帶線性調(diào)頻脈沖拼接的閉環(huán)頻率合成

對于精確的工業(yè)過程控制，液位傳感和液箱液位探測雷達(dá)要求具備高精度距離測量，以便始終嚴(yán)密控制液體使用情況并及早發(fā)現(xiàn)任何泄漏或溢出。毫米波傳感器的距離精度受多個(gè)因素影響，包括射頻帶寬、信噪比 (SNR)、雷達(dá)目標(biāo)的形狀和穩(wěn)定性以及雷達(dá)調(diào)制缺陷。對于 FMCW 雷達(dá)，此類調(diào)制缺陷與斜坡生成的非線性特性和器件的相位噪聲相關(guān)。頻率生成模塊因而成為實(shí)現(xiàn)高精度的最關(guān)鍵模塊，因?yàn)樗ǔ?huì)同時(shí)限制線性、相位噪聲和射頻帶寬。

典型的 FMCW 雷達(dá)系統(tǒng)使用一個(gè)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 驅(qū)動(dòng)的開環(huán)電壓控制振蕩器 (VCO) ，以生成雷達(dá)斜坡。這種方法會(huì)隨時(shí)間的推移導(dǎo)致顯著的非線性特性和不穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致 FFT 峰值變得模糊，并造成預(yù)估距離不準(zhǔn)確。這種不準(zhǔn)確程度僅隨掃描帶寬的增加而加劇，從而將大多數(shù)系統(tǒng)限制在 2GHz 或更低的帶寬。

TI 的 IWR1443 毫米波傳感器包括一個(gè)可生成高度線性的線性調(diào)頻脈沖并提高距離精度的閉環(huán)鎖相環(huán) (PLL)。支持 4GHz 帶寬且無任何線性下降，使距離精度進(jìn)一步提高，因?yàn)榫嚯x測量精度與射頻帶寬成反比。通過使用 TI 的毫米波互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 技術(shù)，分?jǐn)?shù) N PLL 可以十分高效，并且仍然可以抑制量化噪聲，從而無需在線性和相位噪聲之間進(jìn)行權(quán)衡。

同步生成的毫米波波形可確保液位傳感應(yīng)用更加自主。具體來說，能夠從不同頻率精確生成兩個(gè)斜坡，且與單個(gè)斜坡相比不會(huì)存在任何額外誤差。能夠從 76GHz–77GHz 生成一個(gè) 1GHz 斜坡，然后從 77GHz–81GHz 生成一個(gè) 4GHz 斜坡。將兩個(gè)斜坡的反射波形進(jìn)行數(shù)字拼接能夠進(jìn)一步將精度提高 25%。