C5、C6的另一端分别与晶体管T1、T2的发射级连接；变容二极管CVAR3、CVAR4公共端连接粗调谐电压输入接口（14），另一端分别通过电阻R3和R4连接低电平VSS；所述晶体管T1、T2的发射极之间还通过传输线L3、L4形成通路，所述传输线L3、L4的一端通过传输线L11、电阻R7连接到低电平VSS，晶体管T1、T2的集电极之间连接有依次连接的传输线L5、L7、L8、L6，电容C9的一端连接在传输线L5、L7之间，电容C9的另一端连接在传输线L8、L6之间，所述晶体管T1、T2的集电极分别连接传输线L5、L6的一端，所述传输线L7、L8的公共端还通过传输线L9连接电源VCC。6.根据权利要求1所述的一种用于毫米波车载雷达系统的发射芯片，其特征在于，所述第一缓冲器（2）与第二缓冲器（6）结构相同，所述第一缓冲器（2）包括晶体管T3、T4，输入信号分别经隔直电容C12、C13输送给晶体管T3、T4基级，晶体管T3、T4基极分别连接R8、R9后相连；晶体管T3、T4集电级连接到电源VCC；晶体管T3发射极连接电阻R10的一端和晶体管T5基极，晶体管T4发射极连接电阻R11的一端和晶体管T6基极，电阻R10和R11另一端连接到低电平VSS；晶体管T5集电极通过传输线L13连接晶体管T7发射极，晶体管T6集电极通过传输线L14连接晶体管T8发射极，晶体管T5、T6发射极相连经传输线L19和电阻R12接地，晶体管T7和T8基级连接接收偏置电压，晶体管T7、T8集电级分...

【专利技术属性】
技术研发人员：万佳，谢军伟，赵新强，谢李萍，万彬，
申请(专利权)人：成都旋极星源信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51