DE102010061041A1

DE102010061041A1 - Vorrichtung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator und Mitteln zur Eigenkalibrierung

Info

Publication number: DE102010061041A1
Application number: DE102010061041A
Authority: DE
Inventors: Andreas von Rhein
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-06
Also published as: CN103348595A; US20140145874A1; US9835713B2; EP2678943A1; WO2012076450A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere einen Radarsensor, – mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (O) zum Erzeugen eines hochfrequenten Signals mit einer Istfrequenz, – mit einem Mittel (S) zum Einstellen einer Spannung zum Steuern des Oszillators (O), wobei jedem Wert einer Sollfrequenz ein Spannungswert der zum Steuern des Oszillators (O) vorgesehenen Spannung zugeordnet ist, und – mit Mitteln zur Kalibrierung (FT1, FT2, Z, B, D, E), mit welchen der einem Wert der Sollfrequenz zugeordnete Spannungswert einstellbar ist, wobei die Mittel zur Kalibrierung (FT1, FT2, Z, B, D, E) ein Mittel (D) zur Bildung einer Frequenzdifferenz aus einer Frequenz und der der am Oszillator (O) eingestellten Spannung entsprechenden Sollfrequenz aufweisen, wobei die Mittel zur Kalibrierung (FT1, FT2, Z, B, D, E) außerdem – einen oder mehrere Frequenzteiler (FT1, FT2) zum Erzeugen eines niederfrequenten Signals aus dem hochfrequenten Signal aufweisen, – ein Mittel (Z) zum Erfassen der Periodendauer des niederfrequenten Signals aufweisen, – ein Mittel (B) zum Berechnen einer der Istfrequenz des hochfrequenten Signals entsprechenden Hilfsfrequenz aus der Periodendauer des niederfrequenten Signals und – ein Mittel (E) zum Einstellen der den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerte in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen der Hilfsfrequenz und der Sollfrequenz aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere einen Radarsensor, z. B. für ein Kraftfahrzeug,

– mit einem spannungsgesteuerten Oszillator zum Erzeugen eines hochfrequenten Signals mit einer Istfrequenz,
– mit einem Mittel zum Einstellen einer Spannung zum Steuern des Oszillators, wobei jedem Wert einer Sollfrequenz ein Spannungswert der zum Steuern des Oszillators vorgesehenen Spannung zugeordnet ist, und
– mit Mitteln zur Kalibrierung, mit welchen der einem Wert der Sollfrequenz zugeordnete Spannungswert einstellbar ist, wobei die Mittel zur Kalibrierung ein Mittel zur Bildung einer Frequenzdifferenz aus einer Frequenz und der der am Oszillator eingestellten Spannung entsprechenden Sollfrequenz aufweisen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kalibrieren einer solchen Vorrichtung.
Kraftfahrzeuge werden heute mehr und mehr mit Radarsystemen ausgestattet, um die Entfernung von Objekten zum Kraftfahrzeug und die Relativgeschwindigkeit der Objekte zum Kraftfahrzeug zu erfassen. Die ermittelten Entfernungen und Relativgeschwindigkeiten können in verschiedenen Fahrassistenzsystemen genutzt werden. Bei den Fahrassistenzsystemen kann es sich beispielsweise um eine automatische Leuchtweitenregelung, eine automatische Wahl der Lichtverteilung, ein automatisches Einstellen von vertikalen oder horizontalen Hell-Dunkel-Grenzen, um Bremsassistenten oder anderes handeln. In diesen Radarsystemen kann eine eingangs genannte Vorrichtung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator verwendet werden.
Die europäische Patentschrift mit der Veröffentlichungsnummer EP 1 325 350 B1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Abstand und Relativgeschwindigkeit eines von einem Kraftfahrzeug entfernten Objektes. Die Patentschrift schlägt ein FMFSK-Verfahren (frequency modulated frequency shift keying) vor. Diese das Verfahren verwendende Vorrichtung weist einen spannungsgesteuerten Oszillator auf, mit dem mehrere zu sendende Signale erzeugt werden. Jedes Signal hat mehrere Abschnitte mit unterschiedlicher aber während des Abschnitts konstanter Frequenz. Die Abschnitte werden nacheinander gesendet, wobei die Frequenz der Signalabschnitte eines Signals von Abschnitt zu Abschnitt erhöht wird. Die Abschnitte eines Signals werden allerdings nicht unmittelbar hintereinander gesendet. Vielmehr folgt auf jeden Abschnitt eines der Signale ein Abschnitt eines anderen Signals. Der Wechsel zwischen den Signalabschnitten erfolgt dabei in stets gleicher Reihenfolge und wiederholt sich in jedem Takt. Man erhält dadurch in einander verschachtelte Signalabschnitte. Während eines Signalabschnitts wird die Frequenz des Signals stets gehalten.
Um bei diesem Verfahren ein möglichst gutes Ergebnis zu erreichen, können nur spannungsgesteuerte Oszillatoren mit gewissen Grundeigenschaften verwendet werden, die insbesondere die Steilheit, die Krümmung, die Alterung und die Temperaturdrift des spannungsgesteuerten Oszillators betreffen. Bei der Herstellung einer Vorrichtung, wie sie in der Patentschrift beschrieben wird, werden daher alle spannungsgesteuerten Oszillatoren vor der Montage vermessen und nur geeignete gesteuerte Oszillatoren mit gleichen Eigenschaften ausgewählt. Außerdem werden während des Betriebs regelmäßig Zyklen in den laufenden Betrieb eingeschoben, in denen die spannungsgesteuerten Oszillatoren kalibriert werden, um so zum Beispiel eine Temperaturdrift zu kompensieren. Die Kalibrierung erfolgt mittels einer Phasenregelschleife (auch als „phase-locked loop” (PLL) bekannt). Die zur Kalibrierung vorgesehene Phasenregelschleife umfasst ein auch als Phasendetektor bekanntes Mittel zur Bildung einer Frequenzdifferenz, ein auch als Filter bekanntes Mittel zum Einstellen der Spannung zum Steuern des Oszillators, den spannungsgesteuerten Oszillator und – optional – einen Frequenzteiler. Während der Kalibrierzyklen können die Vorrichtungen nicht zum Erzeugen von Radarsignalen zur Messung der Entfernung und der Relativgeschwindigkeit verwendet werden. Dieses ist nicht von Vorteil für die Fahrassistenzsysteme, in denen in dieser Zeit keine aktuellen Daten aus dem Straßenraum zur Verfügung gestellt werden können.
Hier setzt die Erfindung an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verändern, dass zur Kalibrierung keine oder kaum Messzyklen verloren gehen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Mittel zur Kalibrierung zu den eingangs genannten Mitteln außerdem

– einen oder mehrere Frequenzteiler zum Erzeugen eines niederfrequenten Signals aus dem hochfrequenten Signal aufweisen,
– ein Mittel zum Erfassen der Periodendauer des niederfrequenten Signals aufweisen,
– ein Mittel zum Berechnen einer hochfrequenten Hilfsfrequenz aus der Periodendauer des niederfrequenten Signals wobei die Hilfsfrequenz der Istfrequenz des hochfrequenten Signals entspricht und
– ein Mittel zum Einstellen der den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerte in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen der Hilfsfrequenz und der Sollfrequenz aufweisen.

Die berechnete Hilfsfrequenz kann mit hinreichender Genauigkeit zur Ermittlung der Abweichung der Istfrequenz von der Sollfrequenz verwendet werden, wozu dass Mittel zur Bildung einer Frequenzdifferenz genutzt wird. Die Frequenzdifferenz, bei der es sich aus der Sicht eines Regelungstechnikers um die Regeldifferenz handelt, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung genutzt werden, um die den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerte zu ändern und die Vorrichtung dadurch zu kalibrieren. Verfahren zum Kalibrieren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 9 und 10 angegeben.
Vorteilhaft ist das niederfrequente Signal digital und hat eine Frequenz von 0,5 bis 1,5 kHz. Das Erfassen der Periodendauer dieses niederfrequenten Signals dauert mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ca. 2 ms. Aus der erfassten Periodendauer kann mit dem Mittel zum Berechnen der hochfrequenten Hilfsfrequenz durch Kehrwertbildung und Skalierung aller Teilerwerte die Frequenz bei 24 GHz berechnet werden. Erfolgt die Berechnung mit einem digitalen Signalprozessor mit z. B. 150 MHz, so kann man eine Genauigkeit der Hilfsfrequenz von +/–160 kHz erreichen.
Das Ermitteln der Frequenzdifferenz und die nachfolgende Einstellung der den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerte kann mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich schneller erfolgen als beim Stand der Technik. So kann zum Beispiel die zwischen zwei Messzyklen verbleibende Zeit zum Kalibrieren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung genutzt werden. Es geht dadurch keine Zeit für die Messzyklen verloren. Die Messung kann kontinuierlich erfolgen.
Mittels des oder der Frequenzteiler einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Istfrequenz von zum Beispiel 24 GHz auf 1 KHz herabgesetzt werden. Das so erzeugte Signal kann von einem handelsüblichen digitalen Signalprozessor verarbeitet werden. Wenigstens einer der Frequenzteiler oder der Frequenzteiler kann ein in einem integrierten Phasenregelkreis (PLL) integrierter Frequenzteiler sein. Wenigstens einer der Frequenzteiler oder der Frequenzteiler kann ebenso ein Frequenzteiler eines MMIC (Millimeter Monolithic Integrated Circuit) sein. Wenigstens einer der Frequenzteiler oder der Frequenzteiler kann ein Frequenzteiler eines digitalen Signalprozessors sein.
Das Mittel zum Erfassen der Periodendauer des niederfrequenten Signals kann ein Zähler sein. Der Zähler kann in einem bzw. dem digitalen Signalprozessor angeordnet sein.
Das Mittel zum Berechnen der Hilfsfrequenz aus der Periodendauer des niederfrequenten Signals kann in einem bzw. dem digitalen Signalprozessor angeordnet sein.
Auch das Mittel zur Bildung des Frequenzdifferenz Signals kann in einem bzw. dem digitalen Signalprozessor angeordnet sein.
Der oder ein digitaler Signalprozessor kann geeignet und eingerichtet sein, die den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerte in Abhängigkeit von der Regeldifferenz anzupassen. Der digitale Signalprozessor kann auch geeignet und eingerichtet sein die Zuordnung zu speichern.
Ein erfindungsgemäßes, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbares Verfahren zum Kalibrieren kann folgende Schritte umfassen:

– Das Wandeln des von dem spannungsgesteuerten Oszillator erzeugten hochfrequenten Signals mittels des Frequenzteilers oder der Frequenzteiler in ein niederfrequentes Signal.
– Das Erfassen der Periodendauer des niederfrequenten Signals, vorzugsweise mittels eines Zählers.
– Das Berechnen einer Hilfsfrequenz aus der Periodendauer des niederfrequenten Signals.
– Das Vergleichen der Hilfsfrequenz mit der Sollfrequenz.
– Das Einstellen der den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerte der Spannung zum Steuern des Oszillators in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen Sollfrequenz und der Hilfsfrequenz.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn aus der Frequenzdifferenz die Einstellung eines der Spannungswerte unmittelbar berechnet wird, während die Einstellungen weiterer Spannungswerte durch Inter- und/oder Extrapolation ermittelt werden. Dadurch ist ein besonders schnelles Kalibrieren möglich.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Die in der Figur dargestellte einfache Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist drei integrierte Schaltkreise auf, nämlich einen Digital-Analog-Umsetzer DAU, einen Millimeter Monolithic Integrated Circuit MMIC und einen digitalen Signalprozessor DSP.
Der digitale Signalprozessor DSP weist ein Mittel zum Einstellen eines digitalen Spannungswertes entsprechend einer vorgegebenen Sollfrequenz f_soll auf, der über einen Ausgang des digitalen Signalprozessors DSP an den Digital-Analog-Umsetzer DAU gegeben werden kann. Der Digital-Analog-Umsetzer DAU wandelt das digitale Spannungssignal in ein analoges Spannungssignal um. Dieses analoge Signal liegt an einem Eingang des Millimeter Monolithic Integrated Circuit MMIC an. Innerhalb des Millimeter Monolithic Integrated Circuit MMIC ist der Eingang mit einem spannungsgesteuerten Oszillator O verbunden. Der spannungsgesteuerte Oszillator O erzeugt ein hochfrequentes Signal mit einer dem Spannungswert der anliegenden Spannung entsprechenden Frequenz von zum Beispiel 24 GHz. Das hochfrequente Signal liegt an einem Ausgang des Millimeter Monolithic Integrated Circuit MMIC an und kann dort zur weiteren Verwendung abgegriffen werden.
Innerhalb des Millimeter Monolithic Integrated Circuit MMIC ist das hochfrequente Signal zu einem ersten Frequenzteiler FT1 geführt. Der Ausgang des ersten Frequenzteilers FT1 ist mit einem Ausgang des Millimeter Monolithic Integrated Circuit MMIC verbunden. Das von dem ersten Frequenzteiler FT1 erzeugte digitale und mittelfrequente Signal ist über eine Verbindung vom Ausgang des Millimeter Monolithic Integrated Circuit MMIC zu einem Eingang des digitalen Signalprozessors DSP geführt.
Innerhalb des digitalen Signalprozessors DSP ist der Eingang mit einem zweiten Frequenzteiler FT2 verbunden, mit dem das mittelfrequente Signal in ein niederfrequentes Signal mit einer Frequenz von zum Beispiel 1 kHz gewandelt wird.
Das niederfrequente Signal wird einem Mittel zum Erfassen der Periodendauer des niederfrequenten Signals in Form eines Zählers Z zugeführt. Die so ermittelte Periodendauer des niederfrequenten Signals wird mittels eines Mittels B zum Berechnen einer Hilfsfrequenz aus der Periodendauer des niederfrequenten Signals zugeführt, dass den Kehrwert bildet und durch Skalieren entsprechend der Teilungsfaktoren des ersten und des zweiten Frequenzteilers eine Hilfsfrequenz f_h berechnet, die vorbehaltlich von Fehlern der Istfrequenz des hochfrequenten Signals am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators entspricht.
Die Hilfsfrequenz f_h und die Sollfrequenz f_soll werden einem Mittel B zur Bildung einer Frequenzdifferenz aus der Hilfsfrequenz und der der am Oszillator eingestellten Spannung entsprechenden Sollfrequenz f_soll zugeführt. Die Frequenzdifferenz wird einem Mittel E zum Einstellen der den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerten in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen der Hilfsfrequenz f_h und der Sollfrequenz f_h zugeführt. Durch diese Mittel E werden die zur Kalibrierung notwendigen Einstellungen vorgenommen, so dass anschließend das Mittel S zum Einstellen eines digitalen Spannungswertes einen ggf. geänderten Spannungswert an den Digital-Analog-Umsetzer DAU bzw. den Oszillator liefern kann, damit die Istfrequenz genauer der Sollfrequenz entspricht.
Bezugszeichenliste

DAU

Digital-Analog-Umsetzer

MMIC

Millimeter Monolithic Integrated Circuit

DSP

digitaler Signalprozessor

*

Mittel zum Kalibrieren

O

spannungsgesteuerter Oszillator

FT1

erster Frequenzteiler

FT2

zweiter Frequenzteiler

Z

Mittel zum Erfassen der Periodendauer des niederfrequenten Signals/Zählers

B

Mittel zum Berechnen einer Hilfsfrequenz aus der Periodendauer des niederfrequenten Signals

D

Mittel zur Bildung einer Frequenzdifferenz aus der Hilfsfrequenz und der der am Oszillator eingestellten Spannung entsprechenden Sollfrequenz

E

Mittel zum Einstellen der den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerte in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen der Hilfsfrequenz und der Sollfrequenz

S

Mittel zum Einstellen eines digitalen Spannungswertes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1325350 B1 [0004]

Claims

Vorrichtung, insbesondere Radarsensor, – mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (O) zum Erzeugen eines hochfrequenten Signals mit einer Istfrequenz, – mit einem Mittel (S) zum Einstellen einer Spannung zum Steuern des Oszillators (O), wobei jedem Wert einer Sollfrequenz ein Spannungswert der zum Steuern des Oszillators (O) vorgesehenen Spannung zugeordnet ist, und – mit Mitteln zur Kalibrierung (FT1, FT2, Z, B, D, E), mit welchen der einem Wert der Sollfrequenz zugeordnete Spannungswert einstellbar ist, wobei die Mittel zur Kalibrierung (FT1, FT2, Z, B, D, E) ein Mittel (D) zur Bildung einer Frequenzdifferenz aus einer Frequenz und der der am Oszillator (O) eingestellten Spannung entsprechenden Sollfrequenz aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Kalibrierung (FT1, FT2, Z, B, D, E) außerdem – einen oder mehrere Frequenzteiler (FT1, FT2) zum Erzeugen eines niederfrequenten Signals aus dem hochfrequenten Signal aufweisen, – ein Mittel (Z) zum Erfassen der Periodendauer des niederfrequenten Signals aufweisen, ein Mittel (B) zum Berechnen einer der Istfrequenz des hochfrequenten Signals entsprechenden Hilfsfrequenz aus der Periodendauer des niederfrequenten Signals aufweisen und ein Mittel (E) zum Einstellen der den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerte in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen der Hilfsfrequenz und der Sollfrequenz aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Frequenzteiler (FT1, FT2) oder der Frequenzteiler ein in einem integrierten Phasenregelkreis integrierter Frequenzteiler ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Frequenzteiler (FT1, FT2) oder der Frequenzteiler ein Frequenzteiler (FT1) eines MMIC ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Frequenzteiler (FT1, FT2) oder der Frequenzteiler ein Frequenzteiler (FT2) eines digitalen Signalprozessors (DSP) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (Z) zum Erfassen der Periodendauer des niederfrequenten Signals ein Zähler ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (Z) in einem bzw. dem digitalen Signalprozessor (DSP) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (B) zum Berechnen der Hilfsfrequenz aus der Periodendauer des niederfrequenten Signals in einem bzw. dem digitalen Signalprozessor (DSP) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (D) zur Bildung des Frequenzdifferenz Signals in einem bzw. dem digitalen Signalprozessor (DSP) angeordnet ist.
Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – dass das von dem spannungsgesteuerten Oszillator (O) erzeugte hochfrequente Signal mittels des Frequenzteilers oder der Frequenzteiler (FT1, FT2) in ein niederfrequentes Signal gewandelt wird, dessen Periodendauer erfasst wird, – dass aus der Periodendauer des niederfrequenten Signals eine Hilfsfrequenz berechnet wird, die mit der Sollfrequenz verglichen wird und – dass in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen Sollfrequenz und der Hilfsfrequenz die den Sollfrequenzen zugeordneten Spannungswerte der Spannung zum Steuern des Oszillator (O) eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Frequenzdifferenz die Einstellung eines der Spannungswerte unmittelbar berechnet wird, während die Einstellungen weiterer Spannungswerte durch Inter- und/oder Extrapolation ermittelt werden.