專利名稱：用于車輛接近速度傳感器的前端傳感器的制作方法
各種類型的近程傳感器(proximity sensor)被用于其中要確定到物體的距離以及在某些情況下要確定物體相對于所述傳感器的速度的多種應(yīng)用中?？梢詫⑦@些數(shù)據(jù)提供給處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)分析所接收的數(shù)據(jù)并且確定是否已經(jīng)超過安全門限。如果已經(jīng)超過安全門限，則處理器可以確定是否要設(shè)置警報或采取其他行動。近程傳感器例如被用于多種應(yīng)用中，其中可以包括夜盜警報、障礙檢測和汽車。在汽車中的近程傳感器可以用于確定在所述汽車附近的其他車輛或物體的相對位置和相對速度。在汽車系統(tǒng)中，可以使用該位置和速度數(shù)據(jù)來例如在車速控制下運行的同時調(diào)整汽車的速度、施加可用的制動能力的一部分來減慢車輛的速度或向司機提供可聽或可視的警報指示。
與在上述系統(tǒng)中使用的近程傳感器或速度傳感器相關(guān)聯(lián)的問題之一是檢測在指定范圍之外的物體以及可能引起虛假警報被登記的物體。具體地說，在車輛系統(tǒng)中，不能基于范圍來區(qū)別物體可能導致突然進行制動、在速度控制系統(tǒng)中的速度的調(diào)整或響應(yīng)于虛假警報的車輛的其他突然加速或減速。
除了需要能夠基于范圍來區(qū)別物體之外，在車輛中使用的傳感器必須在物理上小、重量輕、高度可靠和低成本。對于這些傳感器的系統(tǒng)要求經(jīng)常在傳感器的技術(shù)性能上和在物理和經(jīng)濟因素上非常嚴格。傳感器越復雜，則零件數(shù)量越大，并且伴隨有成本越高、質(zhì)量越大、傳感器的物理體積越大并且傳感器的可靠性越低。
因此，提供這樣一種傳感器系統(tǒng)將非常有意義，它能夠?qū)⒃谥付ǚ秶鷥?nèi)的物體與該范圍之外的物體相區(qū)別，滿足物理和經(jīng)濟要求，并且可靠。
公開了一種傳感器，它能夠根據(jù)物體相對于傳感器的范圍來區(qū)別物體。所述傳感器包括天線，它發(fā)送傳感器信號，并且如果存在物體則接收從其反射的信號。脈沖振蕩器提供脈沖第一信號，它具有第一頻率和相位，其中所述脈沖振蕩器提供預定脈沖持續(xù)時間的并且具有預定脈沖重復頻率的脈沖第一信號。脈沖振蕩器向雙模式混頻器的第一輸入端口提供所述脈沖第一信號，所述雙模式混頻器還經(jīng)由第二端口連接到天線。雙模式混頻器從第一輸入端口向第二端口并且然后向天線發(fā)送所述脈沖第一信號的一部分以作為傳感器信號被發(fā)送。另外，所述雙模式混頻器使用所述第一信號的一部分來與所接收的反射信號混合，并且提供混合信號來作為第三端口的輸出。因此，所述脈沖的第一信號提供要作為傳感器信號被發(fā)送的信號和用于混頻器的本地振蕩器信號。如果在所述雙模式混頻器中，脈沖第一信號和所接收的反射信號同時存在，則所述雙模式混頻器提供了混合的信號輸出。因此，僅僅當相對于物體的范圍使得到物體的和來自物體的信號傳播時間小于或等于所述脈沖第一信號的預定脈沖長度時可以檢測到物體。
另外，移相器可以被串聯(lián)地插在雙模式混頻器的第二端口和天線之間。所述移相器具有第一移相器端口，并且接收在雙模式混頻器的第一端口和第二端口之間傳輸?shù)牡谝恍盘柕囊徊糠?。所述移相器可以選擇性地將從雙模式混頻器接收的第一信號的發(fā)送部分移相。所發(fā)送的移相的第一信號被作為輸出從移相器的第二移相器端口發(fā)送到天線。所述天線接收所發(fā)送的移相的第一信號，并且將其作為傳感器信號發(fā)送。在存在物體的情況下，天線接收到從其反射的反射信號。天線向移相器的第二移相器端口提供所接收的反射信號。移相器可以選擇性地將所接收的反射信號移相，并且從第一移相器端口作為輸出提供移相的反射信號。雙模式混頻器在第二端口接收移相的反射信號，其中雙模式混頻器被配置和安排來將移相的反射信號與由脈沖信號源提供的脈沖第一信號混合。以這種方式，信號可以被移相以便兩個傳感器信號和它們各自的反射信號回波彼此正交，即兩個信號彼此具有相差90度。因此，可以提供同相或正交相位的信號分量以增強傳感器的精度和功能。
在隨后的詳細說明中描述了上述方法和系統(tǒng)的其他形式、特征和方面。
通過隨后結(jié)合附圖的詳細說明，將更全面地理解本發(fā)明，其中

圖1是用于速度測量的傳感器前端的一個實施例的方框圖；圖2是在圖1中所述的實施例中使用的各種波形的時序圖；圖3是用于在圖1中所述的IQ信道的位置向量的圖示；圖4A是適合用于本發(fā)明的混頻器的一個實施例；圖4B是適合用于本發(fā)明的混頻器的另一個實施例；圖4C是適合用于本發(fā)明的混頻器的另一個實施例；圖5是適合用于本發(fā)明的移相器電路的示意圖；圖6是適合用于本發(fā)明的采樣器模塊的示意圖7是用于速度測量的傳感器前端的另一個實施例的方框圖。
公開了一種傳感器前端，它能夠區(qū)別在指定范圍內(nèi)的物體和在該指定范圍外的物體并且與當前的傳感器相比較具有減少數(shù)量的部件。具體地說，所述傳感器前端包括脈沖信號源，它向雙模式混頻器提供脈沖的第一信號(pulsedfirst signal)。雙模式混頻器發(fā)送要從天線發(fā)送的脈沖的第一信號的一部分來作為傳感器信號。雙模式混頻器還使用脈沖第一信號的一部分來作為本地振蕩器，以便通過將脈沖的第一信號與所接收的反射信號混合而形成基帶視頻信號來下變頻所接收的反射信號。這些下變頻的信號然后被處理和提供作為傳感器輸出信號。因此，只有當脈沖的第一信號和反射的信號同時存在于雙模式混頻器中時才將檢測到物體。因此，為了被檢測到，物體必須具有這樣的范圍，它使得到物體以及從物體的總的傳播時間小于由脈沖的振蕩器提供的信號的脈沖寬度。
圖1-3描述了傳感器前端的基本架構(gòu)和操作，圖4A、4B、4C、5和6描述了適合在圖1中所述實施例之內(nèi)使用的電路。圖7描述了也能夠利用圖4A-6中所描述的電路的傳感器前端的另一個實施例。
轉(zhuǎn)向圖1，傳感器前端100包括控制器102，它產(chǎn)生包括發(fā)送觸發(fā)器103、采樣保持脈沖105和相位控制脈沖107的多個控制脈沖。脈沖調(diào)制器104接收發(fā)送觸發(fā)器103和向脈沖振蕩器106提供具有預定脈沖寬度的選通函數(shù)“on”脈沖。脈沖振蕩器106通過在“on”脈沖有效時、即在預定脈沖寬度提供第一信號而響應(yīng)于“on”脈沖。在“on”脈沖有效時間期間，由脈沖振蕩器提供的第一信號包括第一頻率、第一幅度和第一相位。發(fā)送傳感器103具有預定的脈沖重復頻率。
雙模式混頻器108耦接到脈沖振蕩器106，并且在第一輸入端口107接收第一信號。如下更詳細所述。雙模式混頻器108提供在第一輸入端口107和第一輸入/輸出端口111之間的預定數(shù)量的信號傳輸。因此，第一信號的一部分通過雙模式混頻器108并且作為在第一輸入/輸出端口111的輸出被提供。第一輸入/輸出端口111可以直接耦接到天線端口113，或優(yōu)選的，可以將移相器110串聯(lián)地插在圖1所述的第一輸入/輸出端口111和天線端口113之間。移相器110被配置和布置來從控制器102接收相位控制脈沖107，并且通過選擇性地將從雙模式混頻器接收的所發(fā)送的第一信號移相來響應(yīng)于相位控制脈沖107。天線112是發(fā)送和接收天線，它具有公共的孔徑，用于發(fā)送作為傳感器信號121的所發(fā)送的第一信號和接收從物體122反射的反射信號123。
當物體122存在于天線112的波束寬度內(nèi)的時候，傳感器信號121的一部分從其被反射，并且該反射的信號123被天線112捕獲。如果被使用的話，則移相器110被配置和布置來從控制器102接收相位控制脈沖107，并且通過選擇性地將從天線112接收的反射信號123移相來響應(yīng)于相位控制脈沖107。雙模式混頻器108從移相器110接收被移相的反射信號123，并且將所述被移相的反射信號123與由脈沖振蕩器106提供的第一信號混合。因此，反射信號123和第一信號的混合將僅僅發(fā)生在脈沖調(diào)制器104向脈沖振蕩器提供選通函數(shù)“on”脈沖的時間期間。因此，僅僅當在脈沖調(diào)制器104向脈沖振蕩器提供選通函數(shù)“on”脈沖的時間期間，反射信號123被接收和下變頻時，可以檢測物體122。這將固有地使得可以根據(jù)物體相對于天線112的范圍來區(qū)別物體。僅僅可以檢測到這樣的物體，所述物體具有這樣的范圍，其中傳感器信號和反射信號的傳播小于選通函數(shù)“on”脈沖的預定脈沖寬度。因此，檢測范圍可以被設(shè)置為Rd≤c2*τw]]>方程1其中c是光速，τw是選通函數(shù)“on”脈沖的預定脈沖寬度。在這個范圍之外的物體將不會被檢測到。
雙模式混頻器108提供從第一信號和反射信號123的混合操作獲得的信號(“混合信號”)來作為來自第一輸出端口117的輸出。在選通函數(shù)“on”脈沖的持續(xù)時間期間，保持電容器117接收和存儲被提供的混合信號。前置放大器116耦接穿過保持放大器，使得在保持電容器上的信號被前置放大器116放大，然后被提供到采樣模塊118。采樣模塊118被配置和布置來接收采樣脈沖105，并且通過在采樣脈沖105的時間提供表示前置放大器110的輸出的采樣輸出信號來響應(yīng)于采樣脈沖105。該采樣輸出可以被提供到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
如上所述，在一個優(yōu)選實施例中，移相器110用于選擇性地將從雙模式混頻器108接收的第一信號和從天線112接收的反射信號123之一或兩者移相。移相器優(yōu)選地提供在第一信號和被提供到雙模式混頻器108的反射信號之間總共90度的相移。這可以通過下列方式來完成將被發(fā)送的信號和被接收的信號都移相45度，或者將兩個信號之一移相90度。
提供在第一信號和被提供到雙模式混頻器108的反射信號之間總共90度的相移被稱為同相和正交相位信令(“I/Q信令”)。I/Q信令用于在檢測指定范圍內(nèi)的物體中提供提高的概率。來自固定的或者如果天線移動則保持不變的范圍的物體122的反射信號123的傳輸可以被表示為Ereturn=Acos(2πf0t+2(2πR0)λ)]]>方程2其中A是常數(shù)，f0是頻率，t是時間，R0是相對于物體的范圍，項2(2πR0)λ]]>方程3是天線112向物體122的傳感器信號121和從物體122向天線112的反射信號的雙向傳輸產(chǎn)生的相移。雙模式混頻器的操作提供了一個結(jié)果，它是正弦第一信號和反射信號123的非線性相乘，混頻器的輸出是Emixer=Bcos(4πR0λ)]]>方程4其中B是與所接收的信號123的強度相關(guān)聯(lián)的常數(shù)，R0是相對于物體的范圍，λ是信號的波長。很清楚，當范圍R0是λ/8的整數(shù)倍時，來自雙模式混頻器108的輸出信號將是零，并且將檢測不到固定的或相對于移動天線保持恒定位置的物體。I/Q信令通過使用第二信號(即Q信號)來解決這個問題，所述Q信號是正交的，即與第一信號(即I信號)具有90度的相差。因此，具有滿足方程4的范圍的物體將被正交的Q信號檢測到。因此，物體的位置可以在I/Q空間內(nèi)被確定，在I/Q空間中，兩個正交的I信號和Q信號的每一個均表示在I/Q正交向量空間中的位置向量。由這兩個信號向量的相加產(chǎn)生的向量表示在兩個測量的時間中相對于物體的位置向量。
圖2描述了用于圖解在圖1中描述的傳感器前端100的操作的多種波形。具體地說，波形202表示由控制器102提供的發(fā)送觸發(fā)器103。在圖2所述的波形中，發(fā)送脈沖103的上升邊沿在t1被提供到發(fā)送調(diào)制器104。波形204表示具有預定脈沖寬度“T”的脈沖調(diào)制選通函數(shù)“on”脈沖。脈沖振蕩器106接收脈沖調(diào)制器脈沖，并且提供第一信號，所述第一信號在第一頻率振蕩、具有第一相位和在預定脈沖寬度的持續(xù)時間具有第一幅度。如果物體122在天線112的波束寬度內(nèi)，則能量將從其反射并且被接收作為反射信號123，所述反射信號123如波形208中所示由傳感器信號衰減和延時。所接收的反射信號被雙模式混頻器108下變頻為如在波形210中所描述的基帶視頻電平?？刂破?02在產(chǎn)生下一個脈沖之前提供如在波形210中所圖解的采樣觸發(fā)器脈沖來采樣所述基帶視頻電平?；蛘?，如果單個脈沖未包括足夠的能量來對保持電容器充電。則可以在提供采樣觸發(fā)器脈沖之前接收幾個脈沖以保證保持電容器具有足夠大的充電，從而進行適當?shù)牟僮鳌?br> 如上所述，優(yōu)選的是，I/Q信令被用于傳感器前端中。如圖2所示，第一組波形201被稱為同相I信號，在203中圖解的波形表示正交相位Q信號。同上，波形202圖解了發(fā)送觸發(fā)器脈沖。在波形204中圖解的發(fā)送脈沖調(diào)制器脈沖是預定的脈沖寬度，并且被脈沖振蕩器接收。但是，在這種情況下，移相器將信號移相90度，因此提供與先前提供的“同相”信號具有相差90度的信號。在發(fā)射器脈沖的持續(xù)時間提供如在波形206中所圖解的正交相位信號。所接收的能量提供波形208，所述波形208隨后被下變頻為如波形210中所圖解的視頻基帶電平，所述視頻基帶電平將在如波形212中所圖解的采樣觸發(fā)器時間被采樣。
如上所述，同相和正交相位信道的信號幅度構(gòu)成物體單個位置的測量結(jié)果，并且可以由在圖3中所示的IQ信號空間中的向量表示。在圖3的圖示中，第一位置向量302被圖解，其中I位置向量比Q位置向量大得多，以便按照合成向量303來確定第一位置。第二位置向量304包括由合成向量305圖解的、具有大致相等的幅度和不同位置的同相和正交位置向量。因此，理論上，可以在圖2所示的脈沖重復頻率的四個周期中獲得位置向量數(shù)據(jù)，其中對于第一測量的進行是第一同相測量，然后第一正交測量，然后第二同相測量，然后第二正交測量。因為位置向量表示在兩個分立的時間間隔上物體的相位變化，因此多普勒頻率——它與在傳感器和物體之間的接近速率成比例——可以使用下述方程來被計算fd=12πdφdt≈12π(arctan(AqAi)2-arctan(AqAi)1)(t2-t1)]]>方程5其中，Ai和Aq是位置向量的獨立分量的幅度。
由上述方程確定的接近速率精度與位置向量的獨立分量的幅度的測量精度模糊性(measurement accuracy ambiguity)成比例地降低，該降低也由于信噪比的低值。接近速率的模糊性可能使得使用包括系數(shù)“2π”的數(shù)據(jù)來獲得位置向量相移，由其來計算接近速率，如上方程5所述。這種情況可能發(fā)生在下面的條件下，諸如當存在極高的接近速率時，或如果在測量的采樣之間發(fā)生大的逝去時間。因此，可以通過在多普勒循環(huán)的一個周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)獲取時間、即在連續(xù)的位置向量測量之間的時間來避免所述模糊性?？梢酝ㄟ^從在特定范圍界限外部的物體消除物體回波來避免幅度或范圍的模糊性或兩者。如上所述，通過將總的傳播時間、即從傳感器到物體的雙向范圍限制為小于脈沖調(diào)制器選通函數(shù)“on”脈沖的脈沖寬度來完成在期望范圍之外的物體的區(qū)別。以這種方式，雙模式混頻器108將反射信號轉(zhuǎn)換為基帶視頻信號，其中基帶視頻信號具有與所接收的信號的信號強度和相位成比例的幅度，在此所述相位與脈沖振蕩器信號的相位相關(guān)聯(lián)。因此，僅僅檢測在指定范圍內(nèi)的物體。
在可以用于汽車傳感系統(tǒng)的一個實施例中，將討論各種系統(tǒng)參數(shù)，諸如發(fā)射器脈沖寬度、脈沖重復頻率、保持電容、視頻帶寬和I和Q采樣時間。對于汽車系統(tǒng)的一個實施例，表1包括對于安全帶預拉伸系統(tǒng)的可能的測量要求。
表1
在200千米/小時的接近速率，在1.0毫秒中的范圍變化是.055米，影響的時間是.09秒。用于5米的最大檢測范圍的脈沖調(diào)制器選通函數(shù)“on”脈沖的脈沖寬度是33.33納秒。
通過用于在1毫秒的數(shù)據(jù)獲取時間內(nèi)獲取和處理位置向量數(shù)據(jù)的能力來確定速度測量極限。為了保證在5米的最大檢測范圍檢測物體，必須延伸脈沖寬度，以便在發(fā)送信號和接收信號之間發(fā)生足夠的時間重疊。對于足夠?qū)挼摹⒓茨軌蛟趩蝹€脈沖重復頻率周期期間對保持電容充電的視頻帶寬，可以在脈沖重復頻率的四個周期中獲得位置向量數(shù)據(jù)。在5米范圍的物體將產(chǎn)生17納秒的重疊，因此忽略延遲的所需視頻帶寬可以被示為23兆赫茲。如果脈沖重復頻率是1兆赫茲，則用于獲得位置向量數(shù)據(jù)所需要的時間是4毫秒。
為了清楚地確定多普勒頻率，在雙向相位中的最大變化是2π弧度，并且對于4微秒的數(shù)據(jù)獲取周期，最大速度是1554米/秒。不可能在汽車系統(tǒng)中遇到這樣的高速度?？梢栽诮档蛶捯员阌诟罂赡艿臋z測和測量精度之間進行折中。因此，對于250千米/小時的最大速度，最小獲取時間是大約90微秒。因此，在1兆赫茲的脈沖重復頻率，對于兩個位置向量的四個分量的每一個可以采用大約20個采樣，或者可以對于單個脈沖探測將視頻帶以20的因子降低。而且，可以使用雷達范圍方程來近似在下面參數(shù)條件下的操作檢測范圍Rmax=(PtGtGrλ2σ(4π)3FskTBnα)4]]>方程6其中Pt是發(fā)射器功率(.001瓦)，Gt是發(fā)射天線增益(10)，Gr是接收天線增益(10)，λ是工作波長(.0124米)，F(xiàn)s是前端噪音系數(shù)(10)，σ是物體雷達通過部分(5平方米)，T是以開爾文為單位的絕對溫度(300°K)，k是玻耳茲曼常數(shù)(1.38*10-23J/K)，α是所需的檢測信噪比(30)，Bn是系統(tǒng)噪聲帶寬(5.0MHz)。對于這些系統(tǒng)參數(shù)，方程6示出了大約8.8米的工作檢測范圍和在5米的大約24.7dB的信噪比?？梢杂糜谶@個系統(tǒng)的其他應(yīng)用包括周界安全系統(tǒng)(perimeter security system)和電子警戒線(electronic fence)。
圖4A、4B和4C描述了適合用于圖1中描述的傳感器前端100的雙模式混頻器的三個實施例。圖4A是雙平衡混頻器(“DBM”)400，它包括第一平衡不平衡轉(zhuǎn)換器(balun)404和第二平衡不平衡轉(zhuǎn)換器408以及四二極管環(huán)(quad diode ring)406。
圖4B描述了適合用于圖1描述的傳感器前端的雙模式混頻器的另一個實施例。混頻器420是單平衡混頻器。單平衡混頻器420具有在第一輸入端口107和第一輸入/輸出端口111之間的固有隔離，這是通過與來自平衡不平衡轉(zhuǎn)換器424、通過二極管421和423的雙極驅(qū)動信號相關(guān)聯(lián)的零位(null)。電感器430被提供來防止來自第一輸入/輸出端口111的射頻能量進入第一輸出端口117。電容器428被增加來防止下變頻的基帶視頻信號通過第一輸入/輸出端口117發(fā)送。
圖4C描述了可以作為適合用于圖1中描述的傳感器前端的雙模式混頻器的正交混合網(wǎng)絡(luò)混頻器(quadarature hybrid mixer)440。正交混合網(wǎng)絡(luò)是將在一個端子的輸入信號劃分為在混合網(wǎng)絡(luò)的相對側(cè)上的端子輸出的兩個信號的器件。所述兩個輸出信號通常具有輸入信號的功率的一半，并且彼此具有相差90度。可以使用任何端口來作為輸入端口，其他端口按照正交混合網(wǎng)絡(luò)的已知屬性響應(yīng)。以這種方式，在發(fā)送期間，由于通過端口之間的信號，可以使用正交混合網(wǎng)絡(luò)，在接收期間，正交混合網(wǎng)絡(luò)可以被用作混頻器，因為本地振蕩器和輸入信號均將被提供到輸出端口以使用適當?shù)幕祛l器二極管來混合。
如圖4C所示，正交混合網(wǎng)絡(luò)440包括通常被稱為本地振蕩器輸入的第一端口442，它接收第一信號107。正交混合網(wǎng)絡(luò)440還包括第二端口444，它連接到移相器110，并且分別向移相器110提供或從移相器110接收信號111。端口446和448分別耦接到與地451耦接的混頻器二極管450和452。端口446和448還分別經(jīng)由電感器454和456耦接以向保持電容器114提供信號并且向其提供信號117。
圖5描述了適合用于在此所述的傳感器前端的移相器110的一個實施例。移相器110包括正交混合網(wǎng)絡(luò)506，它具有四個端子502、504、505和507，其中端子502被任意地設(shè)置為輸入端子。如上所述，正交混合網(wǎng)絡(luò)是將在一個端子的輸入信號劃分為在混合網(wǎng)絡(luò)的相對側(cè)上的端子上輸出的兩個信號的器件。所述兩個輸出信號通常具有輸入信號的功率的一半，并且彼此具有相差90度。在所圖解的實施例中，在端子502輸入的信號將在端子505和507之間被劃分和移相。如果在端子502輸入信號，則在端子505和507存在的任何反射將通過混合網(wǎng)絡(luò)被傳播，并且將在端子502和504被輸出。因此，耦接到端子505和507的任何傳輸線或電路元件的阻抗和反射率可以引起向正交混合網(wǎng)絡(luò)506的向回反射，并且提供在端子502輸入的信號的相移版本來作為在端子504的輸出。傳輸線508和510在所關(guān)心頻率的1/4的波長，并且將作為用于終結(jié)阻抗(terminating impedance)的阻抗變換器。移相控制信號被輸入到端子522，并且將接通或關(guān)斷PIN二極管512和514。當接通時，PIN二極管將1/4波長傳輸線508和510的端口短路到地，導致反射率為1，并且在到兩條傳輸線的輸入上具有幾乎無窮大的阻抗。在關(guān)斷PIN二極管的512和514的情況下，在“關(guān)斷”狀態(tài)中的PIN二極管的寄生電抗將由1/4波長傳輸線508和510分別變換。
圖6描述了適合用于在圖1中所述的傳感器前端的寬帶采樣電路。在圖6中所述的電路使用高速雙極采樣脈沖611和613來迅速地接通和關(guān)斷二極管620和630以取樣在輸入636上存在的信號，并且在節(jié)點626提供采樣的輸出。適合產(chǎn)生高速采樣脈沖611和613的脈沖產(chǎn)生器包括階躍恢復二極管(StepRecovery Diode，SRD)614，它具有很快的變換時間，即，當施加反偏壓時，SRD將迅速地從導通轉(zhuǎn)換到不導通狀態(tài)。當來自驅(qū)動器604的驅(qū)動信號下降時，SRD將斷開，并且快速負向脈沖被提供到電容器618和632，所述電容器618和632將區(qū)別負向脈沖并提供脈沖611和613。
圖7描述了用于傳感器前端的替代結(jié)構(gòu)。具體上，傳感器前端700包括分立的同相和正交相位的信道，以便允許同時獲取I和Q信號分量。這個實施例利用具有分立的發(fā)射器天線710和接收天線726的、匹配幅度和正交相位信道。在這個實施例中，不需要移相器。同樣通過較快地同時獲取I和Q信道數(shù)據(jù)，避免了獲取具有較少的、由于在I和Q測量之間的時間期間物體運動而導致的固有誤差的位置向量。另外，可以使用較高的發(fā)射器功率，這是因為與圖1中所述的實施例一樣，不需要傳輸信號來建立發(fā)射器功率電平。獲取采樣的方法與圖2和圖3中所述的相同，并且圖4A-6中圖解的電路可以被用作在圖7中所述的實施例中的部件電路。因為可以使用較高的發(fā)射器功率，因此可以獲得較大范圍的檢測，并且也可以獲得在5米的指定范圍的信噪比的提高。
如上所述，范圍區(qū)別是發(fā)射器脈沖寬度的函數(shù)。對于在圖1-7中所述的實施例，發(fā)射器脈沖寬度可以被改變來調(diào)查具體的范圍單元。例如，可以初始地使用與短范圍相稱的短脈沖來用于近距離，以便可以首先檢測到較為靠近傳感器的物體。當脈沖寬度提高時，逐漸變大的范圍單元將落入物體檢測范圍內(nèi)，以便可以區(qū)別在指定范圍的物體，并且更準確地確定物體范圍。
本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)當還明白對于上述用于傳感器前端的方法和裝置的改變和修改。因此，本發(fā)明應(yīng)當被看作被所附的權(quán)利要求的范圍和精神唯一地限定。
權(quán)利要求
1.一種傳感器前端，用于根據(jù)范圍來區(qū)別物體，所述傳感器包括天線，具有用于發(fā)送傳感器信號和接收反射信號的公共孔徑；第一信號模塊，被配置和安排來提供具有預定持續(xù)時間的第一信號；混頻器模塊，連接到第一信號模塊和天線，其中第一信號的一部分被所述混頻器傳送到天線并且從所述天線發(fā)送，并且其中在存在物體的情況下，經(jīng)由天線來從物體接收反射信號；并且混頻器被配置和安排使得當所接收的反射信號和脈沖第一信號的一部分同時存在于混頻器中時，脈沖第一信號和所接收的反射信號提供混合的信號輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器前端，還包括移相器，具有第一端口和第二端口，第二端口連接到天線，移相器被配置和安排來選擇性地將從天線在第二端口接收的反射信號移相，并且作為第一端口的輸出而提供移相的反射信號；其中，第一信號模塊包括脈沖信號源，它提供具有預定的信號持續(xù)時間并且具有預定的脈沖重復頻率的脈沖第一信號，所述第一信號具有第一頻率和第一相位；其中，混頻器模塊包括具有第一端口、第二端口和第三端口的雙模式混頻器，所述雙模式混頻器的第一端口耦接到所述脈沖信號源并且從其接收第一信號，所述雙模式混頻器的第二端口耦接到移相器的第一端口，所述雙模式混頻器被配置和安排來從第一端口向第二端口發(fā)送第一信號的一部分，并且提供第一信號的被發(fā)送部分來作為來自第二端口的輸出；其中，所述移相器接收在所述第一端口的第一信號的發(fā)送部分，用于這些的所述移相器被配置和安排來選擇性地將所述第一信號的被發(fā)送部分移相，并且作為來自第二端口的輸出提供被發(fā)送的移相的第一信號；所述天線接收所述被發(fā)送的移相的第一信號，并且發(fā)送所述被發(fā)送的移相的第一信號來作為傳感器信號，在存在物體時，天線從其接收反射信號，并且向移相器的第二端口提供所述反射信號；所述移相器接收在第二端口的所述反射信號，所述移相器被配置和安排來選擇性地將反射信號移相，并且作為來自第一端口的輸出提供移相的反射信號；雙模式混頻器接收在第二端口的移相的反射信號，所述雙模式混頻器被配置和安排來將移相的反射信號與由脈沖信號源提供的脈沖第一信號混合，并且提供混合的信號來作為來自第三端口的輸出；接收器，具有耦接到雙模式混頻器的第三端口的輸入和用于提供物體的存在與不存在的指示的輸出；由此提供混合的信號，并且只有當物體具有小于預定信號持續(xù)時間的一半與光束的乘積的范圍以便移相的反射信號與脈沖的第一信號的至少一部分同時存在于雙模式混頻器，才檢測物體。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器前端，其中移相器選擇性地提供在第一信號的發(fā)送部分和反射信號之間的總共90度的相移，以便形成同相和正交相位信號。
4.如權(quán)利要求3所述的傳感器前端，其中移相器選擇性地向第一信號的發(fā)送部分提供45度的相移，并且向反射信號提供45度的相移。
5.如權(quán)利要求3所述的傳感器前端，其中移相器選擇性地向第一信號的發(fā)送部分提供90度的相移，并且向反射信號提供0度的相移。
6.如權(quán)利要求3所述的傳感器前端，其中移相器選擇性地向反射信號提供90度的相移，并且向第一信號的被發(fā)送部分提供0度的相移。
7.如權(quán)利要求2所述的傳感器前端，其中脈沖信號源包括脈沖調(diào)制器，用于提供脈沖調(diào)制信號，它具有預定信號持續(xù)時間和脈沖重復頻率；振蕩器，連接到所述脈沖調(diào)制器，并且通過在脈沖調(diào)制信號的預定持續(xù)時間提供第一信號來響應(yīng)于脈沖調(diào)制信號。
8.如權(quán)利要求2所述的傳感器前端，其中雙模式混頻器是雙平衡混頻器。
9.如權(quán)利要求2所述的傳感器前端，其中雙模式混頻器是單平衡混頻器。
10.如權(quán)利要求2所述的傳感器前端，其中雙模式混頻器是正交混合混頻器。
11.如權(quán)利要求2所述的傳感器前端，其中接收器包括保持電容器，它連接在雙模式混頻器的第三端口和電壓基準節(jié)點之間，其中保持電容器存儲所述混合信號的至少一部分；前置放大器，連接到保持電容器，并且提供作為輸出的預放大的混合信號；采樣模塊，連接到前置放大器，并且被配置和安排來對預放大的混合信號采樣和提供采樣的預放大的混合信號來作為傳感器輸出信號。
12.如權(quán)利要求11所述的傳感器前端，還包括信號處理模塊，連接到采樣模塊以接收傳感器輸出信號并且提供指示物體位置的信號作為輸出。
13.如權(quán)利要求12所述的傳感器前端，其中信號處理模塊提供指示物體速度的信號作為第二輸出。
14.如權(quán)利要求2所述的傳感器前端，其中第一頻率在微波范圍中。
15.如權(quán)利要求2所述的傳感器前端，其中第一頻率在毫米波范圍中。
16.一種根據(jù)范圍來區(qū)別物體的方法，包括步驟提供具有預定持續(xù)時間的脈沖的第一信號；在存在物體時從天線發(fā)送脈沖的第一信號；從物體接收反射信號；向混頻器提供脈沖的第一信號和所接收的反射信號，以便當所接收的反射信號和脈沖的第一信號的一部分同時存在于混頻器中時，混頻器提供混合信號輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳感器前端，它能夠根據(jù)物體相對于傳感器的范圍來區(qū)別物體。所述傳感器包括天線，它發(fā)送傳感器信號，并且如果存在物體則從其接收反射信號。脈沖振蕩器提供具有第一頻率和相位的脈沖第一信號。其中脈沖振蕩器提供預定脈沖持續(xù)時間的并且具有預定脈沖重復頻率的脈沖第一信號。脈沖振蕩器向雙模式混頻器的第一輸入端口提供脈沖第一信號，所述雙模式混頻器還經(jīng)由第二端口耦接到天線。雙模式混頻器從第一輸入端口向第二端口且然后向天線發(fā)送脈沖第一信號的一部分，以作為傳感器信號被發(fā)送。另外，雙模式混頻器然后提供混合信號來作為在第三端口的輸出。因此，脈沖第一信號同時提供將作為傳感器信號被發(fā)送的信號和用于混頻器的本地振蕩器信號。如果所接收的反射信號與脈沖第一信號同時存在于雙模式混頻器中，則雙模式混頻器將僅僅提供混合信號輸出。因此，僅僅當相對于物體的范圍使得到物體的以及從物體的信號傳播時間小于或等于脈沖第一信號的預定脈沖長度時才可以檢測到物體。
文檔編號G08G1/16GK1613018SQ02827008
公開日2005年5月4日 申請日期2002年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月9日
發(fā)明者肯尼思·V·帕格里亞 申請人:蒂科電子公司