JP2008072257A - Phase locked oscillator and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は位相同期発振器及びその制御方法に関し、更に詳しくは、FM−CWレーダ等のRF帯発振部に用いて好適なる位相同期発振器及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a phase-locked oscillator and a control method thereof, and more particularly to a phase-locked oscillator suitable for use in an RF band oscillator such as an FM-CW radar and a control method thereof.
図20は従来技術を説明する図で、図20(A)は従来のFM−CWレーダの周波数変調部分を示している。FM−CW方式の基本構成は、ファンクションジェネレータ(FG)等で三角波の変調信号を発生し、この変調信号により電圧制御発振器(VCO)に周波数変調をかけるものである。FM−CW方式で重要なことは、正確な三角波の周波数変調をかけることであり、このためには、例えば中心周波数を基準にして、その最大及び最小周波数偏移が変化しないこと、周波数が時間とともに直線的(リニア)に変化すること、及びその傾き(周波数変化速度)が変化しないこと、が必要である。FM−CWレーダの出力周波数は、VCOの外部条件(温度、電源等)の安定度に依存し、また出力周波数の周波数偏移については、VCOの変調感度、出力周波数に依存するため、高安定なVCOが必要となる。また、周波数が直線的に増加するためにはVCOの良好なリニアリティーが必要となる。 FIG. 20 is a diagram for explaining the prior art, and FIG. 20A shows a frequency modulation portion of a conventional FM-CW radar. The basic configuration of the FM-CW system is to generate a triangular wave modulation signal with a function generator (FG) or the like, and to apply frequency modulation to the voltage controlled oscillator (VCO) with this modulation signal. What is important in the FM-CW system is to apply accurate triangular wave frequency modulation. For this purpose, for example, the maximum and minimum frequency deviations do not change with respect to the center frequency, and the frequency is time-dependent. In addition, it is necessary to change linearly and the inclination (frequency change rate) does not change. The output frequency of the FM-CW radar depends on the stability of the external conditions (temperature, power supply, etc.) of the VCO, and the frequency shift of the output frequency depends on the modulation sensitivity of the VCO and the output frequency. A new VCO is required. Also, in order for the frequency to increase linearly, good linearity of the VCO is required.
図20(B)は従来のFM−CWレーダ送信部の典型的な構成を示している。発振周波数の温度変化に対してはCPUが温度センサで検出した温度によりデータテーブルを参照し、三角波の中心電圧を補正する。また、発振周波数のリニアリティーについてはCPUが同じくデータテーブルを参照することで三角波電圧の補正を行う。 FIG. 20B shows a typical configuration of a conventional FM-CW radar transmitter. For the temperature change of the oscillation frequency, the CPU refers to the data table based on the temperature detected by the temperature sensor and corrects the center voltage of the triangular wave. For the linearity of the oscillation frequency, the CPU similarly corrects the triangular wave voltage by referring to the data table.
図20(C)は、従来のFM−CWレーダ送信部の他の構成例を示す図で、PLL(Phase Locked Loop)回路に三角波を重畳する方法を示している。この方法では、PLLを中心周波数で位相同期させることにより中心周波数を安定化する。一方、この中心周波数に加える周波数変移のリニアリティーについては、CPUがデータテーブルを参照することにより三角波電圧を補正する。 FIG. 20C is a diagram illustrating another configuration example of the conventional FM-CW radar transmission unit, and illustrates a method of superimposing a triangular wave on a PLL (Phase Locked Loop) circuit. In this method, the center frequency is stabilized by synchronizing the phase of the PLL with the center frequency. On the other hand, for the linearity of the frequency shift applied to the center frequency, the CPU corrects the triangular wave voltage by referring to the data table.
また従来は、変調信号として水晶発振器6aに位相同期した三角波を用いることで発振周波数を安定化させると共に、出力のRF信号を周波数検波することで周波数偏移の上限や下限を超えないように制御を行う発振回路が知られている(特許文献1)。
しかし、上記データテーブルを使用して発振周波数の温度変化やリニアリティーを補正する方式であると、別途に大きなデータテーブルを持つ必要があるばかりか、回路素子のバラツキに応じて装置毎に個別のデータテーブルを作成する必要があり、試験工数が大幅に増えてしまう。また、上記図20(C)の構成では、三角波で変調したVCO出力に対してPLLによるフィードバックがかかってしまうため、VCO出力の変調特性が悪化してしまう。また、特許文献1のVCOの変調特性はリニアであることが前提であり、もしリニアで無い場合は、データテーブル等を使用してリニアリティー補正する必要がある。
However, if the above-mentioned data table is used to correct the temperature change and linearity of the oscillation frequency, it is not only necessary to have a separate large data table, but also individual data for each device depending on circuit element variations. It is necessary to create a table, which greatly increases the number of test steps. In the configuration shown in FIG. 20C, feedback from the PLL is applied to the VCO output modulated by the triangular wave, so that the modulation characteristic of the VCO output is deteriorated. Further, it is assumed that the modulation characteristic of the VCO in
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、VCO回路の特性バラツキや温度変動によらず、簡単な構成及び制御で常に高安定なVCO出力が得られる位相同期発振器及びその制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to always obtain a highly stable VCO output with a simple configuration and control irrespective of variations in characteristics of the VCO circuit and temperature fluctuations. A phase-locked oscillator and a control method thereof are provided.
本発明の第1の態様(VCOの校正)による位相同期発振器は、基準信号と比較信号の位相を比較する位相比較器と、該位相比較器の位相誤差信号を積分するローパスフィルタと、該ローパスフィルタの後段に介在して本器の主制御を行う制御部と、該制御部出力の制御電圧に応じた周波数の信号を発生するVCO回路と、該VCO回路の出力信号を分周して前記比較信号を形成する可変分周器とからなるPLLループを備える位相同期発振器であって、前記制御部は、PLLループを複数の周波数でロックさせて各ロック時の制御電圧を測定する制御電圧測定手段と、前記測定された各制御電圧に基づき、前記各周波数を結ぶ区間の周波数変化を代表する変調感度を求めるリニアリティー校正手段とを備えたものである。 A phase-locked oscillator according to the first aspect of the present invention (VCO calibration) includes a phase comparator that compares the phases of a reference signal and a comparison signal, a low-pass filter that integrates a phase error signal of the phase comparator, and the low-pass filter. A control unit that performs the main control of this device interposed in the subsequent stage of the filter, a VCO circuit that generates a signal having a frequency corresponding to the control voltage of the control unit output, and divides the output signal of the VCO circuit to A phase-locked oscillator including a PLL loop including a variable frequency divider that forms a comparison signal, wherein the control unit locks the PLL loop at a plurality of frequencies and measures a control voltage at each lock. And linearity calibration means for obtaining a modulation sensitivity representing a frequency change in a section connecting the frequencies based on the measured control voltages.
本発明によれば、PLLループを複数の周波数でロックさせる構成により、VCOの変調感度にバラツキや温度依存性があっても、該VCOを所要周波数で発振させるための制御電圧が容易かつ正確に得られる。 According to the present invention, the configuration in which the PLL loop is locked at a plurality of frequencies makes it possible to easily and accurately control the voltage for causing the VCO to oscillate at the required frequency even if the modulation sensitivity of the VCO varies or depends on temperature. can get.
本発明の第2の態様(VCOの駆動)による位相同期発振器は、前記PLLループを所定周波数でロックさせた後、該PLLループを開放した状態で、前記求めた変調感度に基づきVCO回路に前記所定周波数を中心とするリニアリティー補正された周波数変化を発生させるための電圧信号を生成し、出力するVCO駆動手段を更に備えたものである。 The phase-locked oscillator according to the second aspect of the present invention (VCO drive) locks the PLL loop at a predetermined frequency, and then opens the PLL loop in a state where the PLL circuit is opened based on the obtained modulation sensitivity. VCO driving means for generating and outputting a voltage signal for generating a linearity-corrected frequency change centered on a predetermined frequency is further provided.
本発明によれば、VCO回路をリニアリティー校正された電圧信号で駆動する構成により、VCO回路の特性バラツキや温度変動によらず、常に安定した発振特性が得られる。 According to the present invention, the configuration in which the VCO circuit is driven by a voltage signal that has been linearly calibrated can always provide stable oscillation characteristics regardless of variations in the characteristics of the VCO circuit and temperature fluctuations.
本発明の第3の態様(間欠的なPLL制御)では、VCO駆動手段は、VCO回路が中心周波数を出力するタイミングに同期してローパスフィルタの出力をサンプリングし、検出した位相誤差信号が所定範囲を超える場合は、該位相誤差信号を小さくする方向に制御電圧をオフセットする。従って、間欠的なPLL制御により、中心周波数を一定に維持できる。 In the third aspect (intermittent PLL control) of the present invention, the VCO driving means samples the output of the low-pass filter in synchronization with the timing at which the VCO circuit outputs the center frequency, and the detected phase error signal is within a predetermined range. In the case of exceeding the control voltage, the control voltage is offset in the direction of decreasing the phase error signal. Therefore, the center frequency can be kept constant by intermittent PLL control.
本発明の第4の態様(間欠的なFLL制御)による位相同期発振器は、基準信号を分周する第1の分周器と、VCO回路の出力を分周して前記比較信号を形成する第2の分周器とを備え、前記VCO駆動手段は、前記第1,第2の分周器のカウンタをVCO回路に加える信号周期の整数倍周期で定期的にリセットすると共に、前記VCO回路が中心周波数を出力するタイミングに同期してサンプリングしたローパスフィルタ出力の位相誤差信号が所定範囲を超える場合は、該位相誤差信号を小さくする方向に制御電圧をオフセットする。 A phase-locked oscillator according to a fourth aspect (intermittent FLL control) of the present invention is a first frequency divider that divides a reference signal and a first output that divides the output of a VCO circuit to form the comparison signal. The VCO driving means periodically resets the counters of the first and second frequency dividers at a period that is an integral multiple of the signal period applied to the VCO circuit, and the VCO circuit When the phase error signal output from the low-pass filter sampled in synchronization with the output timing of the center frequency exceeds a predetermined range, the control voltage is offset in a direction to reduce the phase error signal.
本発明においては、第1,第2の分周器のカウンタを定期的にリセットする構成により、両分周信号を強制的に位相あわせする。しかし、もしVCO出力の周波数がずれていると、両分周信号間の位相は速やかに広がってしまう。そこで、本発明では、ローパスフィルタ出力の位相誤差信号を定期的に検出することで、該位相誤差信号の変化速度を監視し、VCO出力の周波数がずれているか否かを検出する。本発明では、特定の絶対位相へ引き込まないので、位相引き込みが速い。なお、周波数のみ揃っていればロック状態にあると判定する制御を本明細書ではFLL(Frequency Locked Loop)制御と呼ぶ。 In the present invention, both frequency-divided signals are forcibly phase-matched by a configuration in which the counters of the first and second frequency dividers are periodically reset. However, if the frequency of the VCO output is shifted, the phase between both frequency-divided signals will spread quickly. Therefore, in the present invention, by periodically detecting the phase error signal of the low-pass filter output, the rate of change of the phase error signal is monitored to detect whether the frequency of the VCO output is deviated. In the present invention, since the phase is not drawn into a specific absolute phase, phase drawing is fast. Note that the control that determines that the lock state is established if only the frequencies are aligned is referred to as FLL (Frequency Locked Loop) control in this specification.
本発明の第5の態様(PLLの高速引き込み)による位相同期発振器は、基準信号を分周する第1の可変分周器と、VCO回路の出力を分周して前記比較信号を形成する第2の可変分周器とを備え、前記制御部は、前記第1,第2の可変分周器に所定の分周比を設定後、PLLループを形成して基準信号と比較信号間の位相引き込みを開始する際に、前記
VCO回路に前記所定の分周比に対応する制御電圧を加えると共に、前記第1,第2の可変分周器のカウンタをリセットするものである。
The phase-locked oscillator according to the fifth aspect of the present invention (PLL high-speed pull-in) is a first variable frequency divider that divides the reference signal, and the output of the VCO circuit is divided to form the comparison signal. 2, and the control unit sets a predetermined frequency dividing ratio in the first and second variable frequency dividers and then forms a PLL loop to form a phase between the reference signal and the comparison signal. When starting the pull-in, a control voltage corresponding to the predetermined frequency division ratio is applied to the VCO circuit, and counters of the first and second variable frequency dividers are reset.
本発明によれば、VCO回路に当初から設定分周比に対応する制御電圧を加えるとで当初から所要周波数に近いVCO出力が得られる。また、第1,第2の可変分周器のカウンタをリセットすることにより、両分周信号の初期位相が強制的に揃う。この場合に、両分周信号の周波数は既に略一致しているため、その後、両信号間の位相差が広がることはなく、これによりPLLループは速やかにロック状態に収束する。 According to the present invention, when a control voltage corresponding to the set frequency dividing ratio is applied to the VCO circuit from the beginning, a VCO output close to the required frequency can be obtained from the beginning. Further, by resetting the counters of the first and second variable frequency dividers, the initial phases of both frequency-divided signals are forcibly aligned. In this case, since the frequencies of the two frequency-divided signals already substantially coincide with each other, the phase difference between the two signals does not spread thereafter, and the PLL loop quickly converges to the locked state.
本発明の第6の態様(前回の測定保持したロック時の制御御電圧を利用)では、制御部は、前記PLLループを形成して基準信号と比較信号間の位相引き込みを開始する際に、前回の同一周波数への引き込み時に検出し、保持したロック検出時の制御電圧をVCO回路に加える。 In the sixth aspect of the present invention (using the control control voltage at the time of the previous measurement held), the control unit forms the PLL loop and starts phase pull-in between the reference signal and the comparison signal. The control voltage at the time of lock detection that is detected and held at the previous pull-in to the same frequency is applied to the VCO circuit.
ところで、VCO回路に所定の分周比に対応する制御電圧を加えようとしても、VCOの発振特性は温度によって変化するため、加える制御電圧も一定ではない。この点、本発明によれば、略同一温度における前回の同一周波数(同一分周比)への周波数引き込み時に検出し、保持したロック検出時の制御電圧を加える構成により、PLLループはより速やかにロック状態に収束することになる。 By the way, even if a control voltage corresponding to a predetermined frequency division ratio is applied to the VCO circuit, the applied control voltage is not constant because the oscillation characteristic of the VCO changes depending on the temperature. In this regard, according to the present invention, the PLL loop can be detected more quickly by the configuration in which the control voltage at the time of lock detection detected and held at the same frequency (same frequency division ratio) at the previous time at substantially the same temperature is applied. It will converge to the locked state.
本発明の第7の態様(2系統のローパスフィルタを備える構成)では、前記ローパスフィルタは、制御電圧測定時の位相誤差信号を積分する第1のローパスフィルタと、VCO駆動時の中心周波数出力タイミングにサンプリングした位相誤差信号を積分する第2のローパスフィルタとを含み、前記第1のローパスフィルタの時定数を前記第2のローパスフィルタの時定数よりも小さくしたものである。従って、制御電圧の測定時間を短縮できる。 In a seventh aspect of the present invention (a configuration including two low-pass filters), the low-pass filter includes a first low-pass filter that integrates a phase error signal when measuring a control voltage, and a center frequency output timing when driving a VCO. And a second low-pass filter that integrates the sampled phase error signal, and the time constant of the first low-pass filter is made smaller than the time constant of the second low-pass filter. Therefore, the control voltage measurement time can be shortened.
本発明の第8の態様(前回の位相誤差信号の保持及び再利用)では、前記第1のローパスフィルタは今回の制御電圧測定時に積分保持したロック検出時の位相誤差信号を次回の制御電圧測定開始時まで保持し、前記第2のローパスフィルタは今回のVCO駆動時にサンプリングし、かつ積分保持した位相誤差信号を次回のVCO駆動開始時まで保持する。 In the eighth aspect of the present invention (holding and reusing the previous phase error signal), the first low-pass filter integrates and holds the phase error signal at the time of the control voltage measurement at the time of the next control voltage measurement. The second low-pass filter holds the phase error signal sampled and integrated and held until the next VCO drive start, and held until the start.
本発明では、もしPLLループの開始条件(分周比,制御電圧等)を前回と同様に揃えておけば、そのロック状態の判定はほぼ前回の制御電圧測定又はVCO駆動の動作完了状態(ロック環境)から再開できるため、温度変動によらず、周波数の引き込み動作を高速に完了できる。 In the present invention, if the PLL loop start conditions (frequency division ratio, control voltage, etc.) are aligned in the same manner as in the previous time, the determination of the locked state is almost the previous control voltage measurement or VCO drive operation complete state (locked). Because it can be restarted from the environment, the frequency pull-in operation can be completed at high speed regardless of temperature fluctuations.
本発明の第9の態様(周波数逓倍出力)による位相同期発振器は、VCO回路出力の一方を可変分周器に接続し、かつ他方を周波数逓倍器を介して外部に出力可能に構成したものである。従って、比較的低周波の分周器を使用した場合でも、極めて高周波(例えば数十GHz)の出力周波数を容易に制御できる。 The phase-locked oscillator according to the ninth aspect (frequency multiplied output) of the present invention is configured such that one of the VCO circuit outputs is connected to a variable frequency divider and the other can be output to the outside via the frequency multiplier. is there. Therefore, even when a relatively low frequency divider is used, an extremely high frequency (for example, several tens of GHz) output frequency can be easily controlled.
本発明の第10の態様(出力の遮断制御)による位相同期発振器は、VCO回路出力の一方を可変分周器に接続し、かつ他方をスイッチ手段を介して外部に出力可能に構成すると共に、制御部は、制御電圧測定時のVCO回路出力を外部に出力しないようスイッチ手段を遮断するものである。従って、外部出力波(レーダ波)に影響を与えずに、制御電圧の測定が行える。 The phase-locked oscillator according to the tenth aspect (output cutoff control) of the present invention is configured such that one of the VCO circuit outputs is connected to the variable frequency divider and the other can be output to the outside via the switch means. The control unit shuts off the switch means so as not to output the VCO circuit output at the time of control voltage measurement. Therefore, the control voltage can be measured without affecting the external output wave (radar wave).
本発明の第11の態様(位相誤差電圧の振る舞いの異常検出)による位相同期発振器は、VCO駆動時にサンプリングしたローパスフィルタ出力の位相誤差信号が所定の範囲か
ら外れたことにより異常を検出する検出手段を備えるものである。
The phase-locked oscillator according to the eleventh aspect of the present invention (abnormality detection of the behavior of the phase error voltage) detects an abnormality when the phase error signal of the low-pass filter sampled at the time of driving the VCO is out of a predetermined range. Is provided.
本発明の第12の態様(制御電圧の振る舞いの異常検出)による位相同期発振器は、VCO駆動時に生成した中心周波数を発生させる際の制御電圧が所定の範囲を超えていることにより異常を検出する検出手段を備えるものである。 The phase-locked oscillator according to the twelfth aspect (control voltage behavior abnormality detection) of the present invention detects an abnormality when the control voltage for generating the center frequency generated at the time of driving the VCO exceeds a predetermined range. A detection means is provided.
本発明の第13の態様(電源投入時の異常検査)による位相同期発振器は、本器に対する電源投入時に測定した複数周波数に対する各制御電圧と、本器の工場出荷時に測定され、メモリに記憶された前記複数周波数に対する各制御電圧とを比較し、これらの何れか一つが所定の範囲を超えて相違することにより異常を検出する検出手段を備えるものである。 The phase-locked oscillator according to the thirteenth aspect of the present invention (abnormality inspection at power-on) is measured at the time of factory shipment of the instrument and stored in a memory. In addition, the control voltage for each of the plurality of frequencies is compared, and any one of them is different beyond a predetermined range to detect a malfunction.
本発明の第14の態様(2系統のPLLループを備える)による位相同期発振器は、上記本発明の第1の態様に記載の第1,第2のPLLループを 単一の制御部により制御可能に構成し、該制御部は、前記第1,第2のPLLループに対して制御電圧の測定制御とVCO回路の駆動制御とを交互に分担させることで、一連の制御電圧の測定制御とVCO回路の駆動制御とを見かけ上連続して行うものである。 The phase-locked oscillator according to the fourteenth aspect of the present invention (comprising two PLL loops) can control the first and second PLL loops according to the first aspect of the present invention with a single control unit The control unit alternately assigns control voltage measurement control and VCO circuit drive control to the first and second PLL loops, thereby providing a series of control voltage measurement control and VCO. It is apparently performed continuously with the drive control of the circuit.
本発明の第15の態様(温度により変調感度が変化しないVCO回路を備える)による位相同期発振器は、基準信号と比較信号の位相を比較する位相比較器と、該位相比較器の位相誤差信号を積分するローパスフィルタと、該ローパスフィルタの後段に介在して本器の主制御を行う制御部と、該制御部出力の制御電圧に応じた周波数の信号を発生するVCO回路と、前記VCO回路の出力信号を分周して前記比較信号を形成する可変分周器とからなるPLLループを備える位相同期発振器であって、前記制御部は、PLLのロック周波数を所定間隔で変化させ、所定の周波数範囲をカバーする範囲につき各ロック時の制御電圧を測定する制御電圧測定手段と、前記測定した制御電圧の変動範囲を複数区間に分割して、各区間を代表する変調感度を求めるリニアリティー校正手段と、PLLループを所定周波数でロックさせた後、該PLLループを開放した状態で、VCO回路に前記所定周波数を中心とするリニアリティー補正された周波数変化を発生させるための電圧信号を、前記ロック時の制御電圧と前記求めた各区間を代表する変調感度に基づき生成し、出力するVCO駆動手段とを備えたものである。 A phase-locked oscillator according to a fifteenth aspect of the present invention (comprising a VCO circuit whose modulation sensitivity does not change with temperature) includes a phase comparator that compares the phases of a reference signal and a comparison signal, and a phase error signal of the phase comparator. A low-pass filter that integrates, a control unit that intervenes in the subsequent stage of the low-pass filter, a VCO circuit that generates a signal having a frequency corresponding to the control voltage of the output of the control unit, and the VCO circuit A phase-locked oscillator including a PLL loop including a variable frequency divider that divides an output signal to form the comparison signal, wherein the control unit changes a PLL lock frequency at a predetermined interval, A control voltage measuring means for measuring the control voltage at the time of each lock for a range covering the range, and a modulation feeling representative of each section by dividing the fluctuation range of the measured control voltage into a plurality of sections. And a voltage signal for generating a linearity-corrected frequency change centered on the predetermined frequency in the VCO circuit in a state in which the PLL loop is opened after locking the PLL loop at a predetermined frequency. Is generated based on the control voltage at the time of locking and the modulation sensitivity representing each of the obtained intervals, and is provided with VCO driving means for outputting.
本発明によれば、予め所要周波数範囲の変調感度を一旦求めておけば、該変調感度は温度によりあまり変化しないので、任意温度におけるVCO駆動時には、VCO駆動手段は、PLLループを所定周波数でロックさせた後、該PLLループを開放した状態で、VCO回路に所定周波数を中心とするリニアリティー補正された周波数変化を発生させるための電圧信号を、前記ロック時の制御電圧(基準電圧)と前記求めた各区間を代表する変調感度に基づき生成し、出力することで、温度によらず、VCO回路を常に正しい周波数で駆動できる。 According to the present invention, once the modulation sensitivity in the required frequency range is obtained in advance, the modulation sensitivity does not change much with temperature. Therefore, when the VCO is driven at an arbitrary temperature, the VCO drive means locks the PLL loop at a predetermined frequency. Then, with the PLL loop open, a voltage signal for causing the VCO circuit to generate a linearity-corrected frequency change centered on a predetermined frequency is obtained as the control voltage (reference voltage) at the time of locking and the determination. By generating and outputting based on the modulation sensitivity representing each section, the VCO circuit can always be driven at the correct frequency regardless of the temperature.
本発明の第16の態様(VCO回路の校正方法)による位相同期発振器の制御方法は、基準信号と比較信号の位相を比較する位相比較器と、該位相比較器の位相誤差信号を積分するローパスフィルタと、該ローパスフィルタの後段に介在して本器の主制御を行う制御部と、該制御部出力の制御電圧に応じた周波数の信号を発生するVCO回路と、前記VCO回路の出力信号を分周して前記比較信号を形成する可変分周器とからなるPLLループを備える位相同期発振器の制御方法であって、前記制御部は、PLLループを複数の周波数でロックさせ、各ロック時の制御電圧を測定する制御電圧測定ステップと、前記測定された各制御電圧に基づき、前記各周波数を結ぶ各区間の周波数変化を代表する変調感度を求めるリニアリティー校正ステップと、を実行するものである。 According to a sixteenth aspect (VCO circuit calibration method) of the present invention, a phase-locked oscillator control method includes a phase comparator that compares the phases of a reference signal and a comparison signal, and a low-pass that integrates the phase error signal of the phase comparator. A filter, a control unit for performing main control of the instrument, being interposed in a subsequent stage of the low-pass filter, a VCO circuit for generating a signal having a frequency corresponding to a control voltage of the control unit output, and an output signal of the VCO circuit A control method of a phase-locked oscillator comprising a PLL loop comprising a variable frequency divider that divides and forms the comparison signal, wherein the control unit locks the PLL loop at a plurality of frequencies, A control voltage measurement step for measuring a control voltage, and a linearity calibration step for obtaining a modulation sensitivity representing a frequency change in each section connecting the frequencies based on the measured control voltages. Is intended to be executed and up, the.
本発明の第17の態様(VCO回路の駆動方法)では、制御部は、PLLループを中心周波数でロックさせた後、該PLLループを開放した状態で、前記VCO回路に前記中心周波数を中心とするリニアリティー補正された周波数変化を発生させるための電圧信号を前記求めた変調感度に基づき生成し、出力するVCO駆動ステップを実行するものである。 In the seventeenth aspect (VCO circuit driving method) of the present invention, the control unit locks the PLL loop at the center frequency, and then opens the PLL loop with the center frequency centered on the VCO circuit. A voltage signal for generating a linearity-corrected frequency change is generated based on the obtained modulation sensitivity, and a VCO driving step of outputting is executed.
本発明の第18の態様(PLLによる制御方法)では、制御部は、VCO回路が中心周波数を出力するタイミングに同期してローパスフィルタの出力をサンプリングし、検出した位相誤差信号が所定範囲を超える場合は、該位相誤差信号を小さくする方向に制御電圧をオフセットする。 In the eighteenth aspect of the present invention (PLL control method), the control unit samples the output of the low-pass filter in synchronization with the timing at which the VCO circuit outputs the center frequency, and the detected phase error signal exceeds the predetermined range. In this case, the control voltage is offset in the direction of decreasing the phase error signal.
本発明の第19の態様(制御電圧測定とリニアリティー校正の実行タイミング)では、制御部は、1又は2以上のVCO駆動ステップの実行毎に、前記複数周波数の測定ステップと、これに続く前記リニアリティー校正ステップとを実行するものである。 In a nineteenth aspect of the present invention (control voltage measurement and linearity calibration execution timing), the control unit performs the multiple frequency measurement step and the subsequent linearity every time one or more VCO drive steps are executed. A calibration step.
本発明の第20の態様(各制御電圧測定の実行タイミング)では、制御部は、1又は2以上のVCO駆動ステップの実行毎に、単一の制御電圧の測定ステップを順番に実行するものである。 In a twentieth aspect of the present invention (execution timing of each control voltage measurement), the control unit sequentially executes a single control voltage measurement step every time one or more VCO driving steps are executed. is there.
本発明の第21の態様(PLLループの高速引き込み方法)による位相同期発振器の制御方法は、基準信号と比較信号を分周する第1,第2の可変分周器と、該第1,第2の可変分周器出力の位相を比較する位相比較器と、該位相比較器の位相誤差信号を積分するローパスフィルタと、該ローパスフィルタの後段に介在して本器の主制御を行う制御部と、該制御部出力の制御電圧に応じた周波数の前記比較信号を発生するVCO回路とからなるPLLループを備える位相同期発振器の制御方法であって、前記制御部は、前記第1,第2の可変分周器に所定の分周比を設定後、PLLループを形成して基準信号と比較信号間の位相引き込みを開始する際に、前記VCO回路に前記所定の分周比に対応する制御電圧を加えると共に、前記第1,第2の可変分周器のカウンタをリセットするものである。 According to a twenty-first aspect of the present invention (a PLL loop high-speed pull-in method), a phase-locked oscillator control method includes: first and second variable frequency dividers that divide a reference signal and a comparison signal; A phase comparator that compares the phases of the two variable frequency divider outputs, a low-pass filter that integrates the phase error signal of the phase comparator, and a control unit that performs the main control of the device by interposing the latter stage of the low-pass filter And a phase-locked oscillator control method including a PLL loop including a VCO circuit that generates the comparison signal having a frequency corresponding to the control voltage of the control unit output, wherein the control unit includes the first and second control circuits. When a predetermined frequency division ratio is set in the variable frequency divider, a PLL loop is formed to start phase pull-in between the reference signal and the comparison signal, and the VCO circuit controls the predetermined frequency division ratio. While applying voltage, the first and first It is intended to reset the counter of the variable frequency divider of.
以上述べた如く本発明によれば、特性のバラツキや温度変化を有するVCO回路を使用しても、PLL制御による出力周波数の安定化、PLL開放下でのVCO駆動による出力周波数変化のリニアリティー向上が図れ、よって位相同期発振器の信頼性向上、更には、該発振器を使用したFM−CWレーダ等の普及に寄与するところが極めて大きい。 As described above, according to the present invention, even if a VCO circuit having characteristic variations and temperature changes is used, the output frequency is stabilized by PLL control, and the linearity improvement of the output frequency change by VCO driving with the PLL open is improved. Therefore, it greatly contributes to the improvement of the reliability of the phase-locked oscillator and further the spread of FM-CW radar and the like using the oscillator.
以下、添付図面に従って本発明に好適なる実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。図1は第1の実施の形態による位相同期発振器のブロック図である。図において、1はPLLの基準クロック信号CKを発生するクロック発振器、2はPLLループを構成する位相比較部、11はクロック信号CKの可変分周器、12はVCO出力の可変分周器、13は両分周器出力φR,φVの位相を比較する位相比較器(PD)、3はPD13出力の位相誤差信号を積分するローパスフィルタ(LPF)、4は本発明の制御部に相当するプロセッサユニット(PU)、14はLPF3出力の位相誤差信号VpdをサンプリングするA/D変換器、15は本発振器の主制御・処理を行うCPU、16はCPU15出力の制御電圧をアナログの制御電圧Vcontに変換するD/A変換器、5は制御電圧Vcontに対応する周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器(VCO)、6はVCO5の出力を通過/遮断するRFスイッチ(SW)である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the same reference numerals denote the same or corresponding parts throughout the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a phase-locked oscillator according to the first embodiment. In the figure, 1 is a clock oscillator that generates a PLL reference clock signal CK, 2 is a phase comparator that constitutes a PLL loop, 11 is a variable frequency divider for the clock signal CK, 12 is a variable frequency divider for VCO output, 13 Is a phase comparator (PD) that compares the phases of both frequency divider outputs φR and φV, 3 is a low-pass filter (LPF) that integrates the phase error signal of the
CPU15は、VCO5の特性バラツキや温度変動によらず、PLLループを連続して
又は周期的に構成することでVCO5の発振周波数を安定化させる制御と、レーダ動作時にPLLループを開放した状態で三角波信号を生成してVCO5にリニアリティー補正された周波数変調出力を出力させる制御とを行う。具体的には、後述の図2,図4,図6の各種処理を実行することにより、本発明の制御電圧測定手段、リニアリティー校正手段、VCO駆動手段(レーダ送信処理)等の各種機能を実現する。
The
制御電圧測定手段は、PLLループを複数の周波数でロックさせることで、各ロック時の制御電圧Vcontを測定する。その際には、位相比較部2に設定データを出力して、可変分周器11,12の分周比を所望に設定する。更に、LPF5出力の位相誤差信号Vpdを定期的にサンプリングすると共に、公知のPLL処理に従って位相誤差信号Vpdを小さくする方向に制御電圧Vcontを更新し、PLLループを複数の周波数で順次ロックさせる。各ロック時に取得した制御電圧Vcontは、VCO5の特性バラツキや温度変動によらず、該VCO5を各所定の周波数で発振させるに必要な制御電圧Vcontである。
The control voltage measuring means measures the control voltage Vcont at each lock by locking the PLL loop at a plurality of frequencies. At that time, setting data is output to the
挿入図(a)に一例のPLLループの概念構成図を示す。ここでは、LPF3とCPU15とが実現するループフィルタの機能を伝達特性F(s)を有するディジタルフィルタで表している。CPU15でデジタルフィルタを構成することにより、ゲインやクロック周期でフィルタ特性を変化させることができる。今、ディジタルフィルタの入力をX(n)、出力をY(n)とすると、差分方程式は、
Y(n)=(A+B)・X(n)+Y(n−1)−A・X(n−1)
で表される。これをZ変換すると、
Y(z)=(A+B)・X(z)+z−1・Y(z)−A・z−1・X(z)
で表され、フィルタの伝達特性F(z)は、
F(z)=Y(z)/X(z)=A+B/(1−Z−1)
で表される。これをF(s)で表すと、
F(s)=A+B/(1−e−j2πfT)
となる。
An inset (a) shows a conceptual configuration diagram of an example PLL loop. Here, the function of the loop filter realized by the LPF 3 and the
Y (n) = (A + B) .X (n) + Y (n-1) -A.X (n-1)
It is represented by If this is converted to Z,
Y (z) = (A + B) · X (z) + z -1 · Y (z) -A · z -1 · X (z)
And the transfer characteristic F (z) of the filter is
F (z) = Y (z) / X (z) = A + B / (1-Z −1 )
It is represented by If this is represented by F (s),
F (s) = A + B / (1-e− j2πfT )
It becomes.
更に、PLLとした場合の入力の位相をθi(s)、出力の位相をθo(s)とすると、ループの伝達特性H(s)は、
H(s)=θo(s)/θi(s)
=K・F(s)/{s+K・F(s)}
但し、K=Kd・Kv/N
で表される。
Further, assuming that the phase of the input in the case of the PLL is θi (s) and the phase of the output is θo (s), the transfer characteristic H (s) of the loop is
H (s) = θo (s) / θi (s)
= K · F (s) / {s + K · F (s)}
However, K = Kd · Kv / N
It is represented by
次に、リニアリティー校正手段は、前記測定された各制御電圧Vcontに基づき、前記各周波数を結ぶ区間の周波数変化を代表(例えば直線近似)するような変調感度を求める。そして、VCO駆動(レーダ送信)手段は 前記PLLループを所定周波数(例えば三角波の中心周波数)でロックさせた後、該PLLループを開放した状態で、前記求めた変調感度に基づきVCO回路に前記所定周波数を中心とするリニアリティー補正された周波数変化を発生させるための電圧信号を生成し、出力する。このレーダ送信時には、ループ制御を開放しているため、VCO5の周波数変化を抑制するようなループのフィードバックはかからず、よって周波数変化の高い忠実性を維持できる。更に、該レーダ送信の例えば1周期毎にレーダ送信の中心周波数を安定化するためのループ制御を間欠的に行うことで、レーダ送信波の周波数も安定化する。以下、これらの制御・処理を詳細に説明する。 Next, the linearity calibration means obtains a modulation sensitivity that represents (for example, linear approximation) a frequency change in a section connecting the frequencies based on the measured control voltages Vcont. Then, the VCO driving (radar transmission) means locks the PLL loop at a predetermined frequency (for example, the center frequency of the triangular wave), and then opens the PLL loop to the VCO circuit based on the obtained modulation sensitivity. A voltage signal for generating a linearity-corrected frequency change centered on the frequency is generated and output. At the time of this radar transmission, since loop control is opened, loop feedback that suppresses the frequency change of the VCO 5 is not applied, so that high fidelity of the frequency change can be maintained. Further, the frequency of the radar transmission wave is also stabilized by intermittently performing loop control for stabilizing the center frequency of the radar transmission for every cycle of the radar transmission. Hereinafter, these controls and processes will be described in detail.
図2は実施の形態による制御電圧測定処理のフローチャートで、PLLの分周比を変化させることでVCO出力に中心周波数f0、下限変調周波数f1、上限変調周波数f2を得るための各制御電圧V0,V1,V2を測定する場合を示している。ステップS11では、制御電圧Vcontの測定時に不要波を出力しないようRFスイッチSW6に対する出力
ENをディセーブルし、無線波(RF)の出力を遮断する。ステップS12では測定シーケンスを保持するレジスタiの内容を初期化(例えばi=1に)する。ステップS13ではPLLが周波数fi(最初は下限周波数f1)でロックするように分周器11,12の分周比Nr,Ncを設定する。これによりPD13は両分周信号φR,φVの位相誤差に応じた位相誤差信号を出力し、これをLPF3で積分(フィルタ)する。
FIG. 2 is a flowchart of the control voltage measurement process according to the embodiment. Each control voltage V0 for obtaining the center frequency f0, the lower limit modulation frequency f1, and the upper limit modulation frequency f2 in the VCO output by changing the frequency division ratio of the PLL. The case where V1 and V2 are measured is shown. In step S11, the output EN to the RF switch SW6 is disabled so as not to output an unnecessary wave when measuring the control voltage Vcont, and the output of the radio wave (RF) is cut off. In step S12, the contents of the register i holding the measurement sequence are initialized (for example, i = 1). In step S13, the frequency division ratios Nr and Nc of the
ステップS14ではCPU15がLPF3出力の位相誤差出力Vpdを定期的に取得し、ステップS15では該信号Vpdが所要のセンター値(例えば2.5V)を中心とする所定範囲内にあるか否かを判別する。所定範囲内にない場合はPLLループがロック状態に無いため、ステップS16に進み、通常のPLLモードに従ってVpdがセンター値に近づく方向に制御電圧Vcontを更新する。
In step S14, the
こうして、やがて、ステップS15の判別で位相誤差出力Vpd ≒ センター値になると、PLLループがロック状態にあるので処理はステップS17に進み、その時点の制御電圧VcontをVi(最初は下限周波数f1に対する制御電圧V1)としてメモリに記憶する。ステップS18ではレジスタiの内容を更新し、次の測定対象を例えば中心周波数f0とする。ステップS19ではレジスタiの内容が測定終了か否かを判別し、測定終了でない場合はステップS13に戻る。こうして、続く中心周波数f0(V0)及び上限周波数f2(V2)についての測定を行い、やがて、ステップS19の判別で測定終了になると、この処理を抜ける。 Thus, when the phase error output Vpd becomes the center value in the determination in step S15, the PLL loop is in a locked state, so the process proceeds to step S17, and the control voltage Vcont at that time is set to Vi (initially control for the lower limit frequency f1). The voltage V1) is stored in the memory. In step S18, the contents of the register i are updated, and the next measurement object is set to the center frequency f0, for example. In step S19, it is determined whether or not the content of the register i is the measurement end. If the measurement is not completed, the process returns to step S13. Thus, the subsequent center frequency f0 (V0) and upper limit frequency f2 (V2) are measured, and when the measurement is completed in the determination of step S19, this process is exited.
図3に第1の実施の形態による制御電圧測定動作のタイミングチャートを示す。一例の位相誤差出力Vpdは0〜5Vの範囲で変化し、中間の2.5V付近でロック状態と判定される。最初は、PLLは例えば下限周波数f1でロックするように分周比Nr,Ncを設定し、所定時間間隔でPLLループ制御を行う。CPU15は定期的にVpdを取得すると共に、通常のPLLループ制御に従って位相誤差出力Vpdが2.5Vに近づく方向に制御電圧Vcontを更新する。こうして、ループ制御を継続し、やがて、Vpd ≒2.5Vになると、ロック状態であり、この時、VCO5の発振周波数fは、VCO5の特性バラツキや温度による変動によらず、正確に下限周波数f1となっている。CPU15はこの時点の制御電圧Vcontを取得し、これをVCO5に下限周波数f1を発生させるための制御電圧V1としてメモリに記憶する。
FIG. 3 shows a timing chart of the control voltage measurement operation according to the first embodiment. The phase error output Vpd of an example changes in the range of 0 to 5V, and is determined to be in the locked state around the middle 2.5V. Initially, the PLL sets the frequency division ratios Nr and Nc so as to lock at the lower limit frequency f1, for example, and performs PLL loop control at predetermined time intervals. The
次に、PLLを中心周波数f0でロックさせ、その時点のVcontをVCO5に中心周波数f0を発生させるるための制御電圧V0としてメモリに記憶する。最後に、PLLを上限周波数f2でロックさせ、その時点のVcontをVCO5に上限周波数f2を発生させるための制御電圧V2としてメモリに記憶する。 Next, the PLL is locked at the center frequency f0, and Vcont at that time is stored in the memory as a control voltage V0 for causing the VCO 5 to generate the center frequency f0. Finally, the PLL is locked at the upper limit frequency f2, and Vcont at that time is stored in the memory as a control voltage V2 for causing the VCO 5 to generate the upper limit frequency f2.
本実施の形態によれば、PLLループを各所定周波数(所定分周比)f0,f1,f2でロックさせる構成により、VCO5の特性バラツキや温度変化によらず、VCO5を所定周波数f0,f1,f2で発振させるための制御電圧V0,V1,V2を自動的に、かつ正確に求めることが可能である。 According to the present embodiment, the configuration in which the PLL loop is locked at each predetermined frequency (predetermined frequency division ratio) f0, f1, f2 allows the VCO5 to be controlled at the predetermined frequency f0, f1, regardless of the characteristic variation of the VCO5 or the temperature change. The control voltages V0, V1, and V2 for oscillating at f2 can be obtained automatically and accurately.
図4は第1の実施の形態によるリニアリティー校正処理のフローチャートで、上記求めた(f1,V1),(f0,V0),(f2,V2)の組の情報に基づき、各周波数を結ぶ区間A〜DにおけるVCO出力を一定の周波数Δfづつリニアに変化させるための制御電圧Vcontを求める処理を示している。なお、この処理で求められた制御電圧Vcontを実際にVCO5に出力すれば、図5(b)に示すような出力の周波数特性が得られる。 FIG. 4 is a flowchart of the linearity calibration process according to the first embodiment. The section A connecting the frequencies based on the information of the set of (f1, V1), (f0, V0), (f2, V2) obtained above. The process which calculates | requires the control voltage Vcont for changing the VCO output in -D linearly by fixed frequency (DELTA) f is shown. If the control voltage Vcont obtained in this process is actually output to the VCO 5, an output frequency characteristic as shown in FIG. 5B can be obtained.
ステップS31では上記図2の処理で取得した制御電圧V0〜V2及び周波数f0〜f2の各情報を使用し、三角周期T0を例えば4分割した各区間j(=A〜D)におけるV
CO5の変調感度を特性a(j)により直線近似する。図5(c)にリニアリティー校正動作のタイミングチャートを示す。
・区間Aの周波数変化f1→f0、制御電圧変化V1→V0により、
変調感度a(A)=(f0−f1)/(V0−V1)
・区間Bの周波数変化f0→f2、制御電圧変化V0→V2により、
変調感度a(B)=(f2−f0)/(V2−V0)
・区間Cの周波数変化f2→f0、制御電圧変化V2→V0により、
変調感度a(C)=−(f2−f0)/(V2−V0)=−a(B)
・区間Dの周波数変化f0→f1、制御電圧変化V0→V1により、
変調感度a(D)=−(f0−f1)/(V0−V1)=−a(A)
となる。
In step S31 using the information of the control voltage V0~V2 and frequency f0~f2 acquired in the process of FIG. 2, V in each section j (= to D) in which the triangle period T 0 example 4 divided
The modulation sensitivity of CO5 is linearly approximated by the characteristic a (j). FIG. 5C shows a timing chart of the linearity calibration operation.
・ By frequency change f1 → f0 and control voltage change V1 → V0 in section A,
Modulation sensitivity a (A) = (f0−f1) / (V0−V1)
・ By frequency change f0 → f2 and control voltage change V0 → V2 in section B,
Modulation sensitivity a (B) = (f2-f0) / (V2-V0)
・ By frequency change f2 → f0 and control voltage change V2 → V0 in section C,
Modulation sensitivity a (C) =-(f2-f0) / (V2-V0) =-a (B)
・ By frequency change f0 → f1 and control voltage change V0 → V1 in section D,
Modulation sensitivity a (D) = − (f0−f1) / (V0−V1) = − a (A)
It becomes.
ステップS32では、三角波条件(例えば、三角周期:10ms,中心周波数f0からの周波数偏移:±25MHz)とCPU条件(例えば、Vcontの時間分解能50μs,電圧分解能:0.005V)とに従い、各時点における周波数変化Δf(例えば、50μs当たり0.5MHz一定)を求める。ステップS33ではタイミングカウンタk=0,領域レジスタj=Aに初期化する。ステップS34では制御電圧Vcontに例えば下限周波数f1を生成させるための制御電圧V1をセットする。 In step S32, each time point is determined according to a triangular wave condition (for example, triangular period: 10 ms, frequency deviation from the center frequency f0: ± 25 MHz) and a CPU condition (for example, Vcont time resolution 50 μs, voltage resolution: 0.005 V). A frequency change Δf at (for example, constant 0.5 MHz per 50 μs) is obtained. In step S33, the timing counter is initialized to k = 0 and the area register j = A. In step S34, for example, the control voltage V1 for generating the lower limit frequency f1 is set in the control voltage Vcont.
ステップS35では制御電圧の増分ΔVcont(k)を、
ΔVcont(k)=Δf/a(j)
により求める。ステップS36では、次の時点の制御電圧Vcont(k+1)を、
Vcont(k+1)=Vcont(k)+ΔVcont(k)
により求める。これにより、出力周波数をΔfづつ変化させるに必要な制御電圧Vcontが更新される。なお、レーダ動作時には更新した制御電圧VcontをVCO5に出力すると共に、この演算処理は50μs周期で定期的に行われる。
In step S35, the control voltage increment ΔVcont (k) is set to
ΔVcont (k) = Δf / a (j)
Ask for. In step S36, the control voltage Vcont (k + 1) at the next time point is
Vcont (k + 1) = Vcont (k) + ΔVcont (k)
Ask for. As a result, the control voltage Vcont necessary for changing the output frequency by Δf is updated. During the radar operation, the updated control voltage Vcont is output to the VCO 5 and this calculation process is periodically performed at a cycle of 50 μs.
ステップS37ではカウンタkに+1し、ステップS38ではk≧(T0/4)*jか否かを判別する。ここで、j=A〜Dは数1〜4に対応するものとする。k≧(T0/4)*jでない場合は、ステップS35に戻り、次のタイミングの制御電圧を求める。
Step S37 is +1 counter k in, k ≧ (T 0/4 ) in step S38 * j determines whether or not the. Here, j = A to D correspond to
こうして、やがて、ステップS38の判別でk≧(T0/4)*jを満足すると、ステップS39では領域カウンタjに+1し、ステップS40ではj>4(=D)か否かを判別する。j>4でない場合は、ステップS35に戻り、次の領域の変調感度を使用して上記同様の処理を行う。こうして、やがてステップS40の判別でj>4になると、1周期T0分の制御電圧Vcontを求めたことになるので、この処理を抜ける。本実施の形態では、上記PLL動作と、VCOのリニアリティー校正処理を行うことにより、機器毎に固有の補正テーブルを設けなくても、VCO5のリニアリティーを自動的に高い精度で校正し、使用可能となる。
Thus, finally, to satisfy the k ≧ (T 0/4) * j is determined at the step S38, the incremented in step S39 in the area counter j, determines whether step S40 in j> 4 (= D). If j> 4 is not true, the process returns to step S35, and the same processing as described above is performed using the modulation sensitivity of the next region. Thus, finally becomes a j> 4 is determined at the step S40, it means that the determined control voltage Vcont of 0
図5は第1の実施の形態によるリニアリティー校正動作のタイミングチャートで、図5(a)にVCO5のもとの周波数変調特性を示す。横軸は制御電圧Vcont、縦軸は発振周波数である。VCO5の変調感度(Δf/ΔVcont)は非直線的に変化しており、中心周波数f0を境に見ると、低周波側では変調感度が高く、高周波側では低くなっている。この様な変調特性に対しては、図5(c)に示す様な制御電圧Vcontを加えることで、図5(b)に示す如く周波数が直線的に変化する特性が得られる。 FIG. 5 is a timing chart of the linearity calibration operation according to the first embodiment, and FIG. 5A shows the original frequency modulation characteristics of the VCO 5. The horizontal axis is the control voltage Vcont, and the vertical axis is the oscillation frequency. The modulation sensitivity (Δf / ΔVcont) of the VCO 5 changes nonlinearly. When viewed from the center frequency f0, the modulation sensitivity is high on the low frequency side and low on the high frequency side. With respect to such a modulation characteristic, by adding a control voltage Vcont as shown in FIG. 5C, a characteristic in which the frequency changes linearly as shown in FIG. 5B can be obtained.
図5(b)にFM−CWレーダとしての好ましい周波数変化を示す。VCO5の出力周波数は下限f1と上限f2との間で直線的に変化している。リニアリティー校正処理は、図5(a)のVCO5に、図5(b)に示す如くリニア変化する周波数を出力させるため
の制御電圧Vcontを、図5(c)に従って求める処理である。
FIG. 5B shows a preferable frequency change as the FM-CW radar. The output frequency of the VCO 5 changes linearly between the lower limit f1 and the upper limit f2. The linearity calibration process is a process for obtaining a control voltage Vcont for causing the VCO 5 of FIG. 5A to output a linearly changing frequency as shown in FIG. 5B according to FIG.
図6は第1の実施の形態によるレーダ送信処理のフローチャートで、PLLを開放した状態で、CPU15がV0を基準にして連続した三角波を発生すると共に、1又は2以上の三角周期毎にその中心周波数をf0に維持するためのループ制御を間欠的に行う場合を示している。ステップS51ではPLLを一旦中心周波数f0でロックさせる。これにより、Vpd≒2.5V、Vcont≒V0(この時点のV0)に安定する。ステップS52ではCPU15が該V0を基準としてT0周期のリニアリティー補正された三角波を発生し、VCO5に加える。三角波の区間は、PLLループを開放しているため、VCO出力の周波数は図5(b)に示す如くリニアに変化する。PLLループの開放はCPU15がこの区間のループ制御を行わないことで容易に実現できる。
FIG. 6 is a flowchart of the radar transmission process according to the first embodiment. In a state where the PLL is opened, the
一方、PD13はVCO出力の周波数変化に伴い位相誤差信号を変化させるが、LPF3は三角波周期よりも十分大きい時定数(例えば10倍程度)を有しているため、VCO5に三角波を加えてもこの区間の位相誤差信号はLPF3で平均化され、出力の位相誤差信号Vpdには三角波周期毎に僅かな変動が生じることになる。
On the other hand, the
ステップS53では3T0/4(中心周波数)のタイミングでLPF3の位相誤差信号Vpdを取得する。VCO5の特性に変動が無い場合はこの区間の位相誤差信号は平均化されてVpd≒2.5Vの付近にあるが、VCO特性が変化すると、これに伴いVpdも徐々に変化する。ステップS54ではVpd≒Vref(=2.5V)か否かを判別する。Vpd≒Vrefの場合はf0が所要範囲内にあるので処理はステップS58に進む。またVpd≒Vrefでない場合は、更にステップS55でVpd>Vrefか否かを判別する。
In
Vpd>Vrefでない場合はステップS56に進み、次のT0/4におけるVpdを増やすべく、例えば次の時点のVcont(例えばV1)を−側にオフセットする。また、Vpd>Vrefの場合はステップS57で次のT0/4におけるVpdを減らすべく、次の時点のVcont(例えばV1)を+側にオフセットする。CPU15は図1(a)のディジタルフィルタに従ってオフセット量を決定する。なお、制御電圧にオフセットを加えるタイミングは、上記VCO5にV1を加えるタイミングでも良いが、他のタイミングでも良い。ここで注目することは、三角波の周期内ではオープンループ動作となり、VCO出力の三角波特性を変形することはないことである。そして、三角波周期のある時点に同期して周期的(間欠的)にフィードバックしPLLをかけることである。ステップS58以降では何周期の三角波ごとにフィードバックを入れるかを設定するため、フィードバック制御のない三角波を所定数出力する。即ち、ステップS58ではフィードバック制御のない三角波の数が所定回数分出力したか否かを判別し、実行してない場合はステップS59でフィードバック制御のない三角波を一周期出力する。また実行した場合はこの処理を抜ける。
Vpd> proceeds to step S56 if not Vref, to increase the Vpd in the next T 0/4, for example, the Vcont of the next time (e.g., V1) - offset to the side. In the case of Vpd> Vref to reduce Vpd in the next T 0/4 in step S57, the offset of the next time Vcont (eg V1) to the + side. The
図7は第1の実施の形態によるレーダ送信動作のタイミングチャートで、3角波周期毎にVcont(V1)にオフセットを加える場合を示している。本実施の形態によれば、3角波の終わった瞬間にフィードバックをかけるため、VCO5の出力周波数はなまらない。なお、フィードバックする周期とPLLのループゲインとは反比例するため、ループゲインを落とし、制御の応答を遅くしたいような場合には、フィードバック周期を長くする方法がある。例えば制御電圧Vcontは三角波の10周期ごとにフィードバックし、V1の値をオフセットするとか、または三角波の1000周期ごとにフィードバックし、V1の値をオフセットすることが可能である。 FIG. 7 is a timing chart of the radar transmission operation according to the first embodiment, and shows a case where an offset is added to Vcont (V1) every triangular wave period. According to the present embodiment, since feedback is applied at the moment when the triangular wave ends, the output frequency of the VCO 5 does not become poor. Since the feedback period and the loop gain of the PLL are inversely proportional, there is a method of increasing the feedback period when it is desired to reduce the loop gain and slow down the control response. For example, the control voltage Vcont can be fed back every 10 cycles of the triangular wave and the value of V1 can be offset, or can be fed back every 1000 cycles of the triangular wave and the value of V1 can be offset.
図8は第1の実施の形態によるレーダ運用動作のタイミングチャートで、一連のレーダ動作の合間に、VCOのリニアリティー校正動作を割り込ませることで、常に安定したレ
ーダ動作を維持可能な場合を示している。VCO5は温度特性を有するため、レーダ動作中に温度が変化すると、中心周波数f0を出力させるための制御電圧V0も変化する。本実施の形態では、定期的にリニアリティーの再校正を行うことで常に安定したレーダ動作を維持できる。
FIG. 8 is a timing chart of the radar operation operation according to the first embodiment, and shows a case where a stable radar operation can always be maintained by interrupting the linearity calibration operation of the VCO between a series of radar operations. Yes. Since the VCO 5 has temperature characteristics, when the temperature changes during the radar operation, the control voltage V0 for outputting the center frequency f0 also changes. In the present embodiment, a stable radar operation can always be maintained by periodically recalibrating the linearity.
図8(A)は、一連のレーダ動作の合間に制御電圧V1,V0,V2の測定及びこれに伴うリニアリティー校正を行う場合を示している。なお、別途に温度変化を検出して温度が所定以上変化した場合に制御電圧V1,V0,V2の測定及びリニアリティー校正を行うように構成しても良い。また、制御電圧の測定順序は任意であり、例えば中心周波数f0の測定を最後にできる。こうすれば、PLLループは既に周波数f0でロックしているので、続くレーダ動作に移る際には、上記図6で述べたステップS51の処理を省略できる。 FIG. 8A shows a case where measurement of the control voltages V1, V0, V2 and a linearity calibration associated therewith are performed between a series of radar operations. In addition, when the temperature change is separately detected and the temperature changes more than a predetermined value, the control voltages V1, V0, and V2 may be measured and linearity calibration may be performed. Further, the measurement order of the control voltage is arbitrary, and for example, the center frequency f0 can be measured last. By doing so, since the PLL loop is already locked at the frequency f0, the process of step S51 described above with reference to FIG. 6 can be omitted when the radar operation is continued.
図8(B)は、各一連のレーダ動作の合間に、各制御電圧V1,V0,V2の測定を順々に行い、最後のV2の測定と共にVCO5のリニアリティー校正を行う場合を示している。こうすれば、一制御電圧当たりの測定時間は短いので、レーダ動作のデッドタイムを小さくできるメリットがある。なお、この方法は、図示しないが、上記3点の制御電圧V1,V0,V2のみでなく、制御電圧の測定ポイントをもっと増やして、よりきめ細かいリニアリティー校正を行う場合に特に有利である。 FIG. 8B shows a case where the control voltages V1, V0, and V2 are measured in sequence between each series of radar operations, and the linearity calibration of the VCO 5 is performed together with the last measurement of V2. In this way, since the measurement time per control voltage is short, there is an advantage that the dead time of the radar operation can be reduced. Although not shown, this method is particularly advantageous when performing finer linearity calibration by increasing the number of control voltage measurement points in addition to the three control voltages V1, V0, and V2.
図9は第2の実施の形態による位相同期発振器のブロック図で、LPFをレーダ用とVCO校正用の2系統備え、各動作ににおけるPLLの高速引き込みを可能にした場合を示している。図において、PD3の出力はスイッチ17a,17bを介してLPF3a,3bにそれぞれ入力している。LPF3aは専らVCO駆動時の中心周波数出力タイミングにサンプリングした位相誤差信号を積分し、LPF3bは専ら制御電圧測定時の位相誤差信号を積分する目的で使用される。好ましくは、LPF3bの時定数をLPF3aの時定数よりも小さくすることで、各周波数に対する制御電圧の測定時間を短縮できる。
FIG. 9 is a block diagram of a phase-locked oscillator according to the second embodiment, and shows a case where two systems of LPFs for radar and VCO calibration are provided to enable high-speed PLL pull-in in each operation. In the figure, the output of PD3 is input to
また、この例の可変分周器11,12はCPU15からカウンタをリセット可能に構成されており、両カウンタを一斉にリセットすることで両分周信号φR、φVの初期位相を強制的に揃えることが可能である。また、スイッチSW7aは信号の通過をON/OFF可能に構成されており、LPF3aは、SW7aがONしている区間の位相誤差信号を積分し、SW7aがOFFすると、それまでに蓄積した積分値(コンデンサのチャージ)をそのまま保持可能である。スイッチSW7bとLPF3bとについても同様である。本実施の形態では、このような構成を有効活用することでPLLループの引き込み時間を大幅に短縮可能である。以下、詳細に説明する。
Further, the
図10は第2の実施の形態による位相同期発振器の高速引き込み処理のフローチャートで、この処理は、前半の例えば制御電圧V1の測定処理と、後半のレーダ動作処理とからなっている。例えば直前のレーダ動作終了後、この処理に入力する。ステップS61では可変分周器11,12の分周比をf1に設定する。ステップS62では制御電圧Vcontに前回のV1の測定で取得し、記憶しておいたV1を設定する。これによりVCO5は、温度変動によらず、当初より前回のV1の測定でロックした時の下限周波数f1を発生することになる。ステップS63では可変分周器11,12のカウンタをリセットし、これにより両分周信号φR,φVの初期位相が速やかに揃う。
FIG. 10 is a flowchart of the high-speed pull-in process of the phase-locked oscillator according to the second embodiment. This process includes, for example, the measurement process of the control voltage V1 in the first half and the radar operation process in the second half. For example, after the previous radar operation is completed, this processing is input. In step S61, the frequency dividing ratio of the
ステップS64では、上記V1測定の準備ができたことにより、スイッチ制御信号SW2をONにし、LPF3bを介したPLL動作を可能とする。この時、LPF3bでは内部コンデンサが前回の制御電圧の測定でロック状態に至った際の位相誤差電圧Vpd2(≒2.5V)を保持しており、この位相誤差電圧Vpd2は、前回の測定電圧がV1,V0又
はV2によらず、そのロック状態では約Vref(例えば約2,5V)になっている。従って、今回のPLLループもロックに近い状態から開始できるため、ループの時定数によらず、より早い時点でロック状態に収束できることになる。ステップS65ではVpd2を取得する。ステップS66ではVpd2≒Vrefか否かを判別し、NOの場合はステップS67でVpd2がVrefに近づく方向にVcontを更新し、ステップS65に戻る。
In step S64, when the preparation for the V1 measurement is completed, the switch control signal SW2 is turned on to enable the PLL operation via the
こうして、やがて、上記ステップS66の判別でVpd2≒Vrefになると、ステップS68ではその時点のVcontを取得し、制御電圧V1の記憶用のメモリに記憶する。ステップS69ではスイッチ制御信号SW2をOFFにし、これにより今回ロックした際の位相誤差電圧Vpd2がLPF3b内のコンデンサに保持される。
Thus, when Vpd2≈Vref is determined in the determination in step S66, Vcont at that time is acquired and stored in the memory for storing the control voltage V1 in step S68. In step S69, the switch control signal SW2 is turned OFF, so that the phase error voltage Vpd2 at the time of locking this time is held in the capacitor in the
次にレーダ動作に移り、ステップS71では可変分周器11,12の分周比を中心周波数f0に設定する。ステップS72ではVcontにV0を中心とする三角波信号を重畳する。ステップS73では可変分周器11,12のカウンタをリセットし、速やかに両分周信号φR,φV間の初期位相を合わせる。ステップS74では、レーダ動作の準備ができたことにより、スイッチ制御信号SW1をONにし、LPF3aを介したPLL動作を可能とする。この時、LPF3aでは内部コンデンサが前回のレーダ動作で略ロック状態に維持された際の位相誤差電圧Vpd1(約2,5V)を保持している。
Next, the radar operation is started, and in step S71, the frequency dividing ratio of the
ステップS75では上記図6で述べた様なレーダ送信制御を行い、ステップS76では所定サイクル数分の三角波送信を行ったか否かを判別する。終了してない場合はステップS77でフィードバック制御のない三角波を一周期出力する。こうして、やがて、ステップS76の判別で所定サイクル数分の送信を終了するとステップS78ではスイッチ制御信号SW1をOFFにし、これにより今回のレーダ動作でロック維持した際の位相誤差電圧Vpd1がLPF3a内のコンデンサに保持される。
In step S75, the radar transmission control as described above with reference to FIG. 6 is performed, and in step S76, it is determined whether or not triangular wave transmission for a predetermined number of cycles has been performed. If not completed, a triangular wave without feedback control is output for one cycle in step S77. Thus, when the transmission for a predetermined number of cycles is completed in the determination in step S76, the switch control signal SW1 is turned off in step S78, so that the phase error voltage Vpd1 when the lock is maintained in the current radar operation becomes the capacitor in the
図11は第2の実施の形態による位相同期発振器の高速引き込み動作のタイミングチャートで、各一連のレーダ動作の間に、制御電圧V1の測定処理を割り込ませた場合を示している。前回のレーダ動作が完了すると、スイッチ制御信号SW1がOFF(L)となり、LPF3aのVpd1を保持する。CPU15は可変分周器11,12にf1を得るための分周比を設定し、前回測定したV1をVcontとして出力する。更に、可変分周器11,12のカウンタをリセットして初期位相を合わせる。以上で測定動作の準備ができたので、スイッチ制御信号SW2をON(H)とし、LPF3bの位相誤差信号Vpd2に従ってPLL動作を行う。こうして、やがて、Vpd2がロック範囲内にあることを確認すると、CPU15はその時点のVcontを新たなV1として記憶する。V1の測定を完了すると、スイッチ制御信号SW2をOFFにし、その時点のVpd2を保持する。
FIG. 11 is a timing chart of the high-speed pull-in operation of the phase-locked oscillator according to the second embodiment, and shows a case where the measurement process of the control voltage V1 is interrupted between each series of radar operations. When the previous radar operation is completed, the switch control signal SW1 is turned OFF (L), and Vpd1 of the
次のレーダ動作に移ると、可変分周器11,12にf0を得るための分周比を設定する。更に、CPU15からV0を中心とした三角波波形を出力する。なお、この例の三角波波の校正はV2の測定後に行われる。更に可変分周器のカウンタをリセットして初期位相を合わせる。そして、レーダ動作の準備ができたので、スイッチ制御信号SW1をONにし、レーダ用のVpd1でPLLを動作させる。以下、同様にしてV0,V2を取得し、リニアリティー構成データの更新を行う。
When the next radar operation is started, a frequency division ratio for obtaining f0 is set in the
図12は第3の実施の形態による位相同期発振器のブロック図で、2系統のPLL回路を備え、これらを単独のCPU15で制御すると共に、一方のループを使用してレーダ動作を実行すると同時に、他方のループを使用してVCO回路のリニアリティー校正を行い、これらを両系統のPLL回路で交互に行う場合を示している。これにより、レーダ動作のデッドタイムを無くすことが可能である。
FIG. 12 is a block diagram of a phase-locked oscillator according to the third embodiment, which includes two PLL circuits, which are controlled by a
図13に第3の実施の形態による位相同期発振器の動作タイミングチャートを示す。PLLaによりレーダ動作すると共に、PLLbではV1,V0,V2の測定及びVCO5bのリニアリティー校正を行う。次いで、PLLbによりレーダ動作すると共に、PLLaではV1,V0,V2の測定及びVCO5aのリニアリティー校正を行う。切換えは、例えば5分毎のように定期的に切換えても良く、あるいは外気の温度変化がある範囲を超えた場合に行っても良い。
FIG. 13 shows an operation timing chart of the phase-locked oscillator according to the third embodiment. The radar operation is performed by the PLLa, and the measurement of V1, V0, and V2 and the linearity calibration of the
図14は第4の実施の形態による位相同期発振器を説明する図で、VCO回路の発振周波数は温度変化によってドリフトするが、その変調感度は温度によってあまり変化しないようなVCO回路に適用して好適なる場合を示している。実際上、このような特性を有するVCO回路は少なくない。なお、PLL回路については上記図1、図9又は図12で述べたものと同様でよい。図14(A)にこの種のVCO回路の変調特性を示す。常温時の変調カーブをaとすると、高温時にはカーブb側にシフトし、また低温時にはカーブc側にシフトする関係にある。このようなVCO回路では、同一の制御電圧V0を加えた場合でも、その発振周波数は温度によりf0'〜f0''に変化するが、V0近傍の変調感度は変わらないので、周波数をΔf変化させるためのΔVcontも温度により変化しない。このことは全制御電圧範囲Vmin〜Vmaxについて言えることである。 FIG. 14 is a diagram for explaining a phase-locked oscillator according to the fourth embodiment. The oscillation frequency of the VCO circuit drifts due to temperature change, but it is suitable for application to a VCO circuit whose modulation sensitivity does not change much with temperature. Shows the case. In practice, there are many VCO circuits having such characteristics. The PLL circuit may be the same as that described in FIG. 1, FIG. 9, or FIG. FIG. 14A shows the modulation characteristics of this type of VCO circuit. Assuming that the modulation curve at room temperature is a, the curve shifts to the curve b side at high temperatures and shifts to the curve c side at low temperatures. In such a VCO circuit, even when the same control voltage V0 is applied, the oscillation frequency changes from f0 ′ to f0 ″ depending on the temperature, but the modulation sensitivity in the vicinity of V0 does not change, so the frequency is changed by Δf. Therefore, ΔVcont does not change with temperature. This is true for the entire control voltage range Vmin to Vmax.
図14(B)にこのVCO回路に対するリニアリティー校正処理のフローチャートを示す。ステップS81では可変分周器PLLの分周比Nr,Ncを変化させることで、ロック周波数を徐々に高くしてスイープさせ、その都度制御電圧Vcontを測定する。ステップS82では、前記測定した各制御電圧Vcontについて、制御電圧の可能な変動範囲Vmin〜Vmaxを例えば1V毎に分割し、各区間を代表するような変調感度a01、a12、a23,…を求める。ステップS83では三角波条件とCPU条件とに基づき、各時点における周波数変化Δf(この例では一定)を求める。こうして、温度変動によらず共通して使用可能な感度テーブルが得られる。 FIG. 14B shows a flowchart of linearity calibration processing for this VCO circuit. In step S81, by changing the frequency dividing ratios Nr and Nc of the variable frequency divider PLL, the lock frequency is gradually increased and swept, and the control voltage Vcont is measured each time. In step S82, for each of the measured control voltages Vcont, the control voltage possible fluctuation ranges Vmin to Vmax are divided, for example, every 1V, and modulation sensitivities a01, a12, a23,. In step S83, a frequency change Δf (constant in this example) at each time point is obtained based on the triangular wave condition and the CPU condition. Thus, a sensitivity table that can be used in common regardless of temperature fluctuations is obtained.
なお、図示しないが、レーダ送信時には、まずPLLをf0にロックさせることで、その時点の制御電圧V0が求まる。以後は、例えば該V0を起点にして上限周波数f2までΔf分づつVcontを増加する。その際には、各時点のVcontがどの電圧区間にあるかを判別し、各対応する区間の変調感度を利用することで当該区間の各電圧変化を求める。こうして、やがてf2に達すると、次に下限周波数f1までVcontを減少させ、次にf0まで増加させる。そして、このような制御を繰り返す。従って、本実施の形態によれば、温度変動によらず、常に適正な周波数範囲のレーダ波を送信できる。また、温度変動ではリニアリティー校正処理を行う必要が無いため、レーダ動作を中断せずに運用できる。 Although not shown, at the time of radar transmission, the control voltage V0 at that time is obtained by first locking the PLL to f0. Thereafter, for example, Vcont is increased by Δf from V0 to the upper limit frequency f2. At that time, it is determined in which voltage section the Vcont of each time point is, and the voltage change of the section is obtained by using the modulation sensitivity of each corresponding section. Thus, when f2 is reached, Vcont is then decreased to the lower limit frequency f1 and then increased to f0. Then, such control is repeated. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to always transmit a radar wave in an appropriate frequency range regardless of temperature fluctuations. Further, since it is not necessary to perform linearity calibration processing for temperature fluctuations, the radar operation can be operated without interruption.
図15,図16は第5の実施の形態による位相同期発振器を説明する図(1),(2)で、図15は、両分周信号φR,φV間の位相までを揃えるPLL制御に代えて、周波数のみ揃っていれば位相までは揃わなくても良いとする所謂FLL(frequency Locked Loop)制御を行う場合を示している。一般に、制御電圧VcontをD/A変換してVCO5に加えると、VCO5の出力周波数は、最小でもD/A16の1ビット電圧分解能×変調感度の大きさで段階的に変化することになる。一方、PLLループ(即ち、LPF3)は三角波駆動によるレーダ送信波の平均周波数がf0となるようアナログ的に動作するので、位相誤差信号Vpdのロック検出幅をあまり狭くすると、制御電圧V0に対するオフセット補正が頻繁に発生してしまうことになる。本第5の実施の形態では、この問題を解決すべく、PLL制御に代えて、FLL制御を行う。なお、回路構成については例えば図1と同様のものでも良いが、CPU15から可変分周器11,12のカウンタをリセット可能に構成されているものとする。
FIGS. 15 and 16 are diagrams (1) and (2) for explaining the phase-locked oscillator according to the fifth embodiment. FIG. 15 is replaced with PLL control for aligning the phase between both the divided signals φR and φV. In this example, so-called FLL (frequency locked loop) control is performed in which it is not necessary to align the phases if only the frequencies are aligned. In general, when the control voltage Vcont is D / A converted and applied to the VCO 5, the output frequency of the VCO 5 changes stepwise by at least the 1-bit voltage resolution of the D /
一般に、両分周信号φR,φV間の位相は、VCO5をフリーランさせている(即ち、
PLLループをオープンにしている)状態では、例え両分周信号φR,φVの周波数が揃っていても、これらの位相は徐々にずれる(スリップする)ことになるが、本第5の実施の形態により可変分周器11,12のカウンタを毎周期毎にリセットすることで、三角波の1周期内に大幅な位相差が生じることを有効に回避できる。しかし、もしVCO5の発振周波数が所要からずれているい場合には、両信号φR,φV間の位相差も短時間で速やかに広がるため、このような状態は位相誤差信号Vpdを毎周期観測することで確実に検出できる。
In general, the phase between both frequency-divided signals φR and φV causes the VCO 5 to free run (ie,
In the state in which the PLL loop is open), even if the frequencies of both frequency-divided signals φR and φV are the same, their phases gradually shift (slip), but this fifth embodiment Thus, by resetting the counters of the
図15において、FLL制御に基づく本実施の形態では、両分周信号φR,φV間の位相までは揃わなくても、VCO5出力の周波数が所定範囲内に入っていれば良いので、可変分周器11,12のカウンタを例えば三角波の1周期毎にリセットすると共に、単位区間(例えば1周期)内にVpdが所定以上変化したことを検出した場合は、出力周波数が所定範囲外にあるとして、制御電圧Vcontをオフセットする。図16に位相比較部2の動作を示す。FLL制御の実現方法としては、可変分周器11,12のカウンタを定期的(3角波の1又は2周期以上)にリセットすることにより、容易に実現できる。
In FIG. 15, in the present embodiment based on FLL control, the frequency of the VCO 5 output only needs to be within a predetermined range even if the phase between both frequency-divided signals φR and φV is not aligned. When the counters of the
図17は第6の実施の形態による位相同期発振器を説明する図で、CPU15が三角波信号を発生する代わりに、リニアリティー校正された2値波信号を発生する場合を示している。なお、位相同期発振器の構成については上記図1,図9又は図12に示したものと同様で良い。図において、この例のVCO5は時間tの進行に伴い定期的に周波数f1とf2とを交互に出力している。中心周波数はf0である。このような位相同期発振器は2周波CW方式のレーダ装置に適用して好適である。
FIG. 17 is a diagram for explaining a phase-locked oscillator according to the sixth embodiment, and shows a case where the
図18,図19は実施の形態による故障検出動作を説明する図(1),(2)で、図18(A)は通常動作時における位相誤差信号Vpdが異常レベルにある場合を示している。本装置を車載用として用いる場合、人命に係わるため、常に動作の状態を監視する必要がある。本実施の形態では、通常動作時に位相誤差信号VpdがPLL引き込み可能な正常電圧範囲から外れたことにより、ロック異常を検出する。 18 and 19 are diagrams (1) and (2) for explaining the failure detection operation according to the embodiment. FIG. 18 (A) shows a case where the phase error signal Vpd is in an abnormal level during normal operation. . When this device is used for in-vehicle use, it is necessary to constantly monitor the operation state because it is related to human life. In the present embodiment, the lock error is detected when the phase error signal Vpd is out of the normal voltage range in which the PLL can be pulled in during normal operation.
図18(B)は通常動作時における中心の制御電圧V0が異常レベルにある場合を示している。過酷な使用環境下では、例えば、筐体内への水の侵入や、結露等によって中心周波数f0(即ち、制御電圧V0)が大幅に変動する場合がある。本実施の形態では、通常動作時に制御電圧V0が正常範囲から外れたことにより、VCO動作の異常を検出する。 FIG. 18B shows a case where the central control voltage V0 during normal operation is at an abnormal level. Under severe use environment, the center frequency f0 (that is, the control voltage V0) may fluctuate significantly due to, for example, water intrusion into the casing or condensation. In the present embodiment, an abnormality in the VCO operation is detected when the control voltage V0 is out of the normal range during normal operation.
図9は電源ON時のリニアルティー校正結果が異常の場合を示している。VCO特性は経時変化によっても劣化する。本実施の形態では、装置の電源投入時又は定期的にPLLループを構成してリニアリティー校正すると共に、例えば電源ON時におけるf0,f2,f1に対する各Vcont測定値V0,V2,V1と、工場出荷時のこれらの値とを比較することで、これらの内の何れか1つ以上が所定以上外れていることを検出すると、異常と判定する。なお、この例では絶対電圧が指定範囲内であるかを比較しているが、各電圧間の相対的な電圧値が指定範囲内であるかを比較しても良い。 FIG. 9 shows a case where the linearity calibration result when the power is turned on is abnormal. VCO characteristics also deteriorate with time. In this embodiment, when the apparatus is turned on or periodically, a PLL loop is formed and linearity calibration is performed. For example, Vcont measured values V0, V2, and V1 for f0, f2, and f1 when the power is turned on, and factory shipment When it is detected that any one or more of these values have deviated from a predetermined value or more by comparing these values with time, it is determined that there is an abnormality. In this example, it is compared whether the absolute voltage is within the specified range, but it may be compared whether the relative voltage value between the voltages is within the specified range.
なお、上記図1,図9又は図12において、本回路をミリ波帯のFM−CWレーダ等に使用する場合は、ミリ波帯の可変分周器12を使用するが、このような可変分周器が入手困難又は高価な場合には、より低い周波数の可変分周器12を使用すると共に、VCO5の出力を周波数逓倍器(MULTI)7によってミリ波帯に逓倍して出力しても良い。
In FIG. 1, FIG. 9, or FIG. 12, when this circuit is used for a millimeter wave band FM-CW radar or the like, the millimeter wave band
また、CPU15が発生する信号は、上記三角波信号や2値波信号以外にも様々な信号波形(正弦波、ノコギリ波等)を発生可能である。
Further, the signal generated by the
また、上記実施の形態ではVCO5の変調感度を3つの測定ポイントf1,f0,f2に渡って直線近似したが、これに限らない。測定ポイント数を増やすことで、より高精度な近似が可能となり、リニアリティー校正の精度を上げることができる。 In the above embodiment, the modulation sensitivity of the VCO 5 is linearly approximated over the three measurement points f1, f0, and f2. However, the present invention is not limited to this. By increasing the number of measurement points, higher-precision approximation is possible, and the accuracy of linearity calibration can be increased.
また、上記実施の形態では、複数区間における変調感度を各区間における直線近似で代表したが、これに限らない。各区間におけるカーブをより忠実に近似可能な高次の関数や指数関数等により近似しても良い。 Moreover, in the said embodiment, although the modulation sensitivity in several area was represented by the linear approximation in each area, it is not restricted to this. The curve in each section may be approximated by a higher-order function or an exponential function that can be approximated more faithfully.
また、上記実施の形態では位相比較部2とCPU15のクロック信号CKを共通にしたが、CPU15に別系統のクロック信号を使用しても良い。
In the above embodiment, the clock signal CK of the
また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、処理及びこれらの組合せの様々な変更が行えることは言うまでも無い。 Moreover, although several embodiment suitable for the said invention was described, it cannot be overemphasized that the structure of each part, control, a process, and these combination can be variously changed within the range which does not deviate from this invention. .
1 クロック発振器
2 位相比較部
3 ローパスフィルタ(LPF)
4 プロセッサユニット(PU)
5 電圧制御発振器(VCO)
6 RFスイッチ(SW)
7 周波数逓倍器
11,12 可変分周器
13 位相比較器(PD)
14 A/D変換器
15 CPU
16 D/A変換器
1
4 Processor unit (PU)
5 Voltage controlled oscillator (VCO)
6 RF switch (SW)
7
14 A /
16 D / A converter
Claims (21)
PLLループを複数の周波数でロックさせて各ロック時の制御電圧を測定する制御電圧測定手段と、
前記測定された各制御電圧に基づき、前記各周波数を結ぶ区間の周波数変化を代表する変調感度を求めるリニアリティー校正手段とを備えたことを特徴とする位相同期発振器。 A phase comparator that compares the phase of the reference signal and the comparison signal, a low-pass filter that integrates the phase error signal of the phase comparator, and a control unit that performs the main control of the instrument by interposing the latter stage of the low-pass filter; A phase locked loop including a PLL loop including a VCO circuit that generates a signal having a frequency according to a control voltage of the control unit output, and a variable frequency divider that divides the output signal of the VCO circuit to form the comparison signal. An oscillator, wherein the controller is
Control voltage measuring means for locking the PLL loop at a plurality of frequencies and measuring a control voltage at each lock;
A phase-locked oscillator comprising: linearity calibration means for obtaining a modulation sensitivity representing a frequency change in a section connecting the frequencies based on the measured control voltages.
前記VCO駆動手段は、前記第1,第2の分周器のカウンタをVCO回路に加える信号周期の整数倍周期で定期的にリセットすると共に、前記VCO回路が中心周波数を出力するタイミングに同期してサンプリングしたローパスフィルタ出力の位相誤差信号が所定範囲を超える場合は、該位相誤差信号を小さくする方向に制御電圧をオフセットすることを特徴とする請求項2記載の位相同期発振器。 A first divider that divides the reference signal; and a second divider that divides the output of the VCO circuit to form the comparison signal;
The VCO driving means periodically resets the counters of the first and second frequency dividers at an integer multiple of the signal period applied to the VCO circuit, and is synchronized with the timing at which the VCO circuit outputs the center frequency. 3. The phase locked oscillator according to claim 2, wherein when the phase error signal of the low-pass filter output sampled exceeds a predetermined range, the control voltage is offset in a direction to reduce the phase error signal.
PLLのロック周波数を所定間隔で変化させ、所定の周波数範囲をカバーする範囲につき各ロック時の制御電圧を測定する制御電圧測定手段と、
前記測定した制御電圧の変動範囲を複数区間に分割して、各区間を代表する変調感度を求めるリニアリティー校正手段と、
PLLループを所定周波数でロックさせた後、該PLLループを開放した状態で、VCO回路に前記所定周波数を中心とするリニアリティー補正された周波数変化を発生させるための電圧信号を、前記ロック時の制御電圧と前記求めた各区間を代表する変調感度に基づき生成し、出力するVCO駆動手段とを備えたことを特徴とする位相同期発振器。 A phase comparator that compares the phase of the reference signal and the comparison signal, a low-pass filter that integrates the phase error signal of the phase comparator, and a control unit that performs the main control of the instrument by interposing the latter stage of the low-pass filter; A phase locked loop including a PLL loop including a VCO circuit that generates a signal having a frequency corresponding to a control voltage of the control unit output, and a variable frequency divider that divides the output signal of the VCO circuit to form the comparison signal. An oscillator, wherein the controller is
A control voltage measuring means for changing a lock frequency of the PLL at a predetermined interval and measuring a control voltage at the time of each lock for a range covering a predetermined frequency range;
A linearity calibration means for dividing the measured variation range of the control voltage into a plurality of sections and obtaining a modulation sensitivity representing each section;
After the PLL loop is locked at a predetermined frequency, a voltage signal for generating a linearity-corrected frequency change centered on the predetermined frequency in the VCO circuit with the PLL loop opened is controlled at the time of the lock. A phase-locked oscillator comprising: a VCO driving unit that generates and outputs a voltage based on a voltage and a modulation sensitivity representing each of the obtained intervals.
PLLループを複数の周波数でロックさせ、各ロック時の制御電圧を測定する制御電圧測定ステップと、
前記測定された各制御電圧に基づき、前記各周波数を結ぶ各区間の周波数変化を代表する変調感度を求めるリニアリティー校正ステップと、を実行することを特徴とする位相同期発振器の制御方法。 A phase comparator that compares the phase of the reference signal and the comparison signal, a low-pass filter that integrates the phase error signal of the phase comparator, and a control unit that performs the main control of the instrument by interposing the latter stage of the low-pass filter; A phase locked loop including a PLL loop including a VCO circuit that generates a signal having a frequency corresponding to a control voltage of the control unit output, and a variable frequency divider that divides the output signal of the VCO circuit to form the comparison signal. An oscillator control method, wherein the control unit includes:
A control voltage measurement step of locking the PLL loop at a plurality of frequencies and measuring a control voltage at the time of each lock;
And a linearity calibration step for obtaining a modulation sensitivity representing a frequency change in each section connecting the frequencies based on the measured control voltages.
前記第1,第2の可変分周器に所定の分周比を設定後、PLLループを形成して基準信号と比較信号間の位相引き込みを開始する際に、前記VCO回路に前記所定の分周比に対応する制御電圧を加えると共に、前記第1,第2の可変分周器のカウンタをリセットすることを特徴とする位相同期発振器の制御方法。 First and second variable frequency dividers that divide the reference signal and the comparison signal, a phase comparator that compares the phases of the first and second variable frequency divider outputs, and a phase error of the phase comparator A low-pass filter that integrates the signal, a control unit that intervenes in the subsequent stage of the low-pass filter, and a VCO circuit that generates the comparison signal having a frequency corresponding to the control voltage of the control unit output A phase-locked oscillator control method including a PLL loop, wherein the control unit includes:
After setting a predetermined frequency dividing ratio in the first and second variable frequency dividers, when the PLL circuit is formed to start the phase pull-in between the reference signal and the comparison signal, the VCO circuit has the predetermined frequency dividing ratio. A control method for a phase-locked oscillator, comprising adding a control voltage corresponding to a frequency ratio and resetting the counters of the first and second variable frequency dividers.
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