DE102008054570A1 - FMCW-Radarsensor für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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Abstract
FMCW-Radarsensor für Kraftfahrzeuge, mit einem Hochfrequenzteil zum Erzeugen, Senden und Empfangen von Radarsignalen, einer Modulationseinrichtung (36) zur Steuerung der Frequenzmodulation des gesendeten Radarsignals, mindestens einer analogen Vorverarbeitungsstufe (48) für ein aus dem empfangenen Radarsignal gebildetes Zwischenfrequenzsignal (22), mindestens einer Analog/Digital-Wandlerstufe (50) und einem Prozessor zur Ansteuerung der Modulationseinrichtung (36) und zur Weiterverarbeitung von digitalen Signalen der Analog/Digital-Wandlerstufe (50), dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (36), die Vorverarbeitungsstufe (48) und die Analog/Digiral-Wandlerstufe (50) in einen einzigen Halbleiterbaustein (12) integriert sind, der außerdem eine Überwachungseinrichtung (62) und Register (44) zur Konfiguration und Überwachung der Komponenten des Halbleiterbausteins sowie eine Schnittstelle (52) zum Prozessor aufweist.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft einen FMCW-Radarsensor für Kraftfahrzeuge, mit einem Hochfrequenzteil zum erzeugen, senden und empfangen von Radarsignalen, einer Modulationseinrichtung zur Steuerung der Modulation des gesendeten Radarsignals, mindestens einer analogen Vorverabeitungsstufe für ein aus dem empfangenen Radarsignal gebildetes Zwischenfrequenzsignal, mindestens einer Analog/Digital-Wandlerstufe, und einem Prozessor zur Ansteuerung der Modulationseinrichtung und zur Weiterverarbeitung von digitalen Signalen der Analog/Digital-Wandlerstufe.
- Bei einem FMCW-Radarsensor (Frequency Modulated Continuous Wave) wird das Radarsignal kontinuierlich gesendet, dabei jedoch in seiner Frequenz rampenförmig moduliert. Aus
DE 10 2004 051 276 ist ein Radarsensor dieser Art bekannt, bei dem der Hochfrequenzteil und zumindest Teile der Modulationseinrichtung in einen einzigen Halbleiterbaustein, ein sogenanntes MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) integriert sind. Die übrigen Komponenten des Radarsensors werden durch getrennte analoge und digitale Funktionsbausteine gebildet, die speziell an den Aufbau und die jeweils gewünschte Arbeitsweise des Hochfrequenzteils angepaßt sind. - In Kraftfahrzeugen werden solche Radarsensoren generell in Verbindung mit Fahrerassistenzsystemen eingesetzt, beispielsweise zur automatischen Abstandsregelung, zur Kollisionswarnung und dergleichen. Da solche Systeme nicht nur zur Steigerung des Fahrkomforts dienen, sondern zunehmend auch sicherheitsrelevante Funktionen übernehmen, werden an die Zuverlässigkeit des Systems und damit auch an die Zuverlässigkeit des Radarsensors immer höhere Anforderungen gestellt.
- Offenbarung der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakt aufgebauten Radarsensor zu schaffen, der sich einfacher und zuverlässiger steuern und überwachen läßt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Modulationseinrichtung, die Vorverabeitungsstufe und die Analog/Digital-Wandlerstufe in einen einzigen Halbleiterbaustein integriert sind, der außerdem eine Überwachungseinrichtung und Register zur Konfiguration und Überwachung der Komponenten des Halbleiterbausteins sowie eine Schittstelle zum Prozessor aufweist.
- Der Halbleiterbaustein faßt somit die wesentlichen digitalen und analogen Komponenten zusammen, die unterhalb des Hochfrequenzbandes arbeiten. Ein wesentlicher Vorteil besteht neben der Verringerung der Baugröße vor allem darin, daß durch die integrierte Bauweise eine wesentlich intensivere und einfachere Überwachung der verschiedenen Funktionskomponenten und eine Absteuerung unabhängig von den Aufgaben des Mikroprozessors ermöglicht wird, die Störanfälligkeit und die Verlustleistung reduziert werden und die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert wird. Verschiedene Register, die ebenfalls in den Halbleiterbaustein integriert sind, ermöglichen es, den Halbleiterbaustein durch entsprechende Konfiguration an unterschiedlich aufgebaute und/oder unterschiedlich arbeitende Hochfrequenzteile anzupassen, so daß für den Einsatz des Halbleiterbausteins ein hohes Maß an Flexibilität erreicht wird. Dies ermöglicht es, den anwendungspezifischen Halbleiterbaustein (ASIC) in verhältnismäßig großen Stückzahlen und damit wirtschaftlich herzustellen.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Eine wesentliche Steigerung der Flexibilität wird dadurch erreicht, daß in dem Baustein ein Sequenzierer enthalten ist, mit dem sich für den Meßprozeß unterschiedliche zeitliche Abläufe und Modulationsschemata programmieren lassen. Das erlaubt eine ”Offline-Überwachung” und eine Entlastung des Mikroprozessors (keine Interrupts u. dgl.), so daß ein kostengünstigerer Prozessor verwendet werden kann.
- Eine standardisierte Schnittstelle zum Prozessor erlaubt es, als Prozessor einen Standard-Mikrocontroller einzusetzen.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in den Halbleiterbaustein außerdem ein Taktfrequenzoszillator – oder zumindest dessen elektronischer Teil – integriert, der eine einheitliche Taktfrequenz für sämtliche Funktionen des Halbleiterbausteins sowie vorzugsweise auch für den Mikrocontroller bereitstellt.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Radarsensors; und -
2 ein Blockdiagramm eines integrierten Halbleiterbausteins des Radarsensors nach1 . - Ausführungsform der Erfindung
- Der in
1 gezeigte Radarsensor umfaßt einen Hochfrequenzteil10 , einen integrierten Halbleiterbaustein12 zur Ansteuerung des Hochfrequenzteils und zur Vorverarbeitung des empfangenen Radarsignals, sowie einen Prozessor14 (beispielsweise einen Standard-Mikrocontroller), der Steuer- und Konfigurationsbefehle an den Halbleiterbaustein12 übermittelt und die in diesem Halbleiterbaustein vorverarbeiteten Daten weiter auswertet. - Der Hochfrequenzteil
10 hat einen für FMCW-Radars üblichen Aufbau und umfaßt eine Antennengruppe16 mit mehreren, im gezeigten Beispiel vier, Antennenpatches, die hier sowohl zum Senden des Radarsignals wie auch zum Empfang des Radarechos dienen (monostatisches Antennenkonzept). Das zu sendende Radarsignal wird von einem spannungsgesteuerten Hochfrequenzoszillator18 erzeugt. Die von den einzelnen Antennenpatches empfangenen Signale werden in Mischern20 mit dem Signal des Hochfrequenzoszillators18 gemischt, so daß man Zwischenfrequenzsignale22 erhält, die dann auf (vier) parallelen Kanälen an den Halbleiterbaustein12 übermittelt werden. - Steuerleitungen
24 und26 vom Halbleiterbaustein12 zum Hochfrequenzoszillator18 dienen zur Steuerung der Amplitudenmodulation und zur Frequenzabstimmung und -modulation des Oszillators. Ein vom Hochfrequenzoszillator18 geliefertes Rückkopplungssignal28 erlaubt eine Regelung des Hochfrequenzoszillators in einer Frequenzregelschleife (FFL) oder, in dem hier betrachteten Beispiel, einer Phasenregelschleife (PLL). - Der Halbleiterbaustein
12 kommuniziert mit dem Prozessor14 über einen digitalen Datenbus30 , beispielsweise einen 16 Bit Bus, und über Synchronisations- und Adressenleitungen32 und ist außerdem in der Lage, auf einer Leitung34 einen Reset-Befehl vom Prozessor14 zu empfangen. Umgekehrt liefert der Halbleiterbaustein12 an den Prozessor14 ein Taktsignal CLK, beispielsweise mit einer Frequenz von 40 MHz. - Der Aufbau des Halbleiterbausteins
12 ist in2 näher dargestellt. - Eine wesentliche analoge Funktionsgruppe des Halbleiterbausteins ist eine Modulationseinrichtung
36 zur Frequenzmodulation und -abstimmung des Hochfrequenzosziliators18 . Im gezeigten Beispiel umfaßt diese Modulationseinrichtung eine Basis-Phasenregelschleife (FM-PLL)38 , die mit einer Frequenz von beispielsweise 2 GHz arbeitet, und eine weitere Phasenregelschleife40 (MMIC-PLL), die dazu dient, auf der Grundlage des Signals der Basis-Phasenregelschleife den Hochfrequenzteil (MMIC) zu regeln, dessen Arbeitsfrequenzbad bei ca. 76 GHz liegt. Mit Hilfe dieser Komponenten wird die Frequenz des Hochfrequenzoszillators18 moduliert, beispielsweise in zeitlich aufeinanderfolgenden steigenden und fallenden Rampen. - Die Modulationseinrichtung
36 enthält außerdem eine zusätzliche Phasenregelschleife42 , die bei Bedarf zwischengeschaltet werden kann, um den Hub oder die Lage der Frequenzrampen zu modifizieren. - Die Modulationseinrichtung
36 kommuniziert mit einem Registerblock44 , der verschiedene Steuer- und Parameterregister für die Steuerung der Modulationseinrichtung36 sowie Fehlerregister zur Funktionsüberwachung enthält. - Zur Verarbeitung des vom Hochfrequenzoszillator
18 gelieferten Zwischenfrequenzsignals22 weist der Halbleiterbaustein12 einen Empfangspfad46 auf. Eine Vorverarbeitungsstufe48 dieses Empfangspfades besteht aus mehreren Blöcken, die das auf den vier Kanälen übermittelte Zwischenfrequenzsignal22 kanalweise aufbereiten. Diese Vorverarbeitungsblöcke umfassen insbesondere rauscharme Vorverstärker, Modulationsfilter, Anti-Alliasing-Filter, Offset-Kompensatoren und dergleichen. Wie in2 symbolisch dargestellt ist, sind diese Funktionsblöcke mehrfach vorhanden, im gezeigten Beispiel vierfach. Ihre Anzahl kann jedoch auch größer sein, so daß sich der Halbleiterbaustein12 wahlweise auch für Hochfrequenzteile mit mehr als vier Kanälen einsetzen läßt. - Eine Analog/Digital-Wandlersstufe
50 des Empfangspfades46 wird durch ADC-Blöcke gebildet und umfaßt Analog/Digital-Wandler (z. B. Sigma-Delta-ADC's), sowie variable Dezimatoren (Abtaster) und Filter (z. B. FIR-Filter) zur Abtastung und Filterung der digitalisierten Signale. Die Anzahl der ADC-Blöcke entspricht der Anzahl der Vorverarbeitungsblöcke. - Die von den ADC-Blöcken digital aufbereiteten Signale werden über eine standardisierte Schnittstelle
52 an den Prozessor14 ausgegeben oder wahlweise bis zum Abruf durch den Prozessor in einem Datenspeicher zwischengespeichert. - Weiterhin enthält der Halbleiterbaustein
12 einen Sequenzierer54 , der mit der Schnittstelle52 und mit dem Registerblock44 kommuniziert und sich (über den Prozessor14 ) so programmieren läßt, daß er die Prozeßabläufe für unterschiedliche Arbeitsweisen des Radarsensors steuern kann. Diese Arbeitsweisen können sich beispielsweise in der Art der Frequenzmodulation und in der Reihenfolge und dem Wiederholungsschema der Modulationsrampen unterscheiden. Beispielsweise sind neben einer FMCW-Arbeitsweise auch eine kontinuierliche Arbeitsweise (CW) sowie die Funktionen Step-FMCW oder Multiplex-FMCW programmierbar. Ebenso lassen sich verschiedene Amplitudenmodulationen programmieren, beispielsweise zur globalen Steuerung der Sendeleistung oder für unterschiedliche Impulsmodulationsmuster. Auch die Arbeitsweise der Vorverarbeitungsstufe48 und der Analog/Digtal-Wandlerstufe50 wird vom Sequenzierer54 gesteuert und damit an das jeweils versendete Modulationsschema angepaßt. Insbesondere können damit auch das Abtastmuster und die Lage der Abtastpunkte bei der Abtastung der digitalen Datenströme variiert werden. - Zur zeitlichen Koordination all dieser Funktionen enthält der Halbleiterbaustein
12 außerdem einen Taktsignaloszillator56 , der die verschiedenen Komponenten des Halbleiterbausteins12 sowie auch den Prozessor14 mit dem Taktsignal CLK versorgt. Zu diesem Taktsignaloszillator56 gehört als Frequenzreferenz auch ein extern angeschlossener Quarzresonator58 . - Ebenso weist auch die Modulationseinrichtung
36 Anschlüsse60 für externe Filterschaltungen auf. - Schließlich ist in den Halbleiterbaustein
12 eine interne Überwachungseinrichtung62 integriert, die hier als separater Block dargestellt ist, deren Funktionen jedoch verteilt auf dem gesamten Halbleiterbaustein implementiert sind, so daß der Betriebszustand und die einwandfreie Arbeitsweise sämtlicher Funktionskomponenten überwacht werden können und etwaige Fehler in den Fehlerregistern des Registerblocks44 festgehalten und dann über die Schnittstelle52 an den Prozessor14 gemeldet werden können. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004051276 [0002]
Claims (5)
- FMCW-Radarsensor für Kraftfahrzeuge, mit einem Hochfrequenzteil (
10 ) zum erzeugen, senden und empfangen von Radarsignalen, einer Modulationseinrichtung (36 ) zur Steuerung der Modulation des gesendeten Radarsignals, mindestens einer analogen Vorverabeitungsstufe (48 ) für ein aus dem empfangenen Radarsignal gebildetes Zwischenfrequenzsignal (22 ), mindestens einer Analog/Digital-Wandlerstufe (50 ), und einem Prozessor (14 ) zur Ansteuerung der Modulationseinrichtung (36 ) und zur Weiterverarbeitung von digitalen Signalen der Analog/Digital-Wandlerstufe (50 ), dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (36 ), die Vorverabeitungsstufe (48 ) und die Analog/Digital-Wandlerstufe (50 ) in einen einzigen Halbleiterbaustein (12 ) integriert sind, der außerdem eine Überwachungseinrichtung (62 ) und Register (44 ) zur Konfiguration und Überwachung der Komponenten des Halbleiterbausteins sowie eine Schittstelle (52 ) zum Prozessor (14 ) aufweist. - Radarsensor nach Anspruch 1, bei dem in den Halbleiterbaustein (
12 ) ein programmierbarer Sequenzierer (54 ) zur variablen Steuerung der Arbeitsabläufe der Modulationseinrichtung (36 ) und der Analog/Digital-Wandlerstufe (50 ) integriert ist. - Radarsensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in den Halbleiterbaustein (
12 ) ein Taktsignalgenerator (56 ) integriert ist, der die Funktionsgruppen dieses Halbleiterbausteins mit einem einheitlichen Taktsignal (CLK) versorgt. - Radarsensor nach Anspruch 3, bei dem der Taktsignalgenerator (
56 ) auch den Prozessor (14 ) mit dem Taktsignal (CLK) versorgt. - Radarsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterbaustein (
12 ) für die Steuerung unterschiedlicher Formen von Frequenz- und/oder Amplitudenmodulationen ausgelegt ist.
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EP09736963.1A EP2376937B1 (de) | 2008-12-12 | 2009-10-20 | Fmcw-radarsensor für kraftfahrzeuge |
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