带线性调频脉冲拼接的闭环频率合成

对于精确的工业过程控制，液位传感和液箱液位探测雷达要求具备高精度距离测量，以便始终严密控制液体使用情况并及早发现任何泄漏或溢出。毫米波传感器的距离精度受多个因素影响，包括射频带宽、信噪比 (SNR)、雷达目标的形状和稳定性以及雷达调制缺陷。对于 FMCW 雷达，此类调制缺陷与斜坡生成的非线性特性和器件的相位噪声相关。频率生成模块因而成为实现高精度的最关键模块，因为它通常会同时限制线性、相位噪声和射频带宽。

典型的 FMCW 雷达系统使用一个由数模转换器 (DAC) 驱动的开环电压控制振荡器 (VCO) ，以生成雷达斜坡。这种方法会随时间的推移导致显著的非线性特性和不稳定性，进而导致 FFT 峰值变得模糊，并造成预估距离不准确。这种不准确程度仅随扫描带宽的增加而加剧，从而将大多数系统限制在 2GHz 或更低的带宽。

TI 的 IWR1443 毫米波传感器包括一个可生成高度线性的线性调频脉冲并提高距离精度的闭环锁相环 (PLL)。支持 4GHz 带宽且无任何线性下降，使距离精度进一步提高，因为距离测量精度与射频带宽成反比。通过使用 TI 的毫米波互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术，分数 N PLL 可以十分高效，并且仍然可以抑制量化噪声，从而无需在线性和相位噪声之间进行权衡。

同步生成的毫米波波形可确保液位传感应用更加自主。具体来说，能够从不同频率精确生成两个斜坡，且与单个斜坡相比不会存在任何额外误差。能够从 76GHz–77GHz 生成一个 1GHz 斜坡，然后从 77GHz–81GHz 生成一个 4GHz 斜坡。将两个斜坡的反射波形进行数字拼接能够进一步将精度提高 25%。