英飛凌近期推出的DISTANCE2GO開(kāi)發(fā)板不但提供了一個(gè)完整的雷達(dá)硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，還提供了示例軟件和圖形人機(jī)交互界面。DISTANCE2GO開(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)板射頻前端主要由24GHz雷達(dá)芯片BGT24MTR11以及微帶貼片陣列天線組成，射頻部分通過(guò)SPI接口同主處理器XMC4200通信，頻率控制電路包括一個(gè)低噪聲小數(shù)分頻鎖相環(huán)和環(huán)路濾波電路。

　　1BGT24MTR11 簡(jiǎn)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(yù)分頻器。發(fā)射機(jī)典型最大輸出功率11dBm，發(fā)射功率可調(diào)整范圍9dB； 接收機(jī)單邊帶噪聲系數(shù)12dB， 射頻接收增益26dB，1dB壓縮點(diǎn)-12dBm。VCO可由粗調(diào)和精調(diào)兩部分進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，VCO包括兩個(gè)預(yù)分頻器，第一預(yù)分頻器輸出1.5GHz信號(hào)可以饋入射頻鎖相環(huán)，第二個(gè)預(yù)分頻器輸出23KHz的方波信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換為零中頻信號(hào)。發(fā)射輸出部分和本振輸出部分有功率檢測(cè)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(kāi)發(fā)板射頻電路：

　　2.1 DISTANCE2GO開(kāi)發(fā)板發(fā)射部分

　　BGT24MTR11的發(fā)射差分輸出端通過(guò)匹配結(jié)構(gòu)后由威爾金森合路器將信號(hào)合并，成為單端信號(hào)。匹配結(jié)構(gòu)是為了補(bǔ)償由于VQFN封裝帶來(lái)的綁定引線電感和寄生效應(yīng)。信號(hào)經(jīng)過(guò)合路器后，經(jīng)過(guò)微帶濾波器濾除二次諧波，即48GHz的諧波。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，該微帶濾波器能夠?yàn)V除>20dB的二次諧波和約0.5dB的基頻信號(hào)。天線端有隔直電路和直流短路電路以提高ESD保護(hù)能力。

　　圖3： DISTANCE2GO開(kāi)發(fā)板射頻發(fā)射電路

　　2.2 DISTANCE2GO開(kāi)發(fā)板接收部分

　　BGT24MTR11的接收機(jī)是單端輸入，同發(fā)射部分類似，也是由匹配結(jié)構(gòu)，隔直電路，直流短路電路構(gòu)成。從天線到BGT24MTR11接收輸入管腳的損耗大約1dB左右。

　　圖4： DISTANCE2GO開(kāi)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(guò)環(huán)路濾波，接入到雷達(dá)芯片VCO 控制管腳VCOARSE 和VFINE。

　　鎖相環(huán)采用40MHz晶振信號(hào)作為本振參考信號(hào)。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(guò)相關(guān)設(shè)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(guò)CE管腳或者SPI配置使能。

　　圖5： DISTANCE2GO開(kāi)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(kāi)發(fā)板天線輻射圖

　　結(jié)語(yǔ)：

　　英飛凌DISTANCE2GO開(kāi)發(fā)板通過(guò)良好的射頻設(shè)計(jì)，提供了優(yōu)秀的硬件平臺(tái)。軟件方面也給客戶提供了多種24GHz ISM 頻段的應(yīng)用，包括基于FMCW的距離檢測(cè)，基于多普勒的移動(dòng)和速度檢測(cè)。使用者可以通過(guò)PC軟件端軟件控制該開(kāi)發(fā)板，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、工作控制和數(shù)據(jù)獲取，快速進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)處理和改進(jìn)目標(biāo)物體的檢測(cè)算法。圖形人機(jī)交互界面能夠顯示實(shí)時(shí)可視化正交中頻波形、FFT頻譜、目標(biāo)物體距離和運(yùn)動(dòng)信息。英飛凌DISTANCE2GO開(kāi)發(fā)板可以極大縮短客戶開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　1.英飛凌BGT24MTR11 數(shù)據(jù)手冊(cè)

　　2.英飛凌BGT24MTR11_XMC4200_Distance2Go_DemoBoard 應(yīng)用指南