信号处理方法、信号处理系统及毫米波传感器芯片

技术领域

本发明属于毫米波雷达芯片我技术领域，具体涉及一种信号处理方法、信号处理系统及毫米波传感器芯片。

背景技术

随着人工智能和物联网应用的推广与扩大，多维度的感知传感技术应用需求正在逐步成长，其中毫米波传感器是这其中的重要组成部分。

毫米波雷达工作在毫米波段，即30～300GHz频段(波长为1～10mm)。毫米波导引头具有体积小、质量轻、空间分辨率高、抗干扰等优点，在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。

传统的毫米波雷达一般由TR组件，本振信号发生包含调频模式产生等，中频模拟信号处理包含滤波以及模数转换，基带数字信号处理以及微处理器用于实际应用中的控制与判断。一般具有系统复杂、成本高功耗大等缺点并不适用于人工智能与毫米波应用中低成本小尺寸以及低功耗的需求。

现有技术中，K/Ka频段(20～26.5GHz/33.4～36GHz)的传感器芯片一般只为简单的TR组件或包含简单的压控振荡器用于产生射频信号，例如英飞凌公司的BGT24系列芯片。其他现有技术如公开号为CN110927675A的中国专利等都是基于外接压控振荡器控制信号与输出中频信号的模式，功能单一需要大量的外围芯片支持，急剧拉高了系统成本，同时外接和输出模拟信号也对全系统设计提出了更高的要求。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种信号处理方法、信号处理系统及毫米波传感器芯片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种信号处理方法、信号处理系统及毫米波传感器芯片。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种信号处理方法，所述信号处理方法包括：

频率综合器产生调制信号，并经过第一放大器放大后输出本振信号；

本振网络输入模块将本振信号分成若干第一本振信号和第二本振信号；

第一本振信号于TX通路上经过功率放大器和发射天线后发射带调制信号的射频信号；

第二本振信号于RX通路上经过正交产生器后进入正交下变频器，与接收天线接收到的反射信号在正交下变频器中相乘实现下变频，输出中频信号。

一实施例中，所述信号处理方法还包括：

第一本振信号经过第一倍频器或第一分频器进行倍频或分频；

和/或，第二本振信号经过第二倍频器或第二分频器进行倍频或分频。

一实施例中，所述信号处理方法还包括：

将接收天线接收到的反射信号经过低噪声放大器和/或第二放大器进行放大。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种信号处理系统，所述信号处理系统包括本振信号产生单元及射频收发机，所述射频收发机包括本振网络输入模块及TX通路和RX通路，其中：

本振信号产生单元包括频率综合器及第一放大器，频率综合器产生调制信号，并经过第一放大器放大后输出本振信号；

本振网络输入模块用于将本振信号分成若干第一本振信号和第二本振信号；

TX通路包括功率放大器和发射天线，第一本振信号经过功率放大器和发射天线后发射带调制信号的射频信号；

RX通路包括正交产生器及正交下变频器，第二本振信号经过正交产生器后进入正交下变频器，与接收天线接收到的反射信号在正交下变频器中相乘实现下变频，输出中频信号。

一实施例中，所述TX通路还包括第一倍频器或第一分频器，用于对第一本振信号进行倍频或分频；和/或，RX通路还包括第二倍频器或第二分频器，用于对第二本振信号进行倍频或分频。

一实施例中，所述信号处理系统还包括：

噪声放大器和/或第二放大器，用于将接收天线接收到的反射信号进行放大。

一实施例中，所述本振信号产生单元及射频收发机集成于同一个芯片上。

一实施例中，所述本振信号产生单元及射频收发机分别集成于不同的芯片上。

本发明又一实施例提供的技术方案如下：

一种毫米波传感器芯片，所述毫米波传感器芯片包括上述的信号处理系统。

一实施例中，所述毫米波传感器芯片的工作频段为K/Ka频段。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明可支持多发多收和多芯片级联，可广泛适用于物联网与人工智能领域的传感器应用；

本发明具有功能齐全、使用灵活、可扩展的特点，可以将信号产生和信号收发完全分开，也可以有机融合在同一个芯片中，本振通路具有灵活的扩展性，可以实现大规模阵列。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例中信号处理系统的模块示意图；

图2为本发明第一实施例中信号处理方法的流程示意图；

图3为本发明第二实施例中信号处理系统的模块示意图；

图4为本发明第二实施例中信号处理方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图1所示，本发明第一实施例中的信号处理系统，包括本振信号产生单元10及射频收发机20，射频收发机20包括本振网络输入模块21及TX通路和RX通路，其中：

本振信号产生单元10包括频率综合器11及第一放大器12，频率综合器11产生调制信号，并经过第一放大器12放大后输出本振信号；

本振网络输入模块21用于将本振信号分成若干第一本振信号和第二本振信号；

TX通路(信号发射通路)包括功率放大器和发射天线22，第一本振信号经过功率放大器和发射天线22后发射带调制信号的射频信号；

RX通路(信号接收通路)包括正交产生器23及正交下变频器24，第二本振信号经过正交产生器23后进入正交下变频器24，与接收天线接收到的反射信号在正交下变频器中相乘实现下变频，输出中频信号。

优选地，本实施例中还包括噪声放大器和/或第二放大器25，用于将接收天线接收到的反射信号进行放大。

相应地，参图2所示，本实施例中的信号处理方法包括：

频率综合器产生调制信号，并经过第一放大器放大后输出本振信号；

本振网络输入模块将本振信号分成若干第一本振信号和第二本振信号；

第一本振信号于TX通路上经过功率放大器和发射天线后发射带调制信号的射频信号；

第二本振信号于RX通路上经过正交产生器后进入正交下变频器；

将接收天线接收到的反射信号经过低噪声放大器和/或第二放大器进行放大；

第二本振信号与放大后的反射信号在正交下变频器中相乘实现下变频，输出中频信号，中频信号输出至外部的基带处理单元。

本实施例中的本振信号与射频收发机的收发信号频率相同，本振信号可直接应用于TX通路和RX通路中。

参图3所示，本发明第二实施例中的信号处理系统，包括本振信号产生单元10及射频收发机20，射频收发机包括本振网络输入模块21及TX通路和RX通路，其中：

本振信号产生单元10包括频率综合器11及第一放大器12，频率综合器11产生调制信号，并经过第一放大器12放大后输出本振信号；

本振网络输入模块21用于将本振信号分成若干第一本振信号和第二本振信号；

TX通路(信号发射通路)包括第一倍频器或第一分频器26、功率放大器和发射天线22，第一本振信号经过第一倍频器或第一分频器26倍频或分频，进入功率放大器和发射天线22后发射带调制信号的射频信号；

RX通路(信号接收通路)包括第二倍频器或第二分频器27、正交产生器23及正交下变频器24，第二本振信号经过第二倍频器或第二分频器27倍频或分频，进入正交产生器23后进入正交下变频器24，与接收天线接收到的反射信号在正交下变频器24中相乘实现下变频，输出中频信号。

优选地，本实施例中还包括噪声放大器和/或第二放大器25，用于将接收天线接收到的反射信号进行放大。

相应地，参图4所示，本实施例中的信号处理方法包括：

频率综合器产生调制信号，并经过第一放大器放大后输出本振信号；

本振网络输入模块将本振信号分成若干第一本振信号和第二本振信号；

第一本振信号于TX通路上经过第一倍频器或第一分频器倍频或分频，进入功率放大器和发射天线后发射带调制信号的射频信号；

第二本振信号于RX通路上经过第二倍频器或第二分频器倍频或分频，进入正交产生器后进入正交下变频器；

将接收天线接收到的反射信号经过低噪声放大器和/或第二放大器进行放大；

第二本振信号与放大后的反射信号在正交下变频器中相乘实现下变频，输出中频信号，中频信号输出至外部的基带处理单元。

与第一实施例不同的是，本实施例中的本振信号与射频收发机的收发信号频率不同，本振信号需经过倍频器或分频器进行倍频或分频后，应用于TX通路和RX通路中。

本发明还公开了一种毫米波传感器芯片，包括上述实施例中的信号处理系统。优选地，毫米波传感器芯片(射频信号、第一本振信号和第二本振信号)的工作频段为K/Ka频段，当然，在其他实施例中工作频段也可以为其他频段。

不同应用场景对毫米波收发通道数的要求不同，有的需要一发一收，有的需要一发多收，有的需要多发一收，有的需要多发多收，以满足不同的感知维度和精度。收发通道数固定的芯片只能覆盖部分应用场景，通过多芯片级联则可以提供更高的灵活性和扩展性。

上述实施例中的TX通路和RX通路可以为一个或多个，如本实施例中包括M个TX通路和N个RX通路，相应地，本振网络输入模块将本振信号分成M路第一本振信号和N路第二本振信号分别发送至各个TX通路和RX通路中。本振通路(TX通路和RX通路)具有灵活的扩展性，可以通过功分器和放大器等实现大规模阵列。

本发明中的本振信号产生单元及射频收发机可以集成于同一个芯片上(不作多芯片级联)，本振信号直接发送至芯片内部本振网络输入模块；也可以分别集成于不同的芯片上(用于多芯片级联)，本振信号发送至芯片外部，再经过封装、印制电路板、线缆、功分器、放大器等方式输入本芯片或其他芯片的本振网络输入模块。

本发明可支持多发多收和多芯片级联，多发多收可以实现更多的感知维度、更高的感知精度和更远的感知距离，多芯片级联则可将多个芯片组成收发规模更大的芯片阵列以满足要求更高的应用场景，可广泛适用于物联网与人工智能领域的传感器应用。

应当理解的是，上述实施例中根据信号强度会在通路上插入一些信号放大器(buffer)进行信号放大，比如频率综合器输出、本振信号输入、RX通路/TX通路、射频信号发射通路、反射信号接收通路等。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明可支持多发多收和多芯片级联，可广泛适用于物联网与人工智能领域的传感器应用；

本发明具有功能齐全、使用灵活、可扩展的特点，可以将信号产生和信号收发完全分开，也可以有机融合在同一个芯片中，本振通路具有灵活的扩展性，可以实现大规模阵列。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。