JP5727978B2 - FMCW signal generator - Google Patents
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Description
本発明は、FMCW信号発生器に関し、より詳細には、周波数変調信号の発生回路であるFMCW信号発生器に関する。 The present invention relates to an FMCW signal generator, and more particularly to an FMCW signal generator that is a frequency modulation signal generation circuit.
従来から、無線信号を用いるレーダ装置の一つに、FMCW(周波数変調連続波;Frequency Modulated Continuous Wave)信号を用いるFMCWレーダ装置がある。FMCWレーダ装置では、レーダ装置の送信機から送信されたFMCW信号が対象物により反射され、その反射波がレーダ装置の受信機によって受信される。受信機では、反射波の受信信号と受信時に送信機から送信されている送信信号(FMCW信号)との乗算を行うことにより、乗算器からの出力信号の周波数が受信信号と送信信号の時間差により決定されることを利用して、対象物との距離や相対速度などの測定を行う。このようなレーダ用途のFMCW信号は、時間に対しほぼ直線的に周波数が掃引(sweep)されることが要求される。 Conventionally, there is an FMCW radar apparatus that uses an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) signal as one of radar apparatuses that use radio signals. In the FMCW radar apparatus, the FMCW signal transmitted from the transmitter of the radar apparatus is reflected by the object, and the reflected wave is received by the receiver of the radar apparatus. The receiver multiplies the reception signal of the reflected wave by the transmission signal (FMCW signal) transmitted from the transmitter at the time of reception, so that the frequency of the output signal from the multiplier depends on the time difference between the reception signal and the transmission signal. Using the determined value, the distance to the object and the relative speed are measured. Such an FMCW signal for radar use is required to have a frequency swept almost linearly with respect to time.
一般に、このような周波数掃引を可能とするFMCW信号生成器は、FMCM信号の離散的な周波数を表すデジタル値を生成するデジタル信号処理器(digital signal processor:DSP)と、当該デジタル値をアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換器(digital−to−analog converter:DAC)及びアンチエイリアシングフィルタを含むダイレクトデジタル周波数シンセサイザ(direct digital frequency synthesizer:DDFS)によって実現される。実際にレーダで使用する周波数帯域のFMCW信号を生成するには、DDFSの出力信号とキャリア周波数の信号とをミキシングする手法や、DDFSの出力信号を位相の基準信号とした、分周器をループに含むPLLを用いる手法が知られている。 In general, an FMCW signal generator that enables such frequency sweeping includes a digital signal processor (DSP) that generates a digital value representing a discrete frequency of the FMCM signal, and the digital value as an analog signal. It is realized by a digital-to-analog converter (DAC) and a direct digital frequency synthesizer (DDFS) including an anti-aliasing filter. To generate an FMCW signal in the frequency band actually used by the radar, a method of mixing the DDFS output signal and the carrier frequency signal, or a frequency divider using the DDFS output signal as a phase reference signal is looped. A method using a PLL included in the above is known.
例えば、特許文献1に記載のものは、FMCWレーダにおいて、チャープ信号の生成に用いる電圧制御発振器(Voltage Controled Oscillator;VCO)の周波数非線形性や周波数偏差を補正するレーダシステムに関するもので、ミキシング手段が、電圧制御発振器により生成されたチャープ信号を所定の単一周波数の信号でミキシングして、電圧制御発振器の中心周波数をキャンセルし、A/D変換手段が、ミキシング手段により得られた信号に対してアナログ−デジタル変換を行って、デジタルサンプル値を生成し、誤差検出手段が、A/D変換手段により生成されたデジタルサンプル値について理想的なチャープ信号との誤差を検出し、制御手段が、誤差検出手段により検出される誤差が0に近づくように、電圧制御発振器に対する周波数制御信号を制御するものである。このような構成により、FMCWレーダにおいて、チャープ信号の生成に用いる電圧制御発振器(VCO)の周波数非線形性や周波数偏差を補正することができる。
For example, the one described in
また、非特許文献1のものは、ランプ波とランプ波との間に存在する一定周波数期間の周波数を測定して、RAMデータを変更するものである。また、DRO(誘電体共振器)とダウンコンバータを用いて低周波に変換するものであり、基準周波数が温度変動してしまうものである。
図1は、従来のFMCWシステムのブロック図で、FMCW変調方式を示す図である。FMCW方式の実現には、のこぎり波発生回路1と、こののこぎり波発生回路1で発生したのこぎり波を変調波として動作する電圧制御発振器(VCO)2と、このVCO2の出力をアンテナ7から放射できるように増幅する電力増幅器(Power Amplifier;PA)3と、このPA3の信号をアンテナ7に伝えつつ、このアンテナ7からの信号はLNA(低ノイズ・プリアンプ)5に伝える交通整理をしてくれるデュプレクサ(分波器;Duplexer)4と、電波を放射、受信するアンテナ7と、デュプレクサ4から受信信号を増幅するLNA5と、VCO2からの信号とLNA5の出力を掛け合わせてその周波数差分(Δf)を生成するミキサ(Mixer)6とから構成されている。
In
FIG. 1 is a block diagram of a conventional FMCW system, showing an FMCW modulation scheme. In order to realize the FMCW system, the sawtooth
しかしながら、正確な周波数差分(Δf)の検出のためにVCO出力周波数foutの精度は非常に高精度であることが要求され、温度変動や経年変化などの影響を緩和するためにキャリブレーションが必須である。
図2は、理想的なFMCW(V−F)特性と非理想効果を示す図で、図1に示したFMCWシステムの問題点を説明するための図ある。FMCWシステムにおいては、1)周波数が時間に対して線形に変化すること、2)周波数変化の傾きが時間・温度によって変化しないこと、が求められる。例えば、いつでも図2のorgのように実線の時間対周波数特性を保つことが要求される。しかし、実際には、“a”の一点鎖線のように、経年変化によって時間対周波数の傾きが変わったり、“b”の一点鎖線のように周波数オフセットが加わったりする。そのため、“a”,“b”の線をorgの線に戻すようなキャリブレーションが必要になる。
However, the accuracy of the VCO output frequency fout is required to be very accurate in order to accurately detect the frequency difference (Δf), and calibration is indispensable in order to mitigate the effects of temperature fluctuations and secular changes. is there.
FIG. 2 is a diagram showing ideal FMCW (VF) characteristics and non-ideal effects, and is a diagram for explaining problems of the FMCW system shown in FIG. In the FMCW system, it is required that 1) the frequency changes linearly with respect to time, and 2) the slope of the frequency change does not change with time and temperature. For example, it is required to always maintain the time-frequency characteristic of the solid line as shown in org in FIG. However, in reality, the slope of time vs. frequency changes due to secular change like the “a” dashed line, or the frequency offset is added like the “b” dashed line. For this reason, calibration is required to return the lines “a” and “b” to the org line.
図3は、図2で説明したFMCWシステムの問題点を解決するための回路構成図である。VCOの出力を結合器(カプラ)で分配し、周波数精度の高いDRO(誘電体共振器;Di−Electric Resonator Oscillator)とミクサ(Mixer)を用いて低周波に周波数変換し、カウンタで計測する方式が取られていた。しかしながら、この場合、1)結合器で信号を取り出すことで信号パスの信号対雑音比(SNR)が劣化する。2)DROの温度特性が変動し、正確な周波数測定ができない。3)結合器、DRO、ミキサなどの回路が吹かされるのでコストや電力消費が増大するなどの欠点を有している。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram for solving the problems of the FMCW system described in FIG. A system that distributes the output of the VCO with a coupler (coupler), converts the frequency to a low frequency using a DRO (Dielectric Resonator Oscillator) and a mixer (Mixer) with high frequency accuracy, and measures with a counter Was taken. However, in this case, 1) The signal-to-noise ratio (SNR) of the signal path is degraded by extracting the signal with the coupler. 2) DRO temperature characteristics fluctuate and accurate frequency measurement is not possible. 3) Since circuits such as a coupler, a DRO, and a mixer are blown, there are disadvantages such as an increase in cost and power consumption.
図4は、図2で説明したFMCWシステムの問題点を解決するための回路構成図における必要な信号を示す図である。図2で示した従来の方式では、上述した電気的・物理的な欠点だけでなく、レーダ計測に使える時間がキャリブレーションのために制限されるというシステム的な問題も内在する。 FIG. 4 is a diagram showing necessary signals in the circuit configuration diagram for solving the problem of the FMCW system described in FIG. The conventional method shown in FIG. 2 has not only the above-mentioned electrical and physical defects, but also a systematic problem that the time available for radar measurement is limited for calibration.
本キャリブレーションは、送信信号周波数が、システムの意図している周波数と同じになるようにすることが目的である。そのために送信信号は既知である必要があり、高精度な測定を行うためには、送信信号周波数は一定であることが好ましい。他方、FMCW方式においては、周波数一定の期間は存在しない。
したがって、キャリブレーション信号は、図4に示すように、FMCW信号間に埋め込む必要が生じる。図4から明らかなように、送信信号周波数のf1とf2の期間は、レーダシステムは、レーダとして動作することができないという欠点を有する。
The purpose of this calibration is to make the transmission signal frequency the same as the intended frequency of the system. Therefore, the transmission signal needs to be known, and the transmission signal frequency is preferably constant in order to perform highly accurate measurement. On the other hand, in the FMCW system, there is no fixed frequency period.
Therefore, the calibration signal needs to be embedded between the FMCW signals as shown in FIG. As is apparent from FIG. 4, the radar system has a drawback that it cannot operate as a radar during the period of the transmission signal frequency f1 and f2.
以上のように、上述した従来技術のものは、温度変動による周波数誤差の発生、経年変化による周波数誤差の発生、周波数測定のための特殊信号を付加することによる性能の劣化、10G以上の信号周波数を直接計数することは困難であるという問題点がある。
また、正確な周波数差分(Δf)の検出のためにVCO出力周波数foutの精度は非常に高精度であることが要求され、温度変動や経年変化などの影響を緩和するためにキャリブレーションが必須である。
As described above, the above-described prior art has a frequency error due to temperature fluctuation, a frequency error due to secular change, a performance deterioration due to addition of a special signal for frequency measurement, and a signal frequency of 10 G or more. There is a problem that it is difficult to directly count.
In addition, the accuracy of the VCO output frequency fout is required to be very accurate in order to accurately detect the frequency difference (Δf), and calibration is indispensable in order to mitigate the effects of temperature fluctuations and secular changes. is there.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、最小限の回路の追加、かつレーダシステムの休止を回避しつつ、FMCWシステムの周波数キャリブレーションを行うようにしたFMCW信号発生器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to perform frequency calibration of the FMCW system while adding a minimum circuit and avoiding a pause of the radar system. An FMCW signal generator is provided.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、所定の基準周波数を有する基準信号からFMCW信号を生成する第1のPLL回路と、前記FMCW信号をダウンコンバートした第1の信号から周波数測定データを生成し、前記第1のPLL回路にフィードバックする周波数検出器と、所定の基準周波数を有する基準信号から前記基準周波数よりも高い周波数を有する第2の信号を生成する第2のPLL回路とを備え、前記第1のPLL回路は、前記フィードバックされた信号に基づき、前記FMCW信号をキャリブレーションすると共に、前記FMCW信号を前記第2の信号によりダウンコンバートして前記第1の信号を生成するミキサ部と、前記フィードバックされた信号に基づき、前記基準信号の前記基準周波数を補正する補正部と、を備えることを特徴とする。
The present invention has been made to achieve such an object. The invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1のPLL回路は、前記FMCW信号を前記FMCW信号の周波数よりも低い周波数を有する第3の信号に変換する分周器を備えることを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記周波数検出器は、前記第1のPLL回路に含むループフィルタの出力信号と前記FMCW信号をダウンコンバートした第1の信号から前記周波数測定データを生成することを特徴とする。
Further, an invention according to
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the frequency detector includes a first signal obtained by down-converting the output signal of the loop filter included in the first PLL circuit and the FMCW signal. The frequency measurement data is generated from one signal.
本発明によれば、最小限の回路の追加、かつレーダシステムの休止を回避しつつ、FMCWシステムの周波数キャリブレーションを行うようにしたFMCW信号発生器を実現することができる。
また、温度変動による周波数誤差の発生、経年変化による周波数誤差の発生、周波数測定のための特殊信号を付加することによる性能の劣化、10GHz以上の信号周波数を直接計数することが困難であるという従来の問題点を解決することができる。
According to the present invention, it is possible to realize an FMCW signal generator configured to perform frequency calibration of an FMCW system while adding a minimum circuit and avoiding a pause of a radar system.
In addition, frequency errors due to temperature fluctuations, frequency errors due to secular changes, performance degradation due to addition of special signals for frequency measurement, and it is difficult to directly count signal frequencies above 10 GHz. The problem can be solved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図5は、本発明に係るFMCW信号発生器の実施形態を説明するための回路構成図で、2重ループPLL(Phase Locked Loop;位相同期)の回路構成図である。図中符号11は第1のPLL回路(メインループ)、12は周波数検出器、13は第2のPLL回路(2ndループ)、14は基準周波数発生器を示している。なお、f0は出力信号周波数、f2は第2のPLL回路の出力周波数、f3は周波数検出器の入力周波数<<f0,f2、frefは基準信号周波数<<f2を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 5 is a circuit configuration diagram for explaining an embodiment of the FMCW signal generator according to the present invention, and is a circuit configuration diagram of a double loop PLL (Phase Locked Loop). In the figure,
レーダシステムは、一般に10GHz近傍より高い周波数が利用される。PLL方式を用いてこのような高周波を生成する場合、基準クロック(通常、水晶発振器<50MHz)が低いので、基準クロックの位相ノイズに対する要求が厳しくなる。したがって、本発明では、基準クロックへの位相ノイズ要求を緩和するため、PLLのメインループの他に基準クロックを跳ね上げるためのロープを有する2重ループ方式のPLLを用いることを前提にしている。 A radar system generally uses a frequency higher than the vicinity of 10 GHz. When such a high frequency is generated using the PLL system, since the reference clock (usually crystal oscillator <50 MHz) is low, the requirement for the phase noise of the reference clock becomes severe. Therefore, the present invention is based on the premise that a double-loop PLL having a rope for jumping up the reference clock is used in addition to the PLL main loop in order to ease the phase noise requirement for the reference clock.
本実施形態のFMCW信号発生器は、所定の基準周波数を有する基準信号からFMCW信号を生成する第1のPLL回路11と、FMCW信号をダウンコンバートした第1の信号から周波数測定データを生成し、第1のPLL回路11にフィードバックする周波数検出器12と、所定の基準周波数を有する基準信号から基準周波数よりも高い周波数を有する第2の信号を生成する第2のPLL回路13と、基準周波数を発生する基準周波数発生器14とを備え、第1のPLL回路11は、フィードバックされた信号に基づき、FMCW信号をキャリブレーションするものである。第2のPLL回路13は、安定した周波数frefをf2まで周波数を跳ね上げるためのものである。
The FMCW signal generator of the present embodiment generates frequency measurement data from a
図6は、図5に示した本発明に係るFMCW信号発生器の具体的な実施例を説明するための回路構成図である。図中符号111はルックアップテ−ブル(Look Up Table;LUT/補正部)、112はデジタル−アナログ変換器(DAC)、113は第1の位相周波数検出器(Phase Frequency Detector;PFD1)、114は第1のチャージポンプ(Charge Pump;CP1)、115は第1のループフィルタ(Loop Filter;LF1)、116は第1の電圧制御発振器(Voltage Controled Oscillator;VCO1)、117は第1の分周器(Divider;Div1)、118はミキサ部(周波数変換器)(Mixer/Frequency Convertor)、119は低域通過フィルタ(Low Pass Filter;LPF)、131は第2の分周器(Div2)、132は第2の位相周波数検出器(PFD2)、132は第2のループフィルタ(LP2)、133は第2のチャージポンプ(CP2)、134は第2のループフィルタ(LF2)、135は第2の電圧制御発振器(VCO2)を示している。なお、図5と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
FIG. 6 is a circuit configuration diagram for explaining a specific embodiment of the FMCW signal generator according to the present invention shown in FIG. In the figure,
ランプ波を止めることなく、V/F特性の補正を行うため、周波数検出器を付加した2重ループ構成のPLLを開発した。10GHzを超えるf0を有するPLLの周波数を直接カウントすることができないので、オフセットループ(2重ループ)PLLを利用する。第1の分周器117を挿入することで、f2=N×f1+f3⇒f2<<f0となる。2つの電圧制御発振器(VCO)116,135の発振周波数が離れる。非整数倍となるので、周波数の跳ね上げの問題が緩和する。第2の電圧制御発振器(VCO)135が低電力化しやすくなり、全体が低電力になる。
In order to correct the V / F characteristics without stopping the ramp wave, we have developed a double-loop PLL with a frequency detector. Since the frequency of the PLL having f0 exceeding 10 GHz cannot be directly counted, an offset loop (double loop) PLL is used. By inserting the
第1のPLL回路11は、FMCW信号を第2の信号によりダウンコンバートして第1の信号を生成するミキサ部118を備えている。このミキサ部118は、f1×f2=(f1+f2)+(f1−f2)、f1−f2=f3を抽出する回路として利用する。
また、第1のPLL回路11は、フィードバックされた信号に基づき、基準信号の基準周波数を補正する補正部(LUT)111を備えている。また、第1のPLL回路11は、FMCW信号をFMCW信号の周波数よりも低い周波数を有する第3の信号に変換する分周器117を備えている。
The
The
また、周波数検出器12は、第1のPLL回路11に含むループフィルタ115の出力信号とFMCW信号をダウンコンバートした第1の信号から周波数測定データを生成する。
2ndループによって、frefをf2=Div2×fref倍に周波数を跳ね上げることができた。他方、基準周波数frefで動作するDACが周波数f4の信号を発生したとすると、f1=f0/Div1 f3=f1−f2=f4の関係から、f4=(f0/Div1)−f2の入力・出力周波数の関係を得る。ただし、f4は周波数スイープされている信号なので、FMCWの出力であるf0も同様の周波数変調を得る。このときの周波数検出器に入力されるf3は、f3=f0/Div1−Div2×frefで表され、Div1とDiv2を適切に選ぶことによって十分にデジタル回路で測定可能な周波数(例えば、fref程度)まで下げることが可能である。このときのメインループの分周の値は、Div1のままなのでDACが発生する基準信号の位相雑音への要求値は大きく緩和されることになる。
The
By the 2nd loop, it was possible to increase the frequency of fref to f2 = Div2 × fref times. On the other hand, if the DAC operating at the reference frequency fref generates a signal of frequency f4, the input / output frequency of f4 = (f0 / Div1) −f2 from the relationship of f1 = f0 / Div1 f3 = f1−f2 = f4. Get a relationship. However, since f4 is a frequency-swept signal, f0 which is the output of the FMCW also obtains the same frequency modulation. The frequency f3 input to the frequency detector at this time is expressed by f3 = f0 / Div1-Div2 × fref, and a frequency (for example, about fref) that can be sufficiently measured by a digital circuit by appropriately selecting Div1 and Div2. Can be lowered to Since the frequency division value of the main loop at this time remains Div1, the required value for the phase noise of the reference signal generated by the DAC is greatly relaxed.
図7は、図6に示した周波数検出器の回路構成図である。図中符号121は上側ピークホールド回路(Upper Peak Hold)、122は平均値回路(Averaging)、123は下側ピークホールド回路(Bottom Peak Hold)、124は最大周波数(Max frequency)回路、125は平均周波数(Mean frequency)回路、126は最小周波数(Min frequency)回路、127は周波数カウンタ、128はDSP(デジタルシグナルプロセッサ;Digital Signal Processing)を示している。 FIG. 7 is a circuit configuration diagram of the frequency detector shown in FIG. In the figure, reference numeral 121 is an upper peak hold circuit (Upper Peak Hold), 122 is an average value circuit (Averaging), 123 is a lower peak hold circuit (Bottom Peak Hold), 124 is a maximum frequency (Max frequency) circuit, and 125 is an average. A frequency (Mean frequency) circuit, 126 is a minimum frequency (Min frequency) circuit, 127 is a frequency counter, and 128 is a DSP (Digital Signal Processor).
周波数検出器12は、メインループ11中のf3の周波数を数える周波数カウンタ127と、ループフィルタ電圧VLF1の上側のピーク電圧を捉える上側ピークホールド回路121と、下側のピーク電圧を捉える下側ピークホールド回路123と、平均値を捉える平均値回路122を備えている。
周波数カウンタ127が計算した周波数最大値データMaxと、上側ピークホールド電圧VUとから最高周波数の誤差DUを計算する最大周波数回路124と、周波数カウンタ127が計算した周波数最小値データMinと、下側ピークホールド電圧VBとから最低周波数の誤差DBを計算する最小周波数回路126と、周波数カウンタ127が計算した周波数平均値データMeanと、平均値電圧VAとから平均周波数の誤差DAを計算する平均周波数回路125と、仕様として与えられている最高・最低・平均の各周波数情報と、最高周波数の誤差DU,最低周波数の誤差DB,平均周波数の誤差DAとのデータから参照すべきLUTを作成するDSP128とで構成されている。
The
A
図8は、電圧制御発振器(VCO)の周波数(F)対電圧(V)特性例を示す図である。DSP128では、予め電圧制御発振器(VCO)V−F特性の典型的特性を取得し、それと最新の測定値である最高周波数の誤差DU,最低周波数の誤差DB,平均周波数の誤差DAとを用いてLUTが参照すべきデータを決定する。
仕様として与えられている発振周波数の最大値、最小値をそれぞれf1(max)、f1(min)とする。このとき、発振周波数の平均値f1(mid)は、以下の式で求められる。
FIG. 8 is a diagram illustrating a frequency (F) vs. voltage (V) characteristic example of the voltage controlled oscillator (VCO). In the
The maximum value and the minimum value of the oscillation frequency given as specifications are assumed to be f1 (max) and f1 (min), respectively. At this time, the average value f1 (mid) of the oscillation frequency is obtained by the following equation.
f1(mid)=(f1(max)−f1(min))/2
=(f3(max)−f3(min))/2
ただし、f3=f1−f2、f2は固定周波数である。
f1 (mid) = (f1 (max) −f1 (min)) / 2
= (F3 (max) -f3 (min)) / 2
However, f3 = f1-f2 and f2 are fixed frequencies.
他方、上側ピークホールド電圧VU、下側ピークホールド電圧VB、平均値電圧VAの方は、電圧制御発振器(VCO)のV−F特性の非線形のため、VA≠VB+VU/2であり、平均値電圧VAは、電圧制御発振器(VCO)の非線形性を最小化するためのパラメータとして利用される。 On the other hand, the upper peak hold voltage V U , the lower peak hold voltage V B , and the average value voltage V A are non-linear in the VF characteristics of the voltage controlled oscillator (VCO), and therefore V A ≠ V B + V U / 2 and the average value voltage V A is used as a parameter for minimizing the nonlinearity of the voltage controlled oscillator (VCO).
また、電圧制御発振器(VCO)のV−F特性が、非常に大きな非線形を有している場合は、レーダ測定をしていない時間を利用して、f1(max)、f1(min)時間を小さなサブセクタに分割してキャリブレーションすることで補正の精度を上げることができる。
図9(a)乃至(g)は、図7に示した周波数検出器の回路の各部の時間軸上の電圧波形を参照して周波数検出器の動作を説明するための図で、各ノードの電圧例を示している。
Further, when the VF characteristic of the voltage controlled oscillator (VCO) has a very large non-linearity, f1 (max) and f1 (min) times are calculated using the time during which radar measurement is not performed. The accuracy of correction can be improved by dividing the calibration into small sub-sectors.
FIGS. 9A to 9G are diagrams for explaining the operation of the frequency detector with reference to the voltage waveform on the time axis of each part of the circuit of the frequency detector shown in FIG. A voltage example is shown.
図9(a)は、メインループ中のf1、f2の時間対周波数変動の様子を示している。図中f1は第1の電圧制御発振器(VCO1)116の発振周波数で、時間に対して線形に周波数が変動することを期待している。f2は固定周波数である。f3はf1−f2で、周波数カウンタで測定できる周波数を想定している。図9(b)は、ダウンコンバータされたf3を示している。周波数検出器の入力である。 FIG. 9A shows how the frequency f1 and f2 vary with time in the main loop. In the figure, f1 is the oscillation frequency of the first voltage-controlled oscillator (VCO1) 116, and it is expected that the frequency fluctuates linearly with respect to time. f2 is a fixed frequency. f3 is f1-f2, and assumes a frequency that can be measured by a frequency counter. FIG. 9B shows the down-converted f3. This is the input of the frequency detector.
図9(c)は、周波数検出器中の上側ピークホールド回路の出力を示している。図中の破線はVLF1の波形で、上側ピークホールド回路の出力は、リークなどで減衰し、この減衰はVUになった点から入力VLF1信号に追従する。図9(d)は、下側ピークホールド回路の出力を示している。図9(e)は、平均値回路の出力を示している。
図9(f)は、VLF1の期待値で、このVLF1をチャージポンプが出力するようなf4をLUT+DACのペアで生成する。このVLF1のテント型の波形は、VCO1のV−F特性を補正するため、LUTで発生した信号によって発生したループフィルタ出力である。
FIG. 9 (c) shows the output of the upper peak hold circuit in the frequency detector. In dashed line VLF1 waveform in the drawing, the output of the upper peak hold circuit is attenuated, and more at the leak, this attenuation follows the input VLF1 signal from a point becomes V U. FIG. 9D shows the output of the lower peak hold circuit. FIG. 9E shows the output of the average value circuit.
FIG. 9F shows an expected value of VLF1, and f4 is generated as a LUT + DAC pair so that the charge pump outputs this VLF1. The tent-shaped waveform of VLF1 is a loop filter output generated by a signal generated in the LUT in order to correct the V-F characteristic of VCO1.
図9(g)は、図9(f)におけるVLF1がテント型の波形をしている理由を説明するための図である。VLF1+VCO1のV−F特性は、f1(時間対周波数)が直線的に増減する。
なお、図中VU(max)は発振最高周波数を示す電圧で、VU(max)のタイミングはf1が最高となるタイミングである。VB(min)は発振最低周波数を示す電圧で、VB(min)のタイミングはf1が最低となるタイミングである。VA(mean)は発振周波数の中心を表示している。
FIG. 9G is a diagram for explaining the reason why the
In the figure, V U (max) is a voltage indicating the highest oscillation frequency, and the timing of V U (max) is the timing at which f1 is the highest. V B (min) is a voltage indicating the lowest oscillation frequency, and the timing of V B (min) is the timing at which f1 is lowest. V A (mean) indicates the center of the oscillation frequency.
また、図9(c)及び(d)における点線は、図7中の最大周波数回路124及び最小周波数回路126のブロックがピークホールド動作を行わない時の入力VLF1波形を示している。したがって、この点線の波形は、図9(b)と相似形である。また、図9(e)における点線は、図9(c)及び(d)とは異なり、VA波形の平均値を示している。VA波形の平均値は、図6におけるVCO1の発振周波数f0の中心周波数を示す値である。
9C and 9D show the input VLF1 waveform when the blocks of the
また、図9(c)中の実線と点線は、VLF1波形が上側ピークホールド出力と等しくなった点で交差し、その瞬間以降は最大値を示すまで上側ピークホールド出力は最大周波数回路124の出力に追従する。これと同様に、図9(d)における実線と点線は、VLF1波形が下側ピークホールド出力と等しくなった点で交差し、その瞬間以降は最小値を示すまで下側ピークホールド出力は最小周波数回路126の出力に追従する。他方、図9(e)における点線は、実線の平均値でありその平坦性は主として平均周波数回路125の積分時間に依存する。
Further, the solid line and the dotted line in FIG. 9C intersect at the point where the VLF1 waveform becomes equal to the upper peak hold output, and the upper peak hold output is the output of the
1 のこぎり波発生回路
2 電圧制御発振器(VCO)
3 電力増幅器(Power Amplifier;PA)
4 デュプレクサ(分波器;Duplexer)
5 LNA(低ノイズ・プリアンプ)
6 ミキサ(Mixer)
7 アンテナ
11 第1のPLL回路(メインループ)
12 周波数検出器
13 第2のPLL回路(2ndループ)
14 基準周波数発生器
111 ルックアップテ−ブル(Look Up Table;LUT)
112 デジタル−アナログ変換器(DAC)
113 第1の位相周波数検出器(Phase Frequency Detector;PFD1)
114 第1のチャージポンプ(Charge Pump;CP1)
115 第1のループフィルタ(Loop Filter;LF1)
116 第1の電圧制御発振器(Voltage Controled Oscillator;VCO1)
117 第1の分周器(Divider;Div1)
118 ミキサ部(周波数変換器)(Mixer/Frequency Convertor)
119 低域通過フィルタ(Low Pass Filter;LPF)
121 上側ピークホールド回路(Upper Peak Hold)
122 平均値回路(Averaging)
123 下側ピークホールド回路(Bottom Peak Hold)
124 最大周波数(Max frequency)回路
125 平均周波数(Mean frequency)回路
126 最小周波数(Min frequency)回路
127 周波数カウンタ
128 DSP(デジタルシグナルプロセッサ;Digital Signal Processing)
131 第2の分周器(Div2)
132 第2の位相周波数検出器(PFD2)
132 第2のループフィルタ(LP2)
133 第2のチャージポンプ(CP2)
134 第2のループフィルタ(LF2)
135 第2の電圧制御発振器(VCO2)
1 sawtooth
3 Power Amplifier (PA)
4 Duplexer (Duplexer)
5 LNA (low noise preamplifier)
6 Mixer
7
12
14
112 Digital-to-analog converter (DAC)
113 1st phase frequency detector (Phase Frequency Detector; PFD1)
114 1st charge pump (Charge Pump; CP1)
115 First loop filter (LF1)
116 First Voltage Controlled Oscillator (VCO1)
117 1st frequency divider (Divider; Div1)
118 Mixer (Frequency Converter) (Mixer / Frequency Converter)
119 Low pass filter (LPF)
121 Upper Peak Hold Circuit (Upper Peak Hold)
122 Average value circuit (Averaging)
123 Bottom Peak Hold Circuit (Bottom Peak Hold)
124
131 Second frequency divider (Div2)
132 Second phase frequency detector (PFD2)
132 Second loop filter (LP2)
133 Second charge pump (CP2)
134 Second loop filter (LF2)
135 Second voltage controlled oscillator (VCO2)
Claims (3)
前記FMCW信号をダウンコンバートした第1の信号から周波数測定データを生成し、前記第1のPLL回路にフィードバックする周波数検出器と、
所定の基準周波数を有する基準信号から前記基準周波数よりも高い周波数を有する第2の信号を生成する第2のPLL回路とを備え、
前記第1のPLL回路は、前記フィードバックされた信号に基づき、前記FMCW信号をキャリブレーションすると共に、前記FMCW信号を前記第2の信号によりダウンコンバートして前記第1の信号を生成するミキサ部と、前記フィードバックされた信号に基づき、前記基準信号の前記基準周波数を補正する補正部と、を備えることを特徴とするFMCW信号発生器。 A first PLL circuit for generating an FMCW signal from a reference signal having a predetermined reference frequency;
A frequency detector that generates frequency measurement data from a first signal obtained by down-converting the FMCW signal and feeds it back to the first PLL circuit;
A second PLL circuit that generates a second signal having a frequency higher than the reference frequency from a reference signal having a predetermined reference frequency,
The first PLL circuit calibrates the FMCW signal based on the fed back signal, and down-converts the FMCW signal with the second signal to generate the first signal. And a correction unit that corrects the reference frequency of the reference signal based on the fed back signal .
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