技术领域
本公开的各方面一般涉及雷达系统，更具体地，涉及数字波束成形雷达系统中的相位噪声补偿。
背景技术
雷达系统可以用于测量其附近对象的距离和/或速度。雷达系统通过发射一个或多个经调制的脉冲来操作。脉冲路径中的任何对象都会将经发射的脉冲的至少一部分反射回到雷达。雷达系统可以基于雷达接收经反射的脉冲的时间来确定(多个)对象的距离和/或速度。例如，与距离雷达系统较近的对象相比较，雷达脉冲可能花费更长的时间才能到达(和返回)距离雷达系统较远的对象。因此，雷达系统可以基于从对象反射的脉冲的往返时间(RTT)来确定该对象的距离。
多普勒雷达系统通常用于测量移动对象的速度。例如，多普勒雷达通过在目标频率下发射一系列(或序列)脉冲来操作。对象在雷达脉冲的路径中的移动会影响经反射的脉冲的频率。例如，沿(例如，朝向)雷达系统的方向移动的对象所反射的雷达脉冲将表现出高于目标频率的频率(例如，连续脉冲之间的持续时间更短)。另一方面，与雷达系统的方向相反(例如，远离)移动的对象所反射的雷达脉冲表现出低于目标频率的频率(例如，连续脉冲之间的持续时间更长)。经反射的脉冲与经发射的脉冲之间的频率(例如，目标频率)改变通常称为“多普勒频移”。因此，多普勒雷达系统可以基于从该对象反射的脉冲所表现出的多普勒频移量来确定该对象的速度。
发明内容
提供本发明内容以简化形式介绍在以下具体实施方式中进一步描述的一系列概念。本发明内容既不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在限制所要求保护的主题的范围。
本公开的各方面涉及雷达系统及其操作方法。示例雷达系统包括发射器，该发射器发射脉冲序列；接收器，该接收器接收经发射的脉冲的反射；以及速度检测电路系统，该速度检测电路系统至少部分基于经发射的脉冲和经反射的脉冲来确定第一对象在经发射的脉冲的路径中的速度。发射器包括多个数模转换器(DAC)，该DAC用于响应于时钟信号而生成脉冲序列。接收器包括多个模数转换器(ADC)，该ADC响应于时钟信号与对经反射脉冲进行采样。
在一些实现方式中，ADC与DAC同相锁定。例如，DAC中的至少一个DAC可以被配置为响应于时钟信号的第一转换而生成第一脉冲，并且ADC中的至少一个ADC可以被配置为响应于时钟信号的第一转换而对第一脉冲的反射进行采样。
速度检测电路系统还可以被配置为检测经发射的脉冲的频率与经反射的脉冲的频率之间的多普勒频移，并且至少部分基于多普勒频移来确定第一对象的速度。时钟信号中的相位噪声可能使得经发射的脉冲的频率的变化和经反射的脉冲的频率的对应变化。因此，在一些方面中，当对经反射的脉冲进行采样时，接收器将经反射的脉冲的频率变化与经发射的脉冲的频率变化相匹配。
在一些实现方式中，经反射的脉冲可以包括来自经发射的脉冲的路径中的第二对象的反射。更进一步地，相位噪声可能使得来自第二对象的经反射的脉冲中的至少一些经反射的脉冲的频率与来自第一对象的经反射的脉冲的频率重叠。在一些方面中，第一对象可以是移动对象，而第二对象可以是静止的。因此，速度检测电路系统还可以被配置为当检测到多普勒频移时，对来自第二对象的经反射的脉冲进行滤波。
在一些实现方式中，雷达系统还可以包括时钟生成器电路，该时钟生成器电路用于生成时钟信号；以及延迟元件，该延迟元件用于延迟提供给ADC的时钟信号。例如，相位噪声可以由时钟生成器电路的一个或多个部件生成。在一些方面中，延迟元件所实现的延迟量可以至少部分基于脉冲的发射与脉冲的反射的接收之间的往返时间。
本文中所公开的示例方法可以用于操作雷达系统。该方法可以包括：响应于时钟信号，经由多个数模转换器(DAC)生成脉冲序列；发射脉冲序列；响应于时钟信号，经由多个模数转换器(ADC)对经发射的脉冲的反射进行采样；至少部分基于经发射的脉冲和经反射的脉冲来确定第一对象在经发射的脉冲的路径中的速度。
在一些实现方式中，ADC与DAC同相锁定。例如，DAC中的至少一个DAC可以被配置为响应于时钟信号的第一转换而生成第一脉冲，并且ADC中的至少一个ADC可以被配置为响应于时钟信号的第一转换而对第一脉冲的反射进行采样。
在一些方面中，确定第一对象的速度的步骤还可以包括以下步骤：检测经发射发脉冲的频率与经反射发脉冲的频率之间的多普勒频移；以及至少部分基于多普勒频移来确定第一对象的速度。时钟信号中的相位噪声可能引起经发射的脉冲的频率的变化与经反射的脉冲的频率的对应变化。因此，在一些方面中，对反射的采样还可以包括以下步骤：将经反射的脉冲的频率的变化与经发射的脉冲的频率的变化相匹配。
在一些实现方式中，经反射的脉冲可以包括来自经发射的脉冲路径中的第二对象的反射。更进一步地，相位噪声可能使得来自第二对象的经反射的脉冲中的至少一些经反射的脉冲的频率与来自第一对象的经反射的脉冲的频率重叠。在一些方面中，第一对象可以是移动对象，而第二对象可以是静止的。因此，确定第一对象的速度的步骤还可以包括以下步骤：在检测到多普勒频移时，对来自第二对象的经反射的脉冲进行采样。
在一些实现方式中，该方法还可以包括以下步骤：经由时钟生成器电路生成时钟信号，并且延迟提供给ADC的时钟信号。例如，相位噪声可以由时钟生成器电路的一个或多个部件生成。在一些方面中，延迟元件所实现的延迟量可以至少部分基于脉冲的发射与脉冲的反射的接收之间的往返时间。
附图说明
示例实施例通过示例说明，并不旨在受附图的图的限制。在整个附图和说明书中，相同的数字表示相同的元件。
图1A和图1B示出了其中可以实现本实施例的示例雷达感测环境。
图2是雷达系统的示例模拟前端(AFE)的框图。
图3是示例时钟生成器的框图。
图4是描绘了可以由多普勒雷达系统发射并接收的示例雷达脉冲序列的时序图。
图5是描绘了可以由多普勒雷达系统接收的经反射的脉冲序列的示例频域表示的频率图。
图6是根据一些实施例的相位匹配多普勒雷达AFE的框图。
图7是描绘了可以由相位匹配多普勒雷达AFE接收的经反射的脉冲序列的示例频域表示的频率图。
图8是根据一些实施例的另一相位匹配多普勒雷达AFE的框图。
图9是描绘了根据一些实施例的相位匹配多普勒雷达系统的示例操作的说明性流程图。
具体实施方式
在以下描述中，对许多特定细节(诸如特定部件、电路和过程的示例)进行阐述，以提供对本公开的透彻理解。如本文中所使用的，术语“耦合”意指直接耦合到或通过一个或多个中间部件或电路耦合。此外，在以下描述中并且出于解释的目的，对特定命名法和/或细节以提供对示例实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言，显而易见的是，这些具体细节可能并非实践示例实施例所必需的。在其他实例中，众所周知的电路和设备以框图形式示出，以免使本公开晦涩难懂。通过本文中所描述的各种总线提供的信号中的任何信号可以与其他信号进行时间复用并且通过一个或多个公共总线提供。附加地，电路元件或软件块之间的互连可以被示为总线或单个信号线。总线中的每个总线可以可替代地是单个信号线，并且单个信号线中的每个单个信号线可以可替代地是总线，并且单个线或总线可以表示用于部件之间通信的无数物理或逻辑机构中的任一个或多个物理或逻辑机构。示例实施例不应被解释为局限于本文中所描述的特定示例，而是将所附权利要求所限定的所有实施例包括在它们的范围内。
图1A和图1B示出了可以实现本实施例的示例雷达感测环境。例如，参考图1A，环境100A包括第一对象101、第二对象102和雷达系统110。雷达系统110可以被配置为测量其他对象(例如，第一对象101和第二对象102)在环境100A中的距离和/或速度。
在一些实施例中，雷达系统110可以沿环境100A中的一个或多个对象的方向发射脉冲序列112(其在本文中还可以称为“雷达脉冲”或统称为“雷达波束”)。例如，雷达脉冲112可以包括射频(RF)载波信号，该RF载波信号具有与在给定持续时间内发射的脉冲数目相对应的预先确定的脉冲宽度(τ)和脉冲重复频率(PRF)。如图1B所示，经发射脉冲112的至少一部分可以被对象101和102反射并且分别作为经反射脉冲114和116返回到雷达系统110。由于电磁信号以光速(c)传播，所以雷达系统110可以基于雷达脉冲的发射与该雷达脉冲的对应反射的接收之间的往返时间(RTT)来确定对象101和102中的每个对象的距离或范围(R)：
应当指出，根据上述等式，随着雷达系统110与对象之间的距离发生改变，该对象所反射的连续雷达脉冲之间的RTT也发生改变。因此，在一些实施例中，雷达系统110可以包括速度检测电路系统115，以使用多普勒感测技术测量移动对象的速度。例如，雷达系统110可以在预先确定的“目标”频率(f
在图1B的示例中，第一对象101是以速度(V)朝向雷达系统110行进的移动对象(例如，飞机)，而第二对象102是静止对象(例如，树)。因此，来自第一对象101的经反射脉冲114的频率(例如，对应于正多普勒频移)可能高于经发射脉冲112的频率(例如，f
应当指出，根据上述等式，经接收(经反射)的雷达脉冲中的功率损失相对于雷达系统110与目标对象之间的距离呈指数变化
图2是用于雷达系统的示例模拟前端(AFE)200的框图。AFE200可以在诸如图1的雷达系统110之类的多普勒雷达系统中被实现为发射并接收可以用于检测对象在周围环境中的速率或速度的雷达脉冲。更具体地，AFE 200包括发射雷达脉冲的发射器210和接收雷达脉冲的反射的接收器220。在一些实施例中，AFE 200被配置为使用数字波束成形技术发射并接收雷达脉冲。
发射器210接收传出(TX)脉冲的数字表示，并且沿目标方向(例如，目标对象的方向)经由多个TX天线201(1)至201(n)发射TX脉冲。在一些实现方式中，发射器210可以包括多个先进先出(FIFO)缓冲器212(1)至212(n)、多个数模转换器(DAC)214(1)至214(n)、多个TX滤波器216(1)至216(n)、以及多个功率放大器(PA)218(1)至218(n)，各自耦合到TX天线201(1)至201(n)中的相应TX天线。FIFO 212(1)至212(n)中的每个FIFO可以向TX脉冲施加相应相移(例如，数字延迟)，以使天线201(1)至201(n)所发射的模拟脉冲沿目标方向转向或聚焦。DAC 214(1)至214(n)可以分别将FIFO 212(1)至212(n)的数字输出转换为多个经相移的模拟脉冲，这些经相移的脉冲由TX滤波器216(1)至216(n)滤波。经相移的模拟脉冲由PA 218(1)至218(n)放大，随后经由TX天线201(1)至201(n)发射。
接收器220可以经由多个RX天线202(1)至202(n)接收(例如，通过发射器210发射的)经发射的脉冲的反射，并且恢复经反射的(RX)脉冲的数字表示。在图2的示例中，RX天线202(1)至202(n)被示为与TX天线201(1)至201(n)分开。然而，在一些实施例中，发射器210和接收器220可以(例如，经由天线开关电路系统(为了简单起见未示出))共享一个或多个天线。在一些实现方式中，发射器210可以包括多个FIFO缓冲器222(1)至222(n)、多个模数转换器(ADC)224(1)至224(n)、多个RX滤波器226(1)至226(n)、以及多个低噪声放大器(LNA)228(1)至228(n)，每个都耦合到RX天线202(1)至202(n)中的相应RX天线。LNA 228(1)至228(n)可以分别放大经由RX天线202(1)至202(n)接收的模拟脉冲。经放大的脉冲可以由RX滤波器226(1)至226(n)滤波并且经由ADC 224(1)至224(n)转换为数字格式。FIFO 222(1)至222(n)中的每个FIFO可以分别向ADC 224(1)至224(n)的输出施加相应相移(例如，数字延迟)，以对齐数字脉冲的相位(例如，以对抗波束成形的影响)。然后，经相位对齐的数字脉冲可以组合或(例如，经由求和电路221)相加在一起，以恢复对应RX脉冲。
当AFE 200在多普勒雷达系统中实现时，发射器210可以接收与要以预先确定的(例如，目标)频率连续发射的一系列TX脉冲的数字比特流。因而，接收器220可以从经发射脉冲的路径中的一个或多个对象接收一系列对应经反射脉冲(例如，要转换为RX脉冲)。如上文所描述的，耦合到AFE 200的处理系统(诸如图1A和图1B的速度检测电路系统115)可以至少部分基于RX脉冲的频率来确定对象的速度。更具体地，对象的速度可以由在该对象所反射的RX脉冲的频率中检测到的多普勒频移量(例如，相对于TX脉冲的频率)来确定。如下文所更详细地描述的，为了准确检测这种多普勒频移，RX脉冲应当与TX脉冲相关(例如，相位匹配)。
应当指出，在图2的示例中，DAC 214(1)至214(n)响应于TX时钟信号(CLK)而采样或生成模拟脉冲。更具体地，DAC 214(1)至214(n)中的每个DAC都可以随着TX CLK的每次转换(例如，从低到高或从高到低或两者)。另一方面，ADC 224(1)至224(n)响应于RX CLK而对模拟脉冲的反射进行采样。更具体地，ADC 224(1)至224(n)中的每个ADC可以随着RX CLK的每次转换(例如，从低到高或从高到低或两者)更新其电子输出(例如，与RX脉冲相对应)的幅度。在传统雷达系统中，TX CLK由驻留在发射器210上的本地时钟生成器(未示出)提供，而RX CLK由驻留在接收器220上的不同时钟生成器(未示出)提供。
图3是示例时钟生成器300的框图。例如，时钟生成器300可以用于生成图2的AFE200的TX CLK和/或RX CLK。时钟生成器300包括晶体振荡器(XO)310和锁相环(PLL)电路320。晶体振荡器310通常包括压电材料(诸如晶体)，当在材料的两端施加电压时，该压电材料在精确频率(例如，晶体的谐振频率)谐振。晶体的机械振荡产生非常精确的正弦波形，该正弦波形可以用作PLL320的参考(REF)信号。PLL 320从晶体振荡器310接收REF信号并且至少部分基于REF信号来产生时钟(CLK)信号。更具体地，PLL 320可以产生与REF信号同相锁定的CLK信号。然而，CLK信号的振荡频率可能与REF信号的振荡频率不同。例如，在一些方面中，CLK信号的振荡频率可能高于REF信号的频率。
PLL电路320包括相位和频率检测器(PFD)322、电荷泵324、环路滤波器326、压控振荡器(VCO)328、以及分频器329。PFD 322比较REF信号和反馈(FB)信号的相位以生成“向上”(UP)和“向下”(DN)控制信号。电荷泵324将UP控制信号和DN控制信号转换为与REF信号和FB信号的相位差成比例的电荷(Q)。电荷Q由环路滤波器326滤波(例如，积分)并且作为控制电压(V)提供给VCO 328。VCO 328基于控制电压V来在振荡频率下输出CLK信号。CLK信号还提供给分频器329(例如，将CLK信号的频率缩放为REF信号的频率)并且作为FB信号反馈回到PFD 322。
CLK信号可以由诸如图2的AFE 200之类的AFE使用以对雷达脉冲的发射进行计时。例如，在一些方面中，CLK信号可以提供给DAC 214(1)至214(n)(例如，作为TX CLK))以控制TX脉冲的采样时间。因此，DAC 214(1)至214(n)所输出的模拟脉冲的时序(例如，相位)可以至少部分取决于CLK信号的频率(例如，CLK信号的上升沿转换或下降沿转换)。然而，应当指出，时钟生成器300的一个或多个部件可能将抖动噪声或相位噪声(例如，随机相位波动)引入到CLK信号中。例如，尽管晶体振荡器310可以产生相当稳定的REF信号，但是即使REF信号的相位中最轻微的波动也可能对经发射脉冲中的“接近”相位噪声(例如，相对较小的频率变化)有贡献。VCO 328和/或PLL 320的操作条件的温度改变和其他变化可能使得CLK信号的频率发生进一步变化。
如上文所描述的，在传统雷达系统中，AFE的发射器和接收器通常从不同的时钟生成器接收它们的CLK信号。例如，如果时钟生成器300要本地驻留在AFE 200的发射器210上(例如，以提供TX CLK)，则不同的时钟生成器通常会驻留在接收器220上(例如，以提供RXCLK)。然而，当TX CLK和RX CLK从不同的源生成时，时钟信号中的任一时钟信号中的相位噪声可能会影响RX脉冲映射到TX脉冲的精度。具体而言，TX CLK或RX CLK中过多的相位噪声可能导致TX脉冲和RX脉冲变得不相关。这反过来可能会影响雷达系统检测或区分移动对象所反射的RX脉冲中的多普勒频移的能力(例如，与静止对象所反射的RX脉冲相比较)。
图4是描绘了可以由多普勒雷达系统发射并接收的示例雷达脉冲序列的时序图。例如，参考图2，雷达脉冲401可以与经由天线201(1)至201(n)发射的模拟脉冲相对应，而经反射的脉冲402可以与入射在天线202(1)至202(n)上的这种模拟脉冲的反射相对应。更具体地，经反射的脉冲中的每个经反射的脉冲402可以是雷达脉冲401中的相应雷达脉冲的反射。例如，在时间t
雷达脉冲401通常从时间t
应当指出，经反射的脉冲402(和雷达脉冲401)的频率变化可能阻碍雷达系统测量和/或检测来自移动对象的经反射脉冲的频率的多普勒频移的能力。例如，在一些实例中，来自静止对象的经反射的脉冲402的频率可能与来自移动对象的经反射的脉冲的频率(例如，多普勒频率)重叠或重合。而且，相对于非移动对象，当雷达系统更靠近静止对象时，来自静止对象的经反射的脉冲402的幅度显著大于来自移动对象的经反射的脉冲的幅度。结果，来自静止对象的经反射的脉冲402中的能量可能“吞没”(例如，压倒)接收器。
图5是描绘了可以由多普勒雷达系统接收的经反射的脉冲序列的示例频域表示的频率图500。例如，参考图1A和图1B，频率图500可以描绘分别来自第一对象101和第二对象102的经反射的脉冲114和116的频率。
在图5的示例中，经反射脉冲的频率通常分布到两个频率区间510和520中。第一频率区间510以目标频率f
TX CLK中的相位噪声可以使得经发射的脉冲112的频率发生变化，从而使得经反射的脉冲114和116的频率发生变化。例如，来自静止对象102的经反射的脉冲116的频率变化由围绕第一频率区间510的裙边501描绘。更进一步地，来自移动对象101的经反射的脉冲114的频率变化由围绕第二频率区间520的裙边502描绘。如图1A和图1B所示，雷达系统110与第二对象102之间的距离明显短于雷达系统110与第一对象101之间的距离。因此，第一频率区间510中经反射的脉冲的幅度明显大于第二频率区间520中经反射的脉冲的幅度。
如图5所示，由于TX CLK中的相位噪声，在多普勒频率f
本公开的各方面应当认识到，通过将TX CLK中的相位噪声与RX CLK中的相位噪声相关(例如，匹配)，可以在雷达系统110的接收器中减轻(例如，而非抑制)经反射的脉冲114和116中的接近相位噪声。例如，返回到图4，TX CLK中的相位噪声使得在时间t
例如，参考图2，通过同步RX CLK的相位噪声与TX CLK的相位噪声，经反射的脉冲402也将在时间t
图6是根据一些实施例的经相位匹配多普勒雷达AFE 600的框图。AFE 600可以在诸如图1的雷达系统110之类的多普勒雷达系统中被实现为发射并接收可以用于检测周围环境中对象的速率或速度的雷达脉冲。更具体地，AFE 600可以是图2的AFE 200的示例实施例。AFE 600包括发射雷达脉冲的发射器610和接收雷达脉冲的反射的接收器620。在一些实施例中，AFE 600被配置为使用数字波束成形技术发射并接收雷达脉冲。
发射器610接收一系列TX脉冲的数字表示并且沿目标方向(例如，目标对象的方向)经由多个TX天线601(1)至601(n)发射TX脉冲。在一些实现方式中，发射器610可以包括多个FIFO 612(1)至612(n)、DAC 614(1)至614(n)、多个TX滤波器616(1)至616(n)、以及多个PA 618(1)至618(n)，每个都耦合到TX天线601(1)至601(n)中的相应TX天线。FIFO 612(1)至612(n)中的每个FIFO可以向TX脉冲施加相应相移(例如，数字延迟)，以使天线601(1)至601(n)所发射的模拟脉冲沿目标方向转向或聚焦。DAC 614(1)至614(n)可以分别将FIFO612(1)至612(n)的数字输出转换为多个相移模拟脉冲，这些相移脉冲由TX滤波器616(1)至616(n)滤波。相移模拟脉冲由PA 618(1)至618(n)放大，随后经由TX天线601(1)至601(n)发射。
接收器620可以经由多个RX天线602(1)至602(n)接收(例如，通过发射器610发射的)经发射的脉冲的反射，并且恢复经反射的(RX)脉冲的数字表示。在图6的示例中，RX天线602(1)至602(n)被示为与TX天线601(1)至601(n)分开。然而，在一些实施例中，发射器610和接收器620可以(例如，经由天线开关电路系统(为简单起见未示出))共享一个或多个天线。在一些实现方式中，发射器610可以包括多个FIFO缓冲器622(1)至622(n)、多个ADC 624(1)至624(n)、多个RX滤波器626(1)至626(n)、以及多个LNA 628(1)至628(n)，每个都耦合到RX天线602(1)至602(n)中的相应RX天线。LNA 628(1)至628(n)可以分别放大经由RX天线602(1)至602(n)接收的模拟脉冲。经放大的脉冲可以由RX滤波器626(1)至626(n)滤波并且经由ADC 624(1)至624(n)转换为数字格式。FIFO 622(1)至622(n)中的每个FIFO可以分别向ADC 624(1)至624(n)的输出施加相应相移(例如，数字延迟)，以对齐数字脉冲的相位(例如，以对抗波束成形的影响)。然后，经相位对齐的数字脉冲可以(例如，经由求和电路621)组合或相加在一起以恢复对应RX脉冲。
当AFE 600在多普勒雷达系统中实现时，发射器610可以接收与要以预先确定的(例如，目标)频率连续发射的一系列TX脉冲的数字比特流。因而，接收器620可以从经发射的脉冲的路径中的一个或多个对象接收一系列对应的经反射的脉冲(例如，要转换为RX脉冲)。如上文所描述的，耦合到AFE 600的处理系统(诸如图1A和图1B的速度检测电路系统115)可以至少部分基于RX脉冲的频率来确定对象的速度。更具体地，对象的速度可以由在该对象所反射的RX脉冲的频率中检测到的多普勒频移量(例如，相对于TX脉冲的频率)来确定。
应当指出，在图6的示例中，DAC 614(1)至614(n)和ADC 624(1)至624(n)耦合以接收相同TX/RX CLK。更具体地，TX/RX CLK由在发射器610与接收器620之间共享的时钟生成器630提供。在一些实现方式中，时钟生成器630可以是图3的时钟生成器电路300的示例实施例。通过将同一时钟生成器630产生的TX/RX CLK分配给发射器610和接收器620，DAC 614(1)至614(n)的采样时间(包括相位噪声)与ADC 624(1)至624(n)的采样时间相匹配。结果，ADC 624(1)至624(n)中的相位噪声将有效抵消DAC 614(1)至614(n)中的相位噪声，从而减轻经发射的脉冲和/或经反射的脉冲的频率的任何变化。
图7是描绘了可以由经相位匹配的多普勒雷达AFE接收的反射脉冲序列的示例频域表示的频率图700。例如，参考图1A和图1B，频率图700可以描绘分别来自第一对象101和第二对象102的经反射的脉冲114和116的频率。更具体地，频率图700可以描绘如由诸如图6的AFE 600之类的经相位匹配的多普勒雷达AFE感知的经反射的脉冲114和116的频率。
在图7的示例中，经反射脉冲的频率通常分布到两个频率区间710和720中。第一频率区间710以目标频率f
TX CLK中的相位噪声可以使得经发射的脉冲112的频率发生变化，从而使得经反射的脉冲114和116的频率发生变化。例如，参考图5，来自静止对象102的经反射的脉冲116的频率变化由围绕第一频率区间510的裙边501描绘，并且来自移动对象101的经反射的脉冲114的频率变化由围绕第二频率区间520的裙边502描绘。然而，因为RX CLK(例如，接收器620中的TX/RX CLK)的相位与TX CLK(例如，发射器610中的TX/RX CLK)的相位相关或匹配)，AFE 600不会感知经反射的脉冲114和116中归因于TX CLK中的相位噪声的频率变化。因此，频率图700不包括图5的频率图500中描绘的裙边501或502(例如，相位噪声)。
在图7的示例中，来自静止对象102的经反射的脉冲116中(例如，第一频率区间701中)的能量与来自移动对象101的经反射的脉冲114中(例如，第二频率区间702中)的能量分开并不同。因此，经相位匹配的多普勒雷达系统可以清楚地标识从移动对象101接收的经反射的脉冲114中的多普勒频率f
图8是根据一些实施例的另一经相位匹配的多普勒雷达AFE800的框图。AFE 800可以在诸如图1的雷达系统110之类的多普勒雷达系统中被实现为发射并接收可以用于检测对象在周围环境中的速率或速度的雷达脉冲。更具体地，AFE 800可以是图2的AFE 200的示例实施例。AFE 800包括发射雷达脉冲的发射器810和接收雷达脉冲的反射的接收器820。在一些实施例中，AFE 800被配置为使用数字波束成形技术发射并接收雷达脉冲。
发射器810沿目标方向(例如，目标对象的方向)经由多个TX天线801(1)至801(n)接收一系列TX脉冲的数字表示和发射TX脉冲。在一些实现方式中，发射器810可以包括FIFO812(1)至812(n)、DAC814(1)至814(n)、多个TX滤波器816(1)至816(n)、以及多个PA 818(1)至818(n)，各自耦合到TX天线801(1)至801(n)中的相应TX天线。FIFO 812(1)至812(n)中的每个FIFO可以向TX脉冲施加相应相移(例如，数字延迟)，以使天线801(1)至801(n)所发射的模拟脉冲沿目标方向转向或聚焦。DAC 814(1)至814(n)可以分别将FIFO 812(1)至812(n)的数字输出转换为多个相移模拟脉冲，这些相移模拟脉冲由TX滤波器816(1)至816(n)滤波。相移模拟脉冲由PA 818(1)至818(n)放大，随后经由TX天线801(1)至801(n)发射。
接收器820可以经由多个RX天线802(1)至802(n)接收(例如，通过发射器810发射的)经发射的脉冲的反射，并且恢复经反射的(RX)脉冲的数字表示。在图8的示例中，RX天线802(1)至802(n)被示为与TX天线801(1)至801(n)分开。然而，在一些实施例中，发射器810和接收器820可以(例如，经由天线开关电路系统(为了简单起见未示出))共享一个或多个天线。在一些实现方式中，发射器810可以包括多个FIFO缓冲器822(1)至822(n)、多个ADC824(1)至824(n)、多个RX滤波器826(1)至826(n)、以及多个LNA 828(1)至828(n)，每个都耦合到RX天线802(1)至802(n)中的相应RX天线。LNA 828(1)至828(n)可以分别放大经由RX天线802(1)至802(n)接收的模拟脉冲。经放大脉冲可以由RX滤波器826(1)至826(n)滤波并且经由ADC 824(1)至824(n)转换为数字格式。FIFO 822(1)至822(n)中的每个FIFO可以分别向ADC 824(1)至824(n)的输出施加相应相移(例如，数字延迟)，以对齐数字脉冲的相位(例如，以对抗波束成形的影响)。然后，经相位对齐的数字脉冲可以组合或(例如，经由求和电路821)相加在一起，以恢复对应RX脉冲。
当AFE 800在多普勒雷达系统中实现时，发射器810可以接收与要以预先确定的(例如，目标)频率连续发射的一系列TX脉冲的数字比特流。因而，接收器820可以从经发射的脉冲的路径中的一个或多个对象接收一系列对应经反射的脉冲(例如，要转换为RX脉冲)。如上文所描述的，耦合到AFE 800的处理系统(诸如图1A和图1B的速度检测电路系统115)可以至少部分基于RX脉冲的频率来确定对象的速度。更具体地，对象的速度可以由在该对象所反射的RX脉冲的频率中检测到的多普勒频移量(例如，相对于TX脉冲的频率)来确定。
应当指出，在图8的示例中，DAC 814(1)至814(n)和ADC 824(1)至824(n)耦合以接收相同TX/RX CLK。更具体地，TX/RX CLK由在发射器810与接收器820之间共享的时钟生成器830提供。在一些实现方式中，时钟生成器830可以是图3的时钟生成器电路300的示例实施例。然而，通过将同一时钟生成器830产生的TX/RX CLK分配给发射器810和接收器820，DAC 814(1)至814(n)的采样时间(包括相位噪声)与ADC 824(1)至824(n)的采样时间相匹配。结果，ADC824(1)至824(n)中的相位噪声将有效抵消DAC 814(1)至814(n)中的相位噪声，从而减轻经发射的脉冲和/或经反射的脉冲的频率的任何变化。
在一些实施例中，接收器820可以接收提供给发射器810的TX/RX CLK的延迟版本。例如，延迟元件840可以耦合在时钟生成器830的输出与ADC 824(1)至824(n)的时钟输入之间。延迟元件840所施加的延迟量可以至少部分基于要通过AFE 800反射并接收的经发射的脉冲的往返时间(RTT)。关于图4所指出的，经由TX天线801(1)至801(n)发射雷达脉冲401的时间与该雷达脉冲402的反射到达RX天线802(1)至802(n)的时间之间通常存在一些传播延迟。雷达脉冲的RTT通常取决于雷达系统与反射对象之间的距离。例如，从距离雷达系统较远的对象反射的脉冲的RTT比从距离雷达系统较近的对象反射的脉冲的RTT长。
由于雷达脉冲以光速有效传播，所以相对靠近雷达系统的对象所反射的雷达脉冲的RTT可以忽略不计。因此，在一些实施例中，当AFE 800(或对应雷达系统)被配置为检测相对靠近雷达系统的对象的速度时，延迟元件840不会向提供给接收器820的TX/RX CLK施加延迟。然而，当AFE 800被配置为检测远离雷达系统的对象的速度时，延迟元件840可以被配置为延迟提供给接收器820的TX/RX CLK与一个或多个目标对象的范围相称的量，以使雷达脉冲401的采样时间(包括相位噪声)将与经反射的脉冲402的采样时间更精确地一致。这可以允许雷达系统更准确地减轻雷达脉冲401中的频率变化和/或TX CLK中的相位噪声。
图9是描绘了根据一些实施例的经相位匹配的多普勒雷达系统的示例操作900的说明性流程图。例如，参考图6和图8，示例操作900可以由耦合到本文中所描述的经相位匹配的多普勒雷达AFE600和/或800中的任一经相位匹配的多普勒雷达AFE 600和/或800的雷达系统来执行。更具体地，示例操作900可以允许雷达系统通过关联或同步TX CLK和RX CLK来减轻TX CLK中的相位噪声。
雷达系统可以发射脉冲序列，其中响应于时钟信号的转换，脉冲序列由多个DAC生成(910)。例如，参考图6，发射器610可以接收与要以预先确定的(例如，目标)频率连续发射的一系列TX脉冲的数字比特流。更具体地，FIFO 612(1)至612(n)中的每个FIFO可以将相应相移(例如，数字延迟)施加到TX脉冲，以使天线601(1)至601(n)所发射的模拟脉冲沿目标方向转向或聚焦。DAC 614(1)至614(n)可以将FIFO 612(1)至612(n)的数字输出分别转换为多个相移模拟脉冲。在一些实施例中，DAC 614(1)至614(n)响应于时钟生成器630所生成的TX/RX CLK而采样或生成模拟脉冲。例如，DAC614(1)至614(n)中的每个DAC可以随着TX/RX CLK的每次转换(例如，从低到高或从高到低或两者)更新其模拟输出的幅度(例如，与TX脉冲相对应)。
雷达系统还可以接收经发射的脉冲的反射，其中响应于时钟信号的转换，经反射的脉冲由多个ADC采样(920)。例如，参考图6，接收器620可以从经发射的脉冲的路径中的一个或多个对象接收一系列对应经反射的脉冲(例如，要转换为RX脉冲)。更具体地，经接收的脉冲可以经由ADC 624(1)至624(n)转换为数字格式。FIFO622(1)至622(n)中的每个FIFO可以分别向ADC 624(1)至624(n)的输出施加相应相移(例如，数字延迟)，以对齐数字脉冲的相位(例如，以对抗波束成形的影响)。然后，经相位对齐的数字脉冲可以(例如，经由求和电路621)组合或相加在一起，以恢复对应RX脉冲。在一些实施例中，ADC 224(1)至224(n)可以响应于由相同时钟生成器630生成的TX/RX CLK而对经接收的脉冲进行采样。例如，ADC 624(1)至624(n)中的每个ADC可以随着TX/RX CLK的每次转换(例如，从低到高或从高到低或两者)更新其数字输出的幅度(例如，与RX脉冲相对应)。
然后，雷达系统可以至少部分基于经发射的脉冲和经反射的脉冲来确定对象在经发射的脉冲的路径中的速度(930)。如上文关于图1A和图1B所描述的，多普勒雷达系统可以至少部分基于RX脉冲的频率来确定对象的速度。更具体地，对象的速度可以由在该对象所反射的RX脉冲的频率中检测到的多普勒频移量(例如，相对于TX脉冲的频率)来确定。因此，为了准确检测这种多普勒频移，RX脉冲应当与TX脉冲相关(例如，相位匹配)。通过将同一时钟生成器630所产生的TX/RX CLK分配给发射器610和接收器620，DAC 614(1)至614(n)的采样时间(包括相位噪声)与ADC 624(1)至624(n)的采样时间相匹配。结果，ADC 624(1)-624(n)中的相位噪声将有效抵消DAC 614(1)至614(n)中的相位噪声，从而减轻经发射的脉冲和/或经反射的脉冲的频率的任何变化。
本领域技术人员应当领会，可以使用多种不同技术和技巧中的任一技术和技巧来表示信息和信号。例如，在以上描述中可能被引用的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或任何其组合表示。
进一步地，本领域技术人员应当领会，结合本文中所公开的各方面所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚说明硬件和软件的这种可互换性，上文已经就它们的功能性对各种说明性部件、块、模块、电路和步骤进行了大体描述。无论这种功能性是作为硬件来实现还是软件来实现都取决于特定应用和对整个系统施加的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同方式实现所描述的功能，但是这样的实现判定不应被解释为使得背离本公开的范围。
结合本文中所公开的各方面所描述的方法、序列或算法可以直接以硬件、由处理器执行的软件模块、或两者的组合体现。软件模块可以驻留在RAM锁存器、闪存锁存器、ROM锁存器、EPROM锁存器、EEPROM锁存器、寄存器、硬盘、可移除磁盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。示例存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。作为备选方案，存储介质可以与处理器集成在一起。
在前述说明书中，已经参考示例实施例的具体示例实施例对这些示例实施例进行了描述。然而，显而易见的是，在没有背离所附权利要求中阐述的本公开的更广泛范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因而，说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。
机译： 数字波束成形雷达系统中的相位噪声补偿
机译： 数字波束成形雷达系统中的相位噪声补偿
机译： 数字波束形成雷达系统中的相位噪声补偿
