前言：
英飛凌是全球民用雷達芯片領域的領導者，英飛凌基于硅鍺制造工藝開發(fā)出高度集成的雷達芯片，幫助廠商設計出更加簡單，緊湊，可靠的雷達傳感器。在中國市場，英飛凌已與眾多方案設計合作伙伴展開合作，為客戶提供完整的24GHz 毫米波雷達解決方案。
英飛凌是全球民用雷達芯片領域的領導者，英飛凌基于硅鍺制造工藝開發(fā)出高度集成的雷達芯片，幫助廠商設計出更加簡單，緊湊，可靠的雷達傳感器。在中國市場，英飛凌已與眾多方案設計合作伙伴展開合作，為客戶提供完整的24GHz 毫米波雷達解決方案。
英飛凌近期推出的DISTANCE2GO開發(fā)板不但提供了一個完整的雷達硬件開發(fā)平臺，還提供了示例軟件和圖形人機交互界面。DISTANCE2GO開發(fā)板硬件包括天線、射頻、頻率控制、模擬放大和數字五部分。
圖1： DISTANCE2GO開發(fā)板框圖
本篇主要介紹天線，射頻和頻率控制部分。英飛凌DISTANCE2GO 開發(fā)板射頻前端主要由24GHz雷達芯片BGT24MTR11以及微帶貼片陣列天線組成，射頻部分通過SPI接口同主處理器XMC4200通信，頻率控制電路包括一個低噪聲小數分頻鎖相環(huán)和環(huán)路濾波電路。
1 BGT24MTR11 簡介
BGT24MTR11是24GHz 射頻前端芯片，有一路發(fā)射、一路接收通道，內置24GHz變頻器，高度集成了VCO，頻率可控的預分頻器。發(fā)射機典型最大輸出功率11dBm，發(fā)射功率可調整范圍9dB； 接收機單邊帶噪聲系數12dB， 射頻接收增益26dB，1dB壓縮點-12dBm。VCO可由粗調和精調兩部分進行調節(jié)控制，VCO包括兩個預分頻器，第一預分頻器輸出1.5GHz信號可以饋入射頻鎖相環(huán)，第二個預分頻器輸出23KHz的方波信號，可以提供給微處理器作為軟件鎖相環(huán)使用。內置的正交下變頻器直接將射頻信號轉換為零中頻信號。發(fā)射輸出部分和本振輸出部分有功率檢測傳感器，以及溫度傳感器。芯片在連續(xù)操作模式下功耗約500mW，3.3V電壓供電。
BGT24MTR11是24GHz 射頻前端芯片，有一路發(fā)射、一路接收通道，內置24GHz變頻器，高度集成了VCO，頻率可控的預分頻器。發(fā)射機典型最大輸出功率11dBm，發(fā)射功率可調整范圍9dB； 接收機單邊帶噪聲系數12dB， 射頻接收增益26dB，1dB壓縮點-12dBm。VCO可由粗調和精調兩部分進行調節(jié)控制，VCO包括兩個預分頻器，第一預分頻器輸出1.5GHz信號可以饋入射頻鎖相環(huán)，第二個預分頻器輸出23KHz的方波信號，可以提供給微處理器作為軟件鎖相環(huán)使用。內置的正交下變頻器直接將射頻信號轉換為零中頻信號。發(fā)射輸出部分和本振輸出部分有功率檢測傳感器，以及溫度傳感器。芯片在連續(xù)操作模式下功耗約500mW，3.3V電壓供電。
圖2： BGT24MTR11框圖
2 DISTANCE2GO開發(fā)板射頻電路：
2.1 DISTANCE2GO開發(fā)板發(fā)射部分
BGT24MTR11的發(fā)射差分輸出端通過匹配結構后由威爾金森合路器將信號合并，成為單端信號。匹配結構是為了補償由于VQFN封裝帶來的綁定引線電感和寄生效應。信號經過合路器后，經過微帶濾波器濾除二次諧波，即48GHz的諧波。經過精心設計，該微帶濾波器能夠濾除>20dB的二次諧波和約0.5dB的基頻信號。天線端有隔直電路和直流短路電路以提高ESD保護能力。
2.1 DISTANCE2GO開發(fā)板發(fā)射部分
BGT24MTR11的發(fā)射差分輸出端通過匹配結構后由威爾金森合路器將信號合并，成為單端信號。匹配結構是為了補償由于VQFN封裝帶來的綁定引線電感和寄生效應。信號經過合路器后，經過微帶濾波器濾除二次諧波，即48GHz的諧波。經過精心設計，該微帶濾波器能夠濾除>20dB的二次諧波和約0.5dB的基頻信號。天線端有隔直電路和直流短路電路以提高ESD保護能力。
圖3： DISTANCE2GO開發(fā)板射頻發(fā)射電路
2.2 DISTANCE2GO開發(fā)板接收部分
BGT24MTR11的接收機是單端輸入，同發(fā)射部分類似，也是由匹配結構，隔直電路，直流短路電路構成。從天線到BGT24MTR11接收輸入管腳的損耗大約1dB左右。
BGT24MTR11的接收機是單端輸入，同發(fā)射部分類似，也是由匹配結構，隔直電路，直流短路電路構成。從天線到BGT24MTR11接收輸入管腳的損耗大約1dB左右。
圖4： DISTANCE2GO開發(fā)板射頻接收電路
2.3頻率控制部分
BGT24MTR11的分頻器輸出連接到低噪聲小數鎖相環(huán)LMX2491的射頻輸入端，鎖相環(huán)電荷泵輸出模擬電壓通過環(huán)路濾波，接入到雷達芯片VCO 控制管腳VCOARSE 和VFINE。
BGT24MTR11的分頻器輸出連接到低噪聲小數鎖相環(huán)LMX2491的射頻輸入端，鎖相環(huán)電荷泵輸出模擬電壓通過環(huán)路濾波，接入到雷達芯片VCO 控制管腳VCOARSE 和VFINE。
鎖相環(huán)采用40MHz晶振信號作為本振參考信號。相位噪聲在偏離10kHz至1MHz處好于-88dBc/Hz. 環(huán)路濾波器帶寬大于250kHz。通過相關設定，芯片能夠工作在DOPPLER和FMCW模式。為了降低功耗，鎖相環(huán)可以通過CE管腳或者SPI配置使能。
圖5： DISTANCE2GO開發(fā)板頻率控制部分電路
2.4 天線部分
天線為2x4微帶貼片收發(fā)天線陣列，增益為12dBi，輻射角20°x42°。下圖為天線陣列和2D,3D 輻射圖。
圖6： DISTANCE2GO開發(fā)板天線輻射圖
3 DISTANCE2GO開發(fā)板系統性能：
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參數
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性能
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工作頻率
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2400-2425 MHz
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天線平面監(jiān)測角
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42°
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天線垂直監(jiān)測角
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20°
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最小測量距離
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50 cm 雷達散射截面 ㎡
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最大測量距離
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15 m 雷達散射截面 1㎡
26 m 雷達散射截面 10㎡
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測量精度
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±30 cm雷達散射截面 1㎡
±20 cm雷達散射截面 10㎡
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尺寸
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45mm×36 mm
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結語：
英飛凌DISTANCE2GO開發(fā)板通過良好的射頻設計，提供了優(yōu)秀的硬件平臺。軟件方面也給客戶提供了多種24GHz ISM 頻段的應用，包括基于FMCW的距離檢測，基于多普勒的移動和速度檢測。使用者可以通過PC軟件端軟件控制該開發(fā)板，進行參數設置、工作控制和數據獲取，快速進行雷達信號處理和改進目標物體的檢測算法。圖形人機交互界面能夠顯示實時可視化正交中頻波形、FFT頻譜、目標物體距離和運動信息。英飛凌DISTANCE2GO開發(fā)板可以極大縮短客戶開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
英飛凌DISTANCE2GO開發(fā)板通過良好的射頻設計，提供了優(yōu)秀的硬件平臺。軟件方面也給客戶提供了多種24GHz ISM 頻段的應用，包括基于FMCW的距離檢測，基于多普勒的移動和速度檢測。使用者可以通過PC軟件端軟件控制該開發(fā)板，進行參數設置、工作控制和數據獲取，快速進行雷達信號處理和改進目標物體的檢測算法。圖形人機交互界面能夠顯示實時可視化正交中頻波形、FFT頻譜、目標物體距離和運動信息。英飛凌DISTANCE2GO開發(fā)板可以極大縮短客戶開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
[參考文獻]
1. 英飛凌BGT24MTR11 數據手冊
2. 英飛凌BGT24MTR11_XMC4200_Distance2Go_DemoBoard 應用指南
