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简析英飞凌24G雷达开发板DISTANCE2GO

2018-10-25来源: 互联网关键字:英飞凌  雷达开发板

任翔  射频元件与传感器,英飞凌集成电路(北京)


前言:


英飞凌是全球民用雷达芯片领域的领导者,英飞凌基于硅锗制造工艺开发出高度集成的雷达芯片,帮助厂商设计出更加简单,紧凑,可靠的雷达传感器。在中国市场,英飞凌已与众多方案设计合作伙伴展开合作,为客户提供完整的24GHz 毫米波雷达解决方案。

 

英飞凌近期推出的DISTANCE2GO开发板不但提供了一个完整的雷达硬件开发平台,还提供了示例软件和图形人机交互界面。DISTANCE2GO开发板硬件包括天线、射频、频率控制、模拟放大和数字五部分。

 

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图1: DISTANCE2GO开发板框图

 

本篇主要介绍天线,射频和频率控制部分。英飞凌DISTANCE2GO 开发板射频前端主要由24GHz雷达芯片BGT24MTR11以及微带贴片阵列天线组成,射频部分通过SPI接口同主处理器XMC4200通信,频率控制电路包括一个低噪声小数分频锁相环和环路滤波电路。

 

1   BGT24MTR11 简介

BGT24MTR11是24GHz 射频前端芯片,有一路发射、一路接收通道,内置24GHz变频器,高度集成了VCO,频率可控的预分频器。发射机典型最大输出功率11dBm,发射功率可调整范围9dB; 接收机单边带噪声系数12dB, 射频接收增益26dB,1dB压缩点-12dBm。VCO可由粗调和精调两部分进行调节控制,VCO包括两个预分频器,第一预分频器输出1.5GHz信号可以馈入射频锁相环,第二个预分频器输出23KHz的方波信号,可以提供给微处理器作为软件锁相环使用。内置的正交下变频器直接将射频信号转换为零中频信号。发射输出部分和本振输出部分有功率检测传感器,以及温度传感器。芯片在连续操作模式下功耗约500mW,3.3V电压供电。

 

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图2: BGT24MTR11框图

 

2 DISTANCE2GO开发板射频电路:

2.1 DISTANCE2GO开发板发射部分

BGT24MTR11的发射差分输出端通过匹配结构后由威尔金森合路器将信号合并,成为单端信号。匹配结构是为了补偿由于VQFN封装带来的绑定引线电感和寄生效应。信号经过合路器后,经过微带滤波器滤除二次谐波,即48GHz的谐波。经过精心设计,该微带滤波器能够滤除>20dB的二次谐波和约0.5dB的基频信号。天线端有隔直电路和直流短路电路以提高ESD保护能力。


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图3: DISTANCE2GO开发板射频发射电路

 

2.2 DISTANCE2GO开发板接收部分

     BGT24MTR11的接收机是单端输入,同发射部分类似,也是由匹配结构,隔直电路,直流短路电路构成。从天线到BGT24MTR11接收输入管脚的损耗大约1dB左右。

 

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图4: DISTANCE2GO开发板射频接收电路

 

2.3频率控制部分

BGT24MTR11的分频器输出连接到低噪声小数锁相环LMX2491的射频输入端,锁相环电荷泵输出模拟电压通过环路滤波,接入到雷达芯片VCO 控制管脚VCOARSE 和VFINE。

锁相环采用40MHz晶振信号作为本振参考信号。相位噪声在偏离10kHz至1MHz处好于-88dBc/Hz. 环路滤波器带宽大于250kHz。通过相关设定,芯片能够工作在DOPPLER和FMCW模式。为了降低功耗,锁相环可以通过CE管脚或者SPI配置使能。

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图5: DISTANCE2GO开发板频率控制部分电路

 

 

2.4 天线部分

天线为2x4微带贴片收发天线阵列,增益为12dBi,辐射角20°x42°。下图为天线阵列和2D,3D 辐射图。

 

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图6: DISTANCE2GO开发板天线辐射图

 

3 DISTANCE2GO开发板系统性能:

参数

性能

工作频率

2400-2425   MHz

天线平面监测角

42°

天线垂直监测角

20°

最小测量距离

50 cm 雷达散射截面 ㎡

最大测量距离

15   m  雷达散射截面 1㎡

26   m    雷达散射截面 10㎡

测量精度

±30 cm雷达散射截面 1㎡

±20 cm雷达散射截面 10㎡

尺寸

45mm×36 mm

 

结语:


英飞凌DISTANCE2GO开发板通过良好的射频设计,提供了优秀的硬件平台。软件方面也给客户提供了多种24GHz ISM 频段的应用,包括基于FMCW的距离检测,基于多普勒的移动和速度检测。使用者可以通过PC软件端软件控制该开发板,进行参数设置、工作控制和数据获取,快速进行雷达信号处理和改进目标物体的检测算法。图形人机交互界面能够显示实时可视化正交中频波形、FFT频谱、目标物体距离和运动信息。英飞凌DISTANCE2GO开发板可以极大缩短客户开发周期,降低开发成本。


 [参考文献]

1.  英飞凌BGT24MTR11 数据手册

2.  英飞凌BGT24MTR11_XMC4200_Distance2Go_DemoBoard 应用指南


关键字:英飞凌  雷达开发板

编辑:muyan 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/IoT/2018/ic-news10254467.html
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