本發(fā)明涉及一種用于車載調(diào)頻連續(xù)毫米波雷達系統(tǒng)鎖相環(huán)芯片，屬于車載集成電路設(shè)計領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來隨著信號處理和毫米波技術(shù)的發(fā)展，為了提高道路交通安全，雷達產(chǎn)品逐漸在車載領(lǐng)域得到推廣。目前主流使用的車載毫米波雷達頻率主要分為24GHz和77GHz。通常24GHz雷達檢測范圍為中短距離，用作實現(xiàn)盲點探測和停車輔助等系統(tǒng)，幫助駕駛員判斷附近物體與己車之間的距離；77GHz遠距離雷達用作實現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，使得駕乘車輛與前方車輛保持一定的安全距離。車載毫米波雷達系統(tǒng)收發(fā)機將發(fā)射信號與接收信號進行混頻得到差頻信號，通過信號處理單元對每一周期的差頻信號進行頻譜分析便可以提取出雷達與目標之間的距離和相對速度等信息。其中，雷達距離分辨率由發(fā)射信號帶寬、發(fā)射與接收信號間延時、調(diào)頻信號線性度等因素決定。

車載毫米波雷達基于調(diào)頻連續(xù)波方式進行發(fā)射，輸出頻率由壓控振蕩器產(chǎn)生。和脈沖雷達相比，連續(xù)波雷達具有高分辨率，發(fā)射功率隨時間無明顯變化，更容易和射頻前端兼容，結(jié)構(gòu)簡單因而成本較低，成為汽車前視雷達的主流技術(shù)。雷達系統(tǒng)要求調(diào)頻連續(xù)波具有較高線性度以滿足高精度測距應(yīng)用的要求，受限于壓控振蕩器可變電容非線性特性的影響，壓控振蕩器調(diào)諧頻率線性度是限制雷達系統(tǒng)距離分辨率的重要原因。當調(diào)諧曲線為線性時，發(fā)射信號與目標反射信號的差頻頻率在一個調(diào)制周期時間內(nèi)保持單一頻率信號，此時系統(tǒng)的距離分辨率主要由發(fā)射信號的帶寬決定；如果調(diào)諧曲線出現(xiàn)非線性狀態(tài)，反映距離信息的差頻信號會因此具有一定的帶寬，從而導(dǎo)致測量距離的非線性，使得測量距離與實際距離會有偏差，降低了雷達測距分辨率。

采用直接數(shù)字頻率合成器（DDS）和鎖相環(huán)（PLL）結(jié)合的方式可以產(chǎn)生高線性度的調(diào)頻連續(xù)波信號。PLL輸出的點頻信號作為混頻器的本振輸入信號，DDS產(chǎn)生的線性掃頻信號從混頻器射頻輸入端口輸入，混頻后的信號先通過帶通濾波器濾除差頻信號，再進行倍頻處理，然后再次經(jīng)過另一個帶通濾波器濾除雜散信號，最后放大輸出。采用該方法的調(diào)頻連續(xù)波信號頻率穩(wěn)定度高，但是電路相對復(fù)雜，雜散不容易控制，并且功耗較大。

另一種現(xiàn)有的解決方案是采用數(shù)字閉環(huán)校正。鎖相環(huán)輸出的信號經(jīng)AD采樣后由數(shù)字信號處理器利用算法對相位進行精確計算，從而得到頻率偏移函數(shù)，進而可以得出下一周期的控制電壓，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后再去控制壓控振蕩器，不斷重復(fù)此過程以實現(xiàn)對壓控振蕩器線性度的補償，使得輸出波形接近理想的線性調(diào)頻信號。該方法隨著采樣率的提高，線性度會得到改善，但是采樣點數(shù)的提高會導(dǎo)致數(shù)據(jù)量加大，使得數(shù)字信號處理器的工作量增加，從而影響系統(tǒng)的速度，因此需要在速度、指標和成本之間進行折衷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對上述存在的問題，提供一種適用于車載毫米波雷達系統(tǒng)的鎖相環(huán)芯片，結(jié)合發(fā)射芯片的壓控振蕩器和高輸出功率放大器，產(chǎn)生高線性度調(diào)頻連續(xù)波信號。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種用于車載毫米波雷達系統(tǒng)鎖相環(huán)芯片，所述鎖相環(huán)電路包括鑒頻鑒相器、電荷泵、前置分頻器、程控分頻器、sigma-delta調(diào)制器、斜坡產(chǎn)生器和SPI，斜坡產(chǎn)生器的輸入端與SPI接口相連，斜坡產(chǎn)生器的輸出端與sigma-delta調(diào)制器的輸入端相連，sigma-delta調(diào)制器的輸出端與程控分頻器相連，程控分頻器的一路輸出端與鑒頻鑒相器的輸入端相連，另一路輸出端與前置分頻器相連，發(fā)射芯片的壓控振蕩器N分頻后與鎖相環(huán)芯片的前置分頻器輸入端相連，前置分頻器的輸出端與程控分頻器的輸入端相連；鑒頻鑒相器通過電荷泵與壓控振蕩器的輸入端相連；在電荷泵和壓控振蕩器之間設(shè)有低通濾波器。

作為優(yōu)選，SPI與斜坡產(chǎn)生器相連；SPI控制信號的輸入，斜坡產(chǎn)生器輸出信號通過三階sigma-delta調(diào)制器動態(tài)調(diào)節(jié)程控分頻器P和S輸入值；壓控振蕩器N分頻以后的輸出頻率作為鎖相環(huán)射頻輸入信號，通過雙模N/N+1前置分頻器和預(yù)設(shè)分頻比的程控分頻器相結(jié)合實現(xiàn)PN+S分頻；鑒頻鑒相器比較參考時鐘信號與反饋時鐘信號相位差，產(chǎn)生相應(yīng)寬度脈沖電平控制電荷泵對環(huán)路濾波器進行充放電，并進一步轉(zhuǎn)換為壓控振蕩器輸入控制電壓調(diào)節(jié)振蕩頻率。

作為優(yōu)選，斜坡發(fā)生器包括累加器和信號檢測器，累加器輸出的頻率控制信號一路連接到后級信號檢測器，一路作為sigma-delta調(diào)制器的信號輸入，另一路連接到累加器的輸入端口。

作為進一步優(yōu)選，累加器輸入包括寄存器設(shè)定的頻率下限值F1和頻率上限值F2，用于確定調(diào)制信號帶寬。每個時鐘周期，當調(diào)制波形處于上升階段，累加器將斜坡值和輸出控制信號進行相加，如果頻率達到上限值F2，則累加器停止繼續(xù)相加；當調(diào)制波形處于下降階段，累加器將斜坡值和輸出控制信號進行相減并產(chǎn)生新的頻率控制信號，如果頻率達到下限值F1，則累加器停止繼續(xù)相減。

作為進一步優(yōu)選，信號檢測器包括溢出檢測和下溢檢測，溢出檢測和下溢檢測均接收來自累加器輸出的頻率控制信號。

作為進一步優(yōu)選，信號檢測器用于檢測頻率控制信號是否抵達頻率上限值F2或者頻率下限值F1，并根據(jù)檢測結(jié)果使累加器自動在增加和減少頻率控制信號之間切換。

作為進一步優(yōu)選，頻率上限值F2輸入溢出檢測部分，當頻率控制信號達到上限值F2時，輸出溢出信號至后級的上升/下降控制電路；頻率下限值F1輸入下溢檢測部分，當頻率控制信號達到下限值F1，則輸出下溢信號至后級的上升/下降控制電路；上升/下降控制電路如果接收到溢出信號，則輸出下降指示命令到累加器，使得累加器停止加法運算，轉(zhuǎn)而開始將兩輸入進行相減操作；同樣，如果上升/下降控制電路接收到下溢信號，則輸出上升指示信號到累加器，從而使得累加器停止減法運算，轉(zhuǎn)而開始將兩輸入進行相加操作。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明用于調(diào)頻連續(xù)波車載雷達系統(tǒng)的鎖相環(huán)芯片，可以產(chǎn)生此雷達系統(tǒng)所需的三角波等波形；相比于采用直接數(shù)字頻率合成器（DDS）和鎖相環(huán)（PLL）混頻的方式，所述鎖相環(huán)由于具有內(nèi)在的波形產(chǎn)生機制，外部無需再使用DDS電路，因此成本得以降低，且性能更加優(yōu)異；相比于AD、DA驅(qū)動壓控振蕩器的方式，需要進行非線性度的補償，增加了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，而采用鎖相環(huán)方案則無需校準便可以獲得高線性度的斜坡信號；實現(xiàn)了雷達系統(tǒng)射頻前端高集成度、高性能、低成本和小型化。

附圖說明

圖1是車載雷達系統(tǒng)的鎖相環(huán)電路及其應(yīng)用示意圖；

圖2是一種雙斜率三角形調(diào)頻連續(xù)波產(chǎn)生過程示意圖；

圖3是一種梯形調(diào)頻連續(xù)波產(chǎn)生過程示意圖；

圖4是鎖相環(huán)斜坡產(chǎn)生器電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細的說明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明技術(shù)進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，一種用于車載毫米波雷達系統(tǒng)鎖相環(huán)芯片，所述鎖相環(huán)電路包括鑒頻鑒相器(PFD)、電荷泵(Charge Pump)、前置分頻器（Prescaler）、程控分頻器（PS counter）、sigma-delta調(diào)制器(∑-Δ modulator)、斜坡產(chǎn)生器（Ramp Generator）和SPI。

其電路連接方式為：斜坡產(chǎn)生器的輸入端與SPI接口相連，斜坡產(chǎn)生器的輸出端與sigma-delta調(diào)制器的輸入端相連，sigma-delta調(diào)制器的輸出端與程控分頻器相連，程控分頻器的一路輸出端與鑒頻鑒相器的輸入端相連，另一路輸出端與前置分頻器相連，發(fā)射芯片的壓控振蕩器N分頻后與鎖相環(huán)芯片的前置分頻器輸入端相連，前置分頻器的輸出端與程控分頻器的輸入端相連；鑒頻鑒相器通過電荷泵與壓控振蕩器的輸入端相連；在電荷泵和壓控振蕩器之間設(shè)有低通濾波器。

其作用過程為：SPI與斜坡產(chǎn)生器相連；所有單元均通過SPI進行控制。SPI控制信號的輸入，斜坡產(chǎn)生器輸出信號通過三階sigma-delta調(diào)制器動態(tài)調(diào)節(jié)程控分頻器P和S輸入值，進而改變反饋分頻比，通過長時間計數(shù)取平均值得到預(yù)設(shè)小數(shù)分頻。壓控振蕩器N分頻以后的輸出頻率作為鎖相環(huán)射頻輸入信號，通過雙模N/N+1前置分頻器和預(yù)設(shè)分頻比的可編程的程控分頻器相結(jié)合實現(xiàn)PN+S分頻。鑒頻鑒相器比較參考時鐘信號與反饋時鐘信號相位差，產(chǎn)生相應(yīng)寬度脈沖電平控制電荷泵對環(huán)路濾波器進行充放電，并進一步轉(zhuǎn)換為壓控振蕩器輸入控制電壓調(diào)節(jié)振蕩頻率。

所述斜坡產(chǎn)生器結(jié)合鎖相環(huán)電路可以產(chǎn)生例如鋸齒波、三角波、階梯等波形。

如圖2所示，所述斜坡產(chǎn)生器結(jié)合鎖相環(huán)電路產(chǎn)生一個雙斜率三角形調(diào)頻連續(xù)波。初始狀態(tài)，SPI預(yù)先在寄存器中設(shè)置頻率下限值F1、頻率上限值F2、以及坡度值RS1。波形從A點頻率下限值F1處開始沿著坡度值RS1設(shè)定的跳變步進上升，達到位于B點頻率上限值F2后自動轉(zhuǎn)換至下降狀態(tài)，并按照坡度值RS1設(shè)定的跳變步進逐步遞減。當波形到達位于C點的頻率下限值F1后重新回到上升狀態(tài)進入新一個調(diào)制周期，此時的波形將按照寄存器設(shè)定的坡度值RS2進行變化。當波形到達位于D點頻率上限值F2后，同樣又進入下降狀態(tài)，繼續(xù)以新輸入的RS2值下降，并最終到達E點頻率下限值F1，類似的頻率轉(zhuǎn)換過程一直持續(xù)下去。

如圖3所示，所述斜坡產(chǎn)生器結(jié)合鎖相環(huán)電路產(chǎn)生一個梯形調(diào)頻連續(xù)波。相比圖2所述三角波形而言，此時的斜坡產(chǎn)生器輸入控制端增加了一路波形上升和下降控制位（Ramp up/down）。在波形產(chǎn)生初始階段，寄存器預(yù)先設(shè)置頻率下限值F1、頻率上限值F2、坡度值RS1以及波形上升信號（Ramp up）。波形從A點頻率下限值F1處開始以坡度值RS1設(shè)定的斜率上升，于B點抵達頻率上限值F2后保持不變，經(jīng)過一定時間延遲，當位于C點波形控制位重新設(shè)置到下降狀態(tài)（Ramp down），此時調(diào)制波形開始以坡度值RS1設(shè)定的斜率逐步下降并抵達D點的頻率下限值F1，隨后頻率又保持不變直到在E點，波形控制位再次重新設(shè)置到上升狀態(tài)（Ramp up），波形開始上升，進入到新一個頻率調(diào)制周期。同時寄存器在E點還輸入新的頻率上限值F2以及坡度值RS2，使得波形在上升過程中按照新設(shè)定的斜率增加。同樣，當波形抵達F點頻率上限值F2后仍然保持不變，直到G點寄存器輸入新的頻率下限值F1、坡度值RS3以及波形下降信號（Ramp down），調(diào)制波形才轉(zhuǎn)換到下降模式。

如圖4所示，斜坡產(chǎn)生器包括累加器和檢測器。累加器（accumulator）根據(jù)輸入的斜坡值進行加減運算，其中斜坡值由多位二進制數(shù)組成。累加器輸出的頻率控制信號連接后級信號檢測器，同時作為∑-Δ調(diào)制器輸入，動態(tài)改變鎖相環(huán)反饋分頻比。該輸出信號進一步連接到累加器的另一路輸入端口。此外，累加器輸入還包括寄存器設(shè)定的頻率下限值F1和頻率上限值F2，用于確定調(diào)制信號帶寬。每個時鐘周期，當調(diào)制波形處于上升階段，累加器將斜坡值和輸出控制信號進行相加，如果頻率達到上限值F2，則累加器停止繼續(xù)相加；當調(diào)制波形處于下降階段，累加器將斜坡值和輸出控制信號進行相減并產(chǎn)生新的頻率控制信號，如果頻率達到下限值F1，則累加器停止繼續(xù)相減。信號檢測器用于檢測頻率控制信號是否抵達頻率上限值F2或者頻率下限值F1，并根據(jù)檢測結(jié)果使累加器自動在增加和減少頻率控制信號之間切換。所述檢測器由溢出檢測（overflow）和下溢檢測（underflow）兩部分組成，兩者均接收來自累加器輸出的頻率控制信號。此外，頻率上限值F2輸入溢出檢測部分，當頻率控制信號達到上限值F2時，輸出溢出信號至后級的上升/下降（up/down）控制電路；頻率下限值F1輸入下溢檢測部分，當頻率控制信號達到下限值F1，則輸出下溢信號至后級的上升/下降（up/down）控制電路。上升/下降控制電路如果接收到溢出信號，則輸出下降指示命令到累加器，使得累加器停止加法運算，轉(zhuǎn)而開始將兩輸入進行相減操作；同樣，如果上升/下降控制電路接收到下溢信號，則輸出上升指示信號到累加器，從而使得累加器停止減法運算，轉(zhuǎn)而開始將兩輸入進行相加操作。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。