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(shù)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(shù)分頻鎖相環(huán)和環(huán)路濾波電路,。
1BGT24MTR11 簡介
BGT24MTR11是24GHz 射頻前端芯片，有一路發(fā)射,、一路接收通道,，內(nèi)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(diào)整范圍9dB,； 接收機單邊帶噪聲系數(shù)12dB,， 射頻接收增益26dB，1dB壓縮點-12dBm,。VCO可由粗調(diào)和精調(diào)兩部分進行調(diào)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(nèi)置的正交下變頻器直接將射頻信號轉(zhuǎn)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(jīng)過合路器后,，經(jīng)過微帶濾波器濾除二次諧波，即48GHz的諧波,。經(jīng)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,。
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(shù)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
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(shù)設置,、工作控制和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)手冊
2.英飛凌BGT24MTR11_XMC4200_Distance2Go_DemoBoard 應用指南