TWI660591B - 物體位移相位偵測電路及物體位移相位偵測方法 - Google Patents

物體位移相位偵測電路及物體位移相位偵測方法 Download PDF

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Abstract

一種物體位移相位偵測電路，包含混合電路、類比轉數位轉換器、同相正交訊號產生單元及相位擷取單元。混合電路將載波訊號及第一類比訊號混頻產生第二類比訊號。類比轉數位轉換器根據第二類比訊號產生數位訊號。同相正交訊號產生單元根據數位訊號產生I路數位訊號及Q路數位訊號，以使相位擷取單元據以產生相位資訊。相位資訊相關於物體的移動資訊。同相正交訊號產生器可根據第一中頻參考訊號或與第二中頻參考訊號將數位訊號混頻，於頻帶進行濾波，及據以產生相關於I路數位訊號與Q路數位訊號之至少一組解析訊號。

Description

物體位移相位偵測電路及物體位移相位偵測方法
本發明關於一種物體位移相位偵測電路，尤指一種可於雙邊帶擷取相位資料的中頻載波物體位移相位偵測電路。
使用微波感應器發射電磁波，再根據受測物體反射之電磁波偵測受測物體，係目前可用的偵測方式。在先前的物體偵測技術中，可使用傳統的I/Q訊號直接轉換方式，從而擷取相位資訊。
然而，先前技術之工程成本不易降低，且不易使用單一的類比轉數位轉換器執行數位化。此外在訊號處理過程中，於直接轉換的射頻前端，直流偏移(DC offset)及閃爍雜訊(flicker noise)等缺失不易避免。因此之故，本領域仍待更佳的解決方案，以改善先前技術之缺點。
實施例提供一種物體位移相位偵測電路，用以偵測一受測物體的移動資訊，該物體位移相位偵測電路包含第一混合電路、類比轉數位轉換器、同相正交訊號產生單元。該第一混合電路用以將載波訊號及第一類比訊號混頻 後，產生第二類比訊號，其中該第一類比訊號係根據發射訊號被該受測物體反射而產生。該類比轉數位轉換器耦接於該第一混合電路，用以根據該第二類比訊號，產生第一數位訊號。該同相正交訊號產生單元耦接於該類比轉數位轉換器，用以根據該第一數位訊號，產生I路數位訊號及Q路數位訊號。該相位擷取單元，用以根據該I路數位訊號與該Q路數位訊號，產生一相位資訊，其中該相位資訊相關於該受測物體的移動資訊。其中，該同相正交訊號產生器包含混合單元、濾波單元及解析訊號產生單元。該混合單元用以根據第一中頻參考訊號或與第二中頻參考訊號將該第一數位訊號混頻，以分別產生第一混頻訊號及一第二混頻訊號。濾波單元用以將該第一混頻訊號及該第二混頻訊號於頻段進行濾波，以產生至少第一濾波訊號。該解析訊號產生單元用以根據至少該第一濾波訊號以產生至少一組解析訊號，其中至少該組解析訊號與該I路數位訊號與該Q路數位訊號有關。
另一實施例提供一種物體位移相位偵測方法，用以偵測一受測物體的移動資訊，該方法包含將載波訊號及第一類比訊號混頻後，產生第二類比訊號，其中該第一類比訊號係根據發射訊號被該受測物體反射而產生；根據該第二類比訊號，產生第一數位訊號；根據該第一數位訊號，產生I路數位訊號及Q路數位訊號；及根據該I路數位訊號與該Q路數位訊號，產生相位資訊，其中該相位資訊相關於該受測物體的移動資訊。該方法更包括根據第一中頻參考訊號與第二中頻參考訊號將該第一數位訊號混頻，以分別產生第一混頻訊號及第二混頻訊號；將該第一混頻訊號及該第二混頻訊號於頻段進行濾波，以產生至少一第一濾波訊號；及根據至少該第一濾波訊號以產生至少一第一組解析訊號，其中至少該第一組解析訊號與該I路數位訊號與該Q路數位訊號有關。
100、600‧‧‧物體位移相位偵測電路
fc‧‧‧載波訊號
A、G‧‧‧混合電路
B‧‧‧類比轉數位轉換器
C‧‧‧同相正交訊號產生器
DP、C51‧‧‧相位擷取單元
H‧‧‧數位轉類比轉換器
C1‧‧‧混合單元
C2‧‧‧濾波單元
C3‧‧‧解析訊號產生單元
C4‧‧‧運算單元
X(f),x(t)‧‧‧發射訊號
R(f)、r(t)、V(f)、v(t)‧‧‧類比訊號
V(n)、y(n)、Y(f)‧‧‧數位訊號
yI(n)‧‧‧I路數位訊號
yQ(n)‧‧‧Q路數位訊號
fs‧‧‧取樣率
Phi‧‧‧相位資訊
fIF‧‧‧中頻頻率
dI(n)、dQ(n)、d(n)、D(f)‧‧‧濾波訊號
C11、C12‧‧‧混合電路
C21、C22‧‧‧低通濾波器
C23、C24‧‧‧高通濾波器
C31、C32‧‧‧解析訊號產生次單元
C311、C321‧‧‧延遲單元
C312、C322‧‧‧線性轉換單元
C431、C432‧‧‧加法單元
C43‧‧‧調整運算單元
C441、C442‧‧‧混合器
St1、St2、St‧‧‧轉換訊號
Sd1、Sd2、Sd‧‧‧延遲訊號
p1‧‧‧第一中頻參考訊號
p2‧‧‧第二中頻參考訊號
Sa1、Sa2‧‧‧調整訊號
Vd‧‧‧速度偵測值
C5‧‧‧相位產生單元
C52‧‧‧零頻直流估計單元
wI(n)‧‧‧I路零頻直流訊號
wQ(n)‧‧‧Q路零頻直流訊號
Ø‧‧‧相位值
600‧‧‧物體位移相位偵測系統
ANTx‧‧‧發射單元
ANTr‧‧‧接收單元
E、F‧‧‧參考訊號產生單元
Phi‧‧‧相位資訊
fd‧‧‧位移頻率
Ax、Ar‧‧‧放大電路
800‧‧‧物體位移相位偵測方法
810至840、910至930、1010至1050、1110至1150‧‧‧步驟
第1圖係實施例之物體位移相位偵測電路的示意圖。
第2圖係第1圖之同相正交訊號產生器的示意圖。
第3圖係實施例中，第1圖之同相正交訊號產生器的示意圖。
第4圖係實施例中，第2圖之運算單元的示意圖。
第5圖係另一實施例中，第2圖之運算單元的示意圖。
第6圖係另一實施例中，第1圖之同相正交訊號產生器的示意圖。
第7圖係另一實施例中，物體位移相位偵測電路的示意圖。
第8圖係第1圖之實施例的物體位移相位偵測方法的流程圖。
第9圖係第2圖之實施例中，物體位移相位偵測方法的流程圖。
第10圖係第3圖之實施例中，物體位移相位偵測方法的流程圖。
第11圖係第6圖的實施例中，物體位移相位偵測方法的流程圖。
第12圖可為第1圖至第7圖的發射訊號、接收訊號及類比訊號於頻域的示意圖。
第13圖係實施例中，第3圖及第6圖之混合訊號及取樣訊號的示意圖。
第14圖係偵測受測物體的正速度時，數位訊號於頻域的示意圖
第15圖係偵測受測物體的負速度時，數位訊號於頻域的示意圖
第1圖係實施例之物體位移相位偵測電路100的示意圖。第1圖揭露設置於發射端的數位轉類比電路H、混合電路G、發射單元ANTx，與設置於接收端的接收單元ANTr、物體位移相位偵測電路100，以及參考訊號產生單元E、參考訊號產生單元F。物體位移相位偵測電路100可用以偵測受測物體obj的移動資訊，例如可對應於因受測物體obj的位移而產生的相位資訊。物體位移相位偵測 電路100可包含混合電路A，類比轉數位轉換器B，同相正交訊號產生器C，相位擷取單元DP。參考訊號產生單元E可用以產生與中頻頻率fIF有關的第一中頻參考訊號p1以及第二中頻參考訊號p2至物體位移相位偵測電路100，以及產生具有中頻頻率fIF的中頻訊號至數位轉類比電路H。參考訊號產生單元F可用以提供高頻載波訊號fc至物體位移相位偵測電路100以及混合電路G。
第2圖係第1圖之同相正交訊號產生器C的示意圖。同相正交訊號產生器C可包含混合單元C1，濾波單元C2，解析訊號產生單元C3，及選擇性地包含運算單元C4。換言之，根據實施例，同相正交訊號產生器C有可能包含或不包含運算單元C4，其述於後文。
如第1圖，混合電路A可混頻高頻載波訊號fc及類比訊號r(t)，及據以產生類比訊號v(t)。其中，類比訊號r(t)於頻域可表示為R(f)，且類比訊號v(t)於頻域可表示為V(f)。其中，類比訊號r(t)係根據發射訊號x(t)被受測物體obj反射而產生。
如第1圖，類比轉數位轉換器B，例如是單一的類比轉數位轉換器B，可耦接於混合電路A，用以接收類比訊號v(t)執行類比轉數位轉換，從而產生數位訊號V(n)。其中，n可轉為數位後的時間變數。類比轉數位轉換器B可具有取樣率fs。
如第1圖，同相正交訊號產生器C可耦接於該類比轉數位轉換器B，用以根據數位訊號V(n)，產生I路數位訊號yI(n)及Q路數位訊號yQ(n)。其中，I路數位訊號yI(n)及Q路數位訊號yQ(n)可互為同相正交之訊號。同相正交訊號產生器C 可具有分相(phase split)功能。同相正交訊號產生器C可為數位I/Q訊號產生器。考量I/Q調變，可將I路數位訊號yI(n)及Q路數位訊號yQ(n)對應於數位訊號y(n)，如y(n)=yI(n)+j．yQ(n)，且數位訊號y(n)於頻域可表示為數位訊號Y(f)。圖中的ADC字樣表示類比轉數位轉換器。I路數位訊號yI(n)及Q路數位訊號yQ(n)可為基頻載波之I/Q訊號。
相位擷取單元DP可用以根據I路數位訊號yI(n)與Q路數位訊號yQ(n)，產生相位資訊(phase information)Phi，其中相位資訊Phi可相關於受測物體obj的移動資訊，例如是位移量。
同相正交訊號產生器C中，混合單元C1可根據據第一中頻參考訊號p1與第二中頻參考訊號p2，將數位訊號V(n)混頻，以分別產生混頻訊號uI(n)及混頻訊號uQ(n)。第一中頻參考訊號p1與第二中頻參考訊號p2例如分別是第一中頻弦波訊號p1與第二中頻弦波訊號p2。濾波單元C2可將混頻訊號uI(n)及uQ(n)於一預定的頻段(frequency band)進行濾波，以產生至少一濾波訊號。解析訊號產生單元C3可根據濾波單元的輸出，產生至少一組解析訊號(analytic signal)，其中該組解析訊號與I路數位訊號yI(n)及Q路數位訊號yQ(n)有關。舉例而言，所述的解析訊號可為不具有負頻率分量的複值函數(complex-valued function)訊號。
第3圖係實施例中，第1圖之同相正交訊號產生器C的示意圖。第3圖所示的同相正交訊號產生器C可為非同調(incoherent)的數位I/Q訊號產生器。
如第3圖，混合單元C1可混頻第一中頻弦波訊號p1及數位訊號V(n) 以產生混頻訊號uI(n)，及混頻第二中頻弦波訊號p2及數位訊號V(n)以產生混頻訊號uQ(n)。其中，混頻訊號uI(n)及混頻訊號uQ(n)可分別相關於數位訊號V(n)的I路部份與Q路部份。混頻訊號uI(n)及uQ(n)可於頻域對應於訊號U(f)，訊號U(f)於數位的時域可表示為u(n)。根據實施例，混合單元C1可如第3圖，具有混合電路C11與C12。
如第3圖，濾波單元C2可用以將混頻訊號uI(n)及uQ(n)於頻段進行濾波，以分別產生濾波訊號dI(n)及濾波訊號dQ(n)。濾波訊號dI(n)及dQ(n)可於頻域對應訊號D(f)，及於時域對應訊號d(n)。
如第3圖，解析訊號產生單元C3可用以根據濾波訊號dI(n)及濾波訊號dQ(n)分別產生第一組解析訊號(Analytic signal)，及第二組解析訊號。解析訊號產生單元C3可包含解析訊號產生次單元C31與解析訊號產生次單元C32。解析訊號產生次單元C31可根據濾波訊號dI(n)產生第一組解析訊號，包含延遲訊號Sd1與線性轉換訊號St1。解析訊號產生次單元C32可根據濾波訊號dQ(n)產生第二組解析訊號，包含延遲訊號Sd2與線性轉換訊號St2。
第4圖係實施例中，第2圖之運算單元C4的示意圖。運算單元C4可包含加法單元C431及加法單元C432。加法單元C431可根據延遲訊號Sd1與線性轉換訊號St2產生I路數位訊號yI(n)。加法單元C432可根據線性轉換訊號St1與延遲訊號Sd2產生Q路數位訊號yQ(n)。根據實施例，加法單元C431可執行減法運算，且加法單元C432執行加法運算。
第5圖係另一實施例中，第2圖之運算單元C4的示意圖。如第5圖，運 算單元C4可更包含調整運算單元C43，用以根據速度偵測值Vd調整線性轉換訊號St1與線性轉換訊號St2之極性，以分別提供給加法單元C432與加法單元C431。舉例來說，如第5圖，調整運算單元C43可包含混合器C441及C442。混合器C441可耦接於解析訊號產生次單元C31，以接收線性轉換訊號St1，且接收速度偵測值Vd，從而混合線性轉換訊號St1與速度偵測值Vd，以產生調整訊號Sa1。混合器C442可耦接於解析訊號產生次單元C32，以接收線性轉換訊號St2，且接收速度偵測值Vd，從而混合線性轉換訊號St2與速度偵測值Vd，以產生調整訊號Sa2。根據實施例，當偵測物體具有正速度，則速度偵測值Vd可為正值(例如+1)，而當偵測物體具有負速度，則速度偵測值Vd可為負值(例如-1)，故可設置切換開關以切換及選擇速度偵測值Vd之數值。
根據實施例，第2圖所示的濾波單元C2，可如第3圖所示，包含低通濾波器C21及低通濾波器C22。低通濾波器C21與C22可用以執行低通濾波。低通濾波器C21可耦接於混合單元C1，以接收混頻訊號uI(n)，執行低通濾波，從而產生取樣訊號sI(n)。低通濾波器C22可耦接於混合單元C1，以接收混頻訊號uQ(n)，執行低通濾波，從而產生取樣訊號sQ(n)。根據實施例，低通濾波器C21與C22可具有抽取濾波器(decimation filter)的功能，低通濾波器C21與C22還可執行降取樣(downsampling)操作。其中，降取樣操作的倍數可為M。取樣訊號sI(n)及sQ(n)可分別對應於I路調變部份及Q路調變部份。取樣訊號sI(n)及sQ(n)可於頻域對應於取樣訊號S(f)。根據實施例，第2圖所示的濾波單元C2，亦可省略第3圖之低通濾波器C21及低通濾波器C22。
根據實施例，第2圖所示的濾波單元C2，可如第3圖所示，包含高通濾波器C23及高通濾波器C24。高通濾波器C23及C24可分別耦接於低通濾波器 C21及C22，用以分別對於取樣訊號sI(n)及sQ(n)執行高通濾波，以分別產生濾波訊號dI(n)及dQ(n)。高通濾波訊號dI(n)及dQ(n)可分別對應於I路調變部份及Q路調變部份。高通濾波器C23與C24可用以移除訊號的直流(DC)部份，故可減少訊號中，位於直流的旁漏(leakage)部份。
根據實施例，如前述，第1圖之解析訊號產生單元C3可包含解析訊號產生次單元C31與C32，其中，解析訊號產生次單元C31可包含延遲單元C311及線性轉換單元C312，且解析訊號產生次單元C32可包含延遲單元C321及線性轉換單元C322。
其中，延遲單元C311可接收及延遲濾波訊號dI(n)，且據以輸出延遲訊號Sd1。線性轉換單元C312可用以接收濾波訊號dI(n)，執行線性轉換，及據以輸出轉換訊號St1，延遲單元C311之延遲量用以補償線性轉換單元C312所造成的訊號延遲。延遲單元C321可接收及延遲濾波訊號dQ(n)，且據以輸出延遲訊號Sd2。線性轉換單元C322可用以接收濾波訊號dQ(n)，執行線性轉換，及據以輸出轉換訊號St2，延遲單元C321之延遲量用以補償線性轉換單元C322所造成的訊號延遲。根據實施例，線性轉換單元C312、C322可為(但不限於)希爾柏特轉換(Hilbert transform)單元。
根據第3圖之實施例，第一中頻弦波訊號p1與第二中頻弦波訊號p2例如是中頻弦波訊號，第一中頻弦波訊號p1可為cos(2πnfIF/fs)，且第二中頻弦波訊號p2可為sin(2πnfIF/fs)，其中fIF可對應於中頻頻率。第一中頻弦波訊號p1及第二中頻弦波訊號p2實質上可具有90度的相位差。舉例而言，中頻頻率fIF的頻率值為數百千赫茲至數百萬赫茲。
第6圖係另一實施例中，第1圖之同相正交訊號產生器C的示意圖。第6圖所示的同相正交訊號產生器C可為同調(coherent)的數位I/Q訊號產生器。根據第6圖的實施例，第1圖之濾波單元C2包含高通濾波器C53，用以對取樣訊號sI(n)執行高通濾波，以產生濾波訊號dI(n)。第6圖之濾波訊號dI(n)，可對應地表示為d(n)。
根據第6圖的實施例，第2圖的解析訊號產生單元C3可包括解析訊號產生次單元C531，用以根據濾波訊號dI(n)產生延遲訊號Sd與線性轉換訊號St。其中解析訊號產生單元C3產生的該組解析訊號，可包括延遲訊號Sd與線性轉換訊號St。
根據實施例，解析訊號產生次單元C531可包含延遲單元C541及線性轉換單元C542。延遲單元C541可延遲濾波訊號dI(n)以產生延遲訊號Sd。線性轉換單元C542可對濾波訊號dI(n)執行線性轉換以產生線性轉換訊號St，延遲單元C541之延遲量用以補償線性轉換單元C542所造成的訊號延遲。根據實施例，線性轉換單元C542可為(但不限於)希爾柏特轉換單元。
根據實施例，第6圖之延遲訊號Sd可為I路數位訊號yI(n)，及線性轉換訊號St可為Q路數位訊號yQ(n)。
根據另一實施例，如第6圖所示，同相正交訊號產生器C可更包括運算單元C4，運算單元C4可包含調整運算單元C43，用以根據速度偵測值Vd調整線性轉換訊號St之極性，以調整Q路數位訊號yQ(n)。舉例來說，調整運算單元C43 可為乘法器，當偵測物體的正速度，速度偵測值Vd可為正值(如+1)，速度偵測值Vd可為負值(如-1)。
如第6圖所示，同相正交訊號產生器C可另包含相位產生單元C5，用以根據取樣訊號sI(n)及取樣訊號sQ(n)產生相位值-Ø。相位值-Ø可對應於訊號的旁漏(leakage)部份。
如第6圖所示，物體位移相位偵測電路100可更包括參考訊號產生單元E，可設置於參考端或傳送端，用以根據相位值-Ø，產生與中頻頻率fIF有關的第一中頻弦波訊號p1與第二中頻弦波訊號p2，以及以及產生具有中頻頻率fIF的中頻訊號至第1圖傳送端的數位轉類比電路H。根據第6圖的實施例，第一中頻弦波訊號p1與第二中頻弦波訊號p2例如是中頻弦波訊號，第一中頻弦波訊號p1可表示為cos(2 π nfIF/fs-Ø)，且第二中頻弦波訊號p2可表示為sin(2 π nfIF/fs-Ø)。第一中頻弦波訊號p1與第二中頻弦波訊號p2可實質上有90度的相位差。根據實施例，參考訊號產生單元E可包含於同相正交訊號產生器C之中，也可於同相正交訊號產生器C之外部。
如第6圖，相位產生單元C5可包括零頻直流估計單元C52及相位擷取單元C51。零頻直流估計單元C52可根據取樣訊號(sI(n)及取樣訊號sQ(n)產生I路零頻直流訊號wI(n)及Q路零頻直流訊號wQ(n)。相位擷取單元C51可用以I路零頻直流訊號wI(n)及Q路零頻直流訊號wQ(n)產生該相位值-Ø。
第6圖中，相位產生單元C5形成的迴圈結構可得出旁漏部份的資訊，從而調整第一中頻弦波訊號p1與第二中頻弦波訊號p2之相位，使零頻直流Q路部 分wQ(n)最小化，並使偵測物體反射訊號盡量投影在低通濾波器I路訊號。
如第6圖，濾波單元C2可包含低通濾波器C521及低通濾波器C522。低通濾波器C521可對混頻訊號uI(n)執行低通濾波，以產生取樣訊號sI(n)。低通濾波器C522可對混頻訊號uQ(n)執行低通濾波，以產生取樣訊號sQ(n)。根據實施例，低通濾波器C521及C522可具有抽取濾波器的功能，且可執行降取樣，其中降取樣的倍數可為M。根據實施例，第2圖所示的濾波單元C2，亦可省略第6圖之低通濾波器C521及低通濾波器C522。
以下係實施例中可推導的計算。如第3圖至第6圖所示，使用中頻載波雷達可進行一物體移動資訊的偵測，例如是以物體的位移量進行生命跡象偵測。受測物體及接收單元(例如天線)的距離，可約為數公尺。所偵測的位移量，可例如約1至2公分。若所選擇的中頻頻率約為數百仟赫茲，可求第3圖中，由高通濾波器輸出的訊號d(n)，若以時域表示為d(t)可參見以下計算。
其中D1可包含第1圖的發射端之數位電路到發射單元ANTx的延遲，及接收端的接收單元ANTr至數位電路的延遲。
ΔR(n)為物體的移動資訊，例如是位移量。
G代表此數位訊號的強度，例如包括傳送訊號功率power大小、物體反射幅設大小、發射單元ANTx增益、接收單元ANTr增益、接收端增益…等。
其中，算式-1可對應於第3圖中非同調(incoherent)的電路，d(n)可對應於高通濾波器輸出的訊號。算式-2可對應於第6圖中同調(coherent)的電路，d(n)可對應於高通濾波器輸出的訊號。
若物體的速度為v=dR(t)/dt且不至於過小，且速度的極性為已知，則可對複數的(complex-numbered)d(n)執行線性轉換，例如希爾柏特轉換，此可用於非同調(incoherent)的電路。或者，可對實數的(real-numbered)d(n)執行線性轉換，例如希爾柏特轉換，此可用於同調(coherent)的電路。經線性轉換，可得以下的解析訊號： 其中，ψ'與D1雷同類似，可包含圖的發射端之數位電路到發射單元ANTx的延遲，及接收端的接收單元ANTr至數位電路的延遲造成的相位差。
因此，物體的移動資訊，例如是位移量，也就是ΔR(n)，可包含在對應於y(n)的相位值中。
第7圖係另一實施例中，物體位移相位偵測電路600的示意圖。物體位移相位偵測電路600可包含參考訊號產生單元E，混合電路G，參考訊號產生單元F，發射單元ANTx，接收單元ANTr，混合電路A，類比轉數位轉換器B，同相正交訊號產生器C，及相位擷取單元DP。
其中，混合電路A、類比轉數位轉換器B、同相正交訊號產生器C及相位擷取單元DP可如上述，故不重述。
根據實施例，參考訊號產生單元E可用以產生第一中頻弦波訊號p1，第二中頻弦波訊號p2及具有中頻頻率fIF的中頻訊號。如上述，第一中頻弦波訊號p1及第二中頻弦波訊號p2可相關於具有中頻頻率fIF的中頻訊號，如第1圖、第3圖及第6圖之實施例所示。參考訊號產生單元F可用以提供高頻載波訊號fc。參考訊號產生單元F可設置於參考端或傳送端。
根據實施例，混合電路G可用以將高頻載波訊號fc及具有中頻頻率fIF的中頻訊號混頻後，產生發射訊號x(t)，從而使發射單元ANTx可將發射訊號x(t)無線發射，以根據都卜勒雷達之原理，偵測待測物體obj的移動資訊。發射訊號x(t)於頻域可表示為X(f)。
根據實施例，物體位移相位偵測電路600可選擇性地更包含數位轉類比電路H。數位轉類比電路H可將具有中頻頻率fIF的中頻訊號由數位訊號轉為類比訊號。圖中的DAC字樣係指數位轉類比電路。
根據另一實施例，當參考訊號產生單元E係用以產生類比訊號，則可不使用第7圖之數位轉類比電路H，但可另設置類比轉數位轉換器(未繪出)於參考訊號產生單元E及同相正交訊號產生器C之間。
根據實施例，可選擇性地設置放大電路Ax於混合電路G及發射單元 ANTx之間，用以放大發射訊號x(t)。此外，可選擇性地設置放大電路Ar於混合電路A及接收單元ANTr之間，用以放大經待測物體obj的反射所產生的類比訊號r(t)。發射單元ANTx及接收單元ANTr可包含天線裝置。
根據實施例，上述的中頻頻率fIF的值可為數百仟至數百萬赫茲。所偵測的待測物體obj的移動範圍可為小位移，故舉例而言，可用以偵測生命跡象(vital sign)。
根據實施例，物體位移相位偵測電路的數位部份，例如參考訊號產生單元E、同相正交訊號產生器C，及相位擷取單元DP，是以數位電路的形式實施。在另一實施例中，物體位移相位偵測電路的數位部份亦可為被儲存在非揮發性記憶體(例如是韌體)中的一個或數個軟體模組，以被一數位訊號處理器(DSP)讀取並執行的形式實施。在又一實施例中，物體位移相位偵測電路的數位部份亦可為部份數位電路與部份由數位訊號處理器執行的軟體模組的形式合併實施。
第8圖係第1圖之實施例的物體位移相位偵測方法800的流程圖。物體位移相位偵測方法800可包含：步驟810：將載波訊號fc及類比訊號R(f)混頻後，產生類比訊號V(f)，其中類比訊號R(f)係根據發射訊號X(f)被受測物體obj反射而產生；步驟820：根據類比訊號V(f)，產生數位訊號V(n)；步驟830：根據數位訊號V(n)，產生I路數位訊號yI(n)及Q路數位訊號yQ(n)；及步驟840：根據I路數位訊號yI(n)及Q路數位訊號yQ(n)，產生相位資 訊Phi，其中相位資訊Phi係相關於受測物體obj的移動資訊。
第9圖係第2圖之實施例中，物體位移相位偵測方法的流程圖。根據實施例，第9圖之流程可包含於第8圖的步驟830中。第9圖可包含以下步驟：步驟910：根據第一中頻參考訊號p1與第二中頻參考訊號p2將第一數位訊號V(n)混頻，以分別產生混頻訊號uI(n)及混頻訊號uQ(n)；步驟920：將混頻訊號uI(n)及混頻訊號uQ(n)於頻段進行濾波，以產生至少一濾波訊號；及步驟930：根據該濾波訊號以產生至少一組解析訊號，其中該組解析訊號係相關於I路數位訊號yI(n)及Q路數位訊號yQ(n)。
第9圖之步驟920的濾波訊號，可例如為上述的濾波訊號dI(n)及dQ(n)之至少一者。步驟930的解析訊號，可例如為第3圖之延遲訊號Sd1及Sd2，及線性轉換訊號St1及St2，或為第6圖之延遲訊號Sd與線性轉換訊號St。
第10圖係第3圖之實施例中，物體位移相位偵測方法的流程圖，第10圖的流程可包含以下步驟：步驟1010：將混頻訊號uI(n)及混頻訊號uQ(n)於頻段進行濾波，以分別產生濾波訊號dI(n)及濾波訊號dQ(n)；步驟1020：根據濾波訊號dI(n)產生延遲訊號Sd1與線性轉換訊號St1；步驟1030：根據濾波訊號dQ(n)產生延遲訊號Sd2與線性轉換訊號St2；步驟1040：根據延遲訊號Sd1與線性轉換訊號St2產生I路數位訊號yI(n)；及 步驟1050：根據線性轉換訊號St1與延遲訊號Sd2產生Q路數位訊號yQ(n)。
其中，步驟1010可對應於第9圖的步驟920，步驟1020至1050可對應於步驟930。步驟1020中，延遲訊號Sd1與線性轉換訊號St1可包括於第一組解析訊號中。步驟1030中，延遲訊號Sd2與線性轉換訊號St2可包括於第二組解析訊號中。
第11圖係第6圖的實施例中，物體位移相位偵測方法的流程圖。第11圖的物體位移相位偵測方法可包含：步驟1110：使用混頻訊號uI(n)及混頻訊號uQ(n)執行低通濾波以分別產生取樣訊號sI(n)及取樣訊號sQ(n)；步驟1120：對取樣訊號sI(n)執行高通濾波以產生濾波訊號dI(n)；步驟1130：根據濾波訊號dI(n)產生延遲訊號Sd與線性轉換訊號St；步驟1140：根據取樣訊號sI(n)及取樣訊號sQ(n)產生相位值-Ø；及步驟1150：根據相位值-Ø產生與中頻頻率fIF有關的第一中頻參考訊號p1與第二中頻參考訊號p2。
其中，步驟1110及1120可對應於步驟920。步驟1130中，延遲訊號Sd與線性轉換訊號St可包含於一組解析訊號。步驟1140及1150可對應於第6圖中，相位產生單元C5形成的迴圈構造。
第12圖可為第1圖至第7圖的發射訊號X(f)、接收訊號R(f)及類比訊號V(f)於頻域的示意圖。如第12圖所示，發射訊號X(f)、接收訊號R(f)及類比訊號V(f)可為雙邊帶訊號。發射訊號X(f)之訊號成份可位於(fc±fIF)及(-fc±fIF)。經受測物體obj的反射後，接收訊號R(f)之訊號成份可位於(fc+fd±fIF)及(-(fc+fd)± fIF)。其中，受測物體obj的位移量可反應於位移頻率fd。於接收訊號R(f)的頻域圖中，可見到旁漏部份的訊號成份，其可為發射單元ANTx及接收單元ANTr之間的旁漏部份。經混合電路A處理後，類比訊號V(f)的訊號成份可位於(fIF±fd)及(-fIF±fd)。
第13圖係實施例中，第3圖及第6圖之混合訊號U(f)及取樣訊號S(f)的示意圖。如第13圖所示，混合訊號U(f)之訊號成份可位於零頻、±fd及(-2×fIF±fd)，其中，根據類比轉數位轉換器B之取樣率fs，奈奎斯特(Nyquist)頻率可為(-fs/2)及fs/2。
經執行低通濾波及降取樣，取樣訊號S(f)之訊號成份可位於零頻及±fd，其中，由於低通濾波單元器執行降取樣的倍數可為M，故奈奎斯特頻率可為(-fs/2M)及fs/2M。
第14圖及第15圖係實施例中，第3圖及第6圖之數位訊號Y(f)的示意圖。第14圖係偵測受測物體obj的正速度時，數位訊號Y(f)於頻域的示意圖，如第14圖所示，數位訊號Y(f)的訊號成份可位於位移頻率fd，故可據以求得物體obj的位移量及空間資訊。第14圖之實施例中，第3圖及第6圖之速度偵測值Vd可為正值。
第15圖係偵測受測物體obj的負速度時，數位訊號Y(f)於頻域的示意圖，如第15圖所示，數位訊號Y(f)的訊號成份可位於位移頻率-fd，故可據以求得物體obj的位移量。第15圖之實施例中，第3圖及第6圖之速度偵測值Vd可為負值。
由第14圖及第15圖可見，位於直流零頻的旁漏部份可被高通濾波器移除，從而可減少旁漏部份的影響，此外，亦可減少位於直流零頻的直流偏移及閃爍雜訊等。
綜上，實施例提供的物體位移相位偵測電路，物體位移相位偵測系統及物體位移相位偵測方法，可實現於雙邊帶上擷取相位資訊的數位中頻載波都卜勒雷達。實施例中，所使用的載波頻率fc可為實質上固定，而非變動掃頻方式。根據實施例，可求得相位資料，可包含後續的分相相關模組，且可執行發射端及接收端的中頻訊號同步的相位補償。根據實施例，可使用單一的類比轉數位轉換器以執行數位化，在物體位移相位偵測過程中，可減少直流偏移及閃爍雜訊等缺失。因此，對於改善物體位移相位偵測的效能，有所助益。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (18)

  1. 一種物體位移相位偵測電路，用以偵測一受測物體的移動資訊，包含：一第一混合電路，用以將一載波訊號及一第一類比訊號混頻後，產生一第二類比訊號，其中該第一類比訊號係根據一發射訊號被該受測物體反射而產生；一類比轉數位轉換器，耦接於該第一混合電路，用以根據該第二類比訊號，產生一第一數位訊號；一同相正交訊號產生單元，耦接於該類比轉數位轉換器，用以根據該第一數位訊號，產生一I路數位訊號及一Q路數位訊號；及一第一相位擷取單元，用以根據該I路數位訊號與該Q路數位訊號，產生一相位資訊，其中該相位資訊相關於該受測物體的移動資訊；其中，該同相正交訊號產生器包含：一第一混合單元，用以根據一第一中頻參考訊號與一第二中頻參考訊號將該第一數位訊號混頻，以分別產生一第一混頻訊號及一第二混頻訊號；一濾波單元，用以將該第一混頻訊號及該第二混頻訊號於一頻段進行濾波，以分別產生一第一濾波訊號及一第二濾波訊號；及一解析訊號產生單元，用以根據該第一濾波訊號及該第二濾波訊號以分別產生一第一組解析訊號及一第二組解析訊號，其中至少該第一組解析訊號與該I路數位訊號及該Q路數位訊號有關；其中，該解析訊號產生單元更包括：一第一解析訊號產生次單元，用以根據該第一濾波訊號產生一第一延遲訊號與一第一線性轉換訊號，其中該第一組解析訊號包括該第一延遲訊號與該第一線性轉換訊號；及一第二解析訊號產生次單元，用以根據該第二濾波訊號產生一第二延遲訊號與一第二線性轉換訊號，其中該第二組解析訊號包括該第二延遲訊號與該第二線性轉換訊號；該同相正交訊號產生單元更包括一運算單元，該運算單元包含：一第一加法單元，用以根據該第一延遲訊號與該第二線性轉換訊號產生該I路數位訊號；及一第二加法單元，用以根據該第一線性轉換訊號與該第二延遲訊號產生該Q路數位訊號。
  2. 如請求項1所述的物體位移相位偵測電路，其中該運算單元更包括：一調整運算單元，用以根據一速度偵測值調整該第一線性轉換訊號與該第二線性轉換訊號之極性，以分別提供給該第二加法單元與該第一加法單元。
  3. 如請求項1所述的物體位移相位偵測電路，其中該濾波單元更包含：一第一低通濾波器，用以對該第一混頻訊號執行低通濾波以產生一第一取樣訊號，該第一取樣訊號與該第一濾波訊號有關；及一第二低通濾波器，用以對該第二混頻訊號執行低通濾波以產生一第二取樣訊號，該第二取樣訊號與該第二濾波訊號有關。
  4. 如請求項3所述的物體位移相位偵測電路，其中該濾波單元更包含：一第一高通濾波器，用以對該第一取樣訊號執行高通濾波以產生該第一濾波訊號；及一第二高通濾波器，用以對該第二取樣訊號執行高通濾波以產生該第二濾波訊號。
  5. 如請求項1所述的物體位移相位偵測電路，其中：該第一解析訊號產生次單元包含：一第一延遲單元，用以延遲該第一濾波訊號以產生該第一延遲訊號；及一第一線性轉換單元，用以對該第一濾波訊號執行線性轉換以產生該第一線性轉換訊號；及該第二解析訊號產生次單元包含：一第二延遲單元，用以延遲該第二濾波訊號以產生該第二延遲訊號；及一第二線性轉換單元，用以對該第二濾波訊號執行線性轉換以產生該第二線性轉換訊號。
  6. 如請求項5所述的物體位移相位偵測電路，其中該第一線性轉換單元係一第一希爾柏特轉換單元，且該第二線性轉換單元係一第二希爾柏特轉換單元。
  7. 一種物體位移相位偵測電路，用以偵測一受測物體的移動資訊，包含：一第一混合電路，用以將一載波訊號及一第一類比訊號混頻後，產生一第二類比訊號，其中該第一類比訊號係根據一發射訊號被該受測物體反射而產生；一類比轉數位轉換器，耦接於該第一混合電路，用以根據該第二類比訊號，產生一第一數位訊號；一同相正交訊號產生單元，耦接於該類比轉數位轉換器，用以根據該第一數位訊號，產生一I路數位訊號及一Q路數位訊號；及一第一相位擷取單元，用以根據該I路數位訊號與該Q路數位訊號，產生一相位資訊，其中該相位資訊相關於該受測物體的移動資訊；其中，該同相正交訊號產生器包含：一第一混合單元，用以根據一第一中頻參考訊號與一第二中頻參考訊號將該第一數位訊號混頻，以分別產生一第一混頻訊號及一第二混頻訊號；一濾波單元，用以將該第一混頻訊號及該第二混頻訊號於一頻段進行濾波，以產生至少一第一濾波訊號；及一解析訊號產生單元，用以根據至少該第一濾波訊號以產生至少一第一組解析訊號，其中至少該第一組解析訊號與該I路數位訊號及該Q路數位訊號有關；其中，該濾波單元包含一高通濾波器，用以對一第一取樣訊號執行高通濾波以產生該第一濾波訊號；該解析訊號產生單元包括：一解析訊號產生次單元，用以根據該第一濾波訊號產生一延遲訊號與一線性轉換訊號，其中該第一組解析訊號包括該延遲訊號與該線性轉換訊號；該同相正交訊號產生器另包含：一相位產生單元，用以根據該第一取樣訊號及一第二取樣訊號產生一相位值，該第一取樣訊號與該第一混頻訊號有關，且該第二取樣訊號與該第二混頻訊號有關；及該物體位移相位偵測電路更包括：一第一中頻參考訊號產生單元，用以根據該相位值產生與一中頻頻率有關的該第一中頻參考訊號與該第二中頻參考訊號。
  8. 如請求項7所述的物體位移相位偵測電路，其中該相位產生單元包括：一零頻直流估計單元，用以根據該第一取樣訊號及該第二取樣訊號產生一I路零頻直流訊號及一Q路零頻直流訊號；及一第二相位擷取單元，用以根據該I路零頻直流訊號及該Q路零頻直流訊號產生該相位值。
  9. 如請求項7所述的物體位移相位偵測電路，其中該濾波單元更包含：一第一低通濾波器，用以對該第一混頻訊號執行低通濾波以產生該第一取樣訊號；及一第二低通濾波器，用以對該第二混頻訊號執行低通濾波以產生該第二取樣訊號。
  10. 如請求項7所述的物體位移相位偵測電路，其中該同相正交訊號產生器更包括一運算單元，該運算單元包含：一調整運算單元，用以根據一速度偵測值調整該線性轉換訊號之極性，以調整該Q路數位訊號。
  11. 如請求項7所述的物體位移相位偵測電路，其中該解析訊號產生次單元包含：一延遲單元，用以延遲該第一濾波訊號以產生該延遲訊號；及一線性轉換單元，用以對該第一濾波訊號執行線性轉換以產生該線性轉換訊號。
  12. 如請求項11所述的物體位移相位偵測電路，其中該線性轉換單元係一希爾柏特轉換單元。
  13. 如請求項1或7所述的物體位移相位偵測電路，更包括：一第一中頻參考訊號產生單元，用以產生該第一中頻參考訊號及該第二中頻參考訊號；及一第二中頻參考訊號產生單元，用以提供該載波訊號。
  14. 如請求項13所述的物體位移相位偵測電路，更包括：一第二混合電路，用以將該載波訊號及具有該中頻頻率的一中頻訊號混頻後產生該發射訊號。
  15. 如請求項14所述的物體位移相位偵測電路，更包含：一數位轉類比電路，用以根據該中頻訊號由數位轉為類比。
  16. 一種物體位移相位偵測方法，用以偵測一受測物體的移動資訊，該方法包含：將一載波訊號及一第一類比訊號混頻後，產生一第二類比訊號，其中該第一類比訊號係根據一發射訊號被該受測物體反射而產生；根據該第二類比訊號，產生一第一數位訊號；根據該第一數位訊號，產生一I路數位訊號及一Q路數位訊號；及根據該I路數位訊號與該Q路數位訊號，產生一相位資訊，其中該相位資訊相關於該受測物體的移動資訊；其中，該方法更包括：根據一第一中頻參考訊號與一第二中頻參考訊號將該第一數位訊號混頻，以分別產生一第一混頻訊號及一第二混頻訊號；將該第一混頻訊號及該第二混頻訊號於一頻段進行濾波，以分別產生一第一濾波訊號及一第二濾波訊號；根據該第一濾波訊號及該第二濾波訊號以分別產生一第一組解析訊號及一第二組解析訊號，其中至少該第一組解析訊號與該I路數位訊號與該Q路數位訊號有關；根據該第一濾波訊號產生一第一延遲訊號與一第一線性轉換訊號，其中該第一組解析訊號包括該第一延遲訊號與該第一線性轉換訊號；根據該第二濾波訊號產生一第二延遲訊號與一第二線性轉換訊號，其中該第二組解析訊號包括該第二延遲訊號與該第二線性轉換訊號；根據該第一延遲訊號與該第二線性轉換訊號產生該I路數位訊號；及根據該第一線性轉換訊號與該第二延遲訊號產生該Q路數位訊號。
  17. 一種物體位移相位偵測方法，用以偵測一受測物體的移動資訊，該方法包含：將一載波訊號及一第一類比訊號混頻後，產生一第二類比訊號，其中該第一類比訊號係根據一發射訊號被該受測物體反射而產生；根據該第二類比訊號，產生一第一數位訊號；根據該第一數位訊號，產生一I路數位訊號及一Q路數位訊號；及根據該I路數位訊號與該Q路數位訊號，產生一相位資訊，其中該相位資訊相關於該受測物體的移動資訊；其中，該方法更包括：根據一第一中頻參考訊號與一第二中頻參考訊號將該第一數位訊號混頻，以分別產生一第一混頻訊號及一第二混頻訊號；將該第一混頻訊號及該第二混頻訊號於一頻段進行濾波，以產生至少一第一濾波訊號；根據至少該第一濾波訊號以產生至少一第一組解析訊號，其中至少該第一組解析訊號與該I路數位訊號與該Q路數位訊號有關；對一第一取樣訊號執行高通濾波以產生該第一濾波訊號；根據該第一濾波訊號產生一延遲訊號與一線性轉換訊號，其中該第一組解析訊號包括該延遲訊號與該線性轉換訊號；根據該第一取樣訊號及一第二取樣訊號產生一相位值，該第一取樣訊號與該第一混頻訊號有關，且該第二取樣訊號與該第二混頻訊號有關；及根據該相位值產生與一中頻頻率有關的該第一中頻參考訊號與該第二中頻參考訊號。
  18. 如請求項17所述的方法，另包括：使用該第一混頻訊號及該第二混頻訊號執行低通濾波以分別產生該第一取樣訊號及該第二取樣訊號。
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