JP2008172634A - Ａｄ変換器の故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アナログ信号を入力するための入力チャンネルを１つのみ有するＡＤ変換器の故障検出装置を提供する。
【解決手段】マイコン１０からＤＡ変換器１２へ確認用デジタル値を入力する場合に、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８の入力チャンネルとを直接的に接続するＤＡ出力切換器２０を備え、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８の入力チャンネルとが接続された場合に、確認用デジタル値とＡＤ変換器８の変換したデジタル値とを比較することで、ＡＤ変換器８の故障を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＤ変換器の故障検出装置に関するものである。

従来、例えば、特許文献１に記載のものによれば、アナログ信号電圧を入力するための３チャンネル以上の入力端子を有し、アナログ信号電圧をデジタル信号値にＡＤ変換するＡＤ変換器において、ＡＤ変換後の値が予め定められた所定の関係となるように、少なくとも２点の電圧値を設定し、少なくとも２点の電圧値のＡＤ変換値から少なくとも２点の電圧値の関係を求め、この求めた少なくとも２点の電圧値の関係と所定の関係とを比較し、両者の差が所定の値を超えた場合にＡＤ変換器の故障と判定する。
特開２００６−３０４３６５号公報

上記特許文献１に記載のものは、複数の入力端子を有するＡＤ変換器に対して故障検出が可能なものであり、入力端子を１チャンネルのみ有するＡＤ変換器の故障検出には適用できない。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アナログ信号を入力するための入力チャンネルを１つのみ有するＡＤ変換器の故障検出装置を提供することにある。

請求項１記載のものは、入力チャンネルを１つのみ有し、その入力チャンネルから入力したアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換器の故障検出装置であって、
デジタルデータをアナログ信号に変換するＤＡ変換器へ所定のデジタルデータを入力する場合に、ＤＡ変換器の出力チャンネルとＡＤ変換器の入力チャンネルとを接続する接続手段を備え、
ＤＡ変換器の出力チャンネルとＡＤ変換器の入力チャンネルとが接続された場合に、所定のデジタルデータとＡＤ変換器の変換したデジタルデータとを比較することで、ＡＤ変換器の故障を検出することを特徴とする。

これにより、所定のデジタルデータとＡＤ変換器の変換したデジタルデータとを比較して、両者が対応したものであれば故障無しと判定し、両者が対応したものでなければＡＤ変換器の故障を検出することができる。

請求項２に記載のように、所定のデジタルデータをＤＡ変換器へ入力する際、所定のデジタルデータのビットパターンを変更しながら入力することを特徴とすることが好ましい。所定のデジタルデータのビットパターンを変更しながらＤＡ変換器へ入力することで、ＡＤ変換器においてビット固着が発生した場合には、そのビット固着の検出とともに、固着したビットの特定が容易にできるからである。

請求項３に記載のＡＤ変換器の故障検出装置によれば、ＡＤ変換器は、ＤＡ変換器の変換したデジタルデータに基づいて生成し、送出したミリ波帯のレーダ波が対象物により反射された場合に、その反射レーダ波の受信信号を当該ＡＤ変換器によってデジタルデータに変換して、そのデジタルデータから対象物との距離及び相対速度を検出するミリ波レーダ装置において使用されるものであることを特徴とする。

ミリ波レーダ装置では、ＡＤ変換器が故障してしまうと、対象物までの距離及び相対速度の検出結果に影響が及ぶことになる。従って、ミリ波レーダ装置において使用されるＡＤ変換器の故障検出を行うことで、対象物までの距離及び相対速度の検出結果の信頼性が確保されるのである。

なお、接続手段は、請求項４に記載のように、ミリ波レーダ装置の電源投入後の初期化処理を実行するタイミングで、ＤＡ変換器の出力チャンネルとＡＤ変換器の入力チャンネルとを直接的に接続するとよい。ミリ波レーダ装置を使用する前に故障の検出が可能となるからである。

また、接続手段は、請求項５に記載のように、ＡＤ変換器が反射レーダ波の受信信号をデジタルデータに変換していないタイミングで、ＤＡ変換器の出力チャンネルとＡＤ変換器の入力チャンネルとを直接的に接続するようにしてもよい。ミリ波レーダ装置の使用中にも随時、故障検出が可能となるからである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、ＦＭＣＷ（周波数変調連続波）レーダ装置において使用されるＡＤ変換器の故障検出装置について説明する。

図１は、本実施形態におけるＦＭＣＷレーダ装置の全体構成を表すブロック図である。このＦＭＣＷレーダ装置は、車両に搭載され、前方走行車両等の対象物との距離や相対速度を検出するものとして使用される。

図１に示すＦＭＣＷレーダ装置は、送信アンテナＡＳを介してミリ波帯のレーダ波を送信する。ＤＡ変換器１２は、入力及び出力チャンネルを１チャンネルのみ備える分解能１２ビットのＤＡ変換器であり、マイコン１０から出力される時間に対して周波数が漸増、漸減を繰り返すパターンのデジタルデータをアナログ信号に変換する。

ＤＡ出力切換器２０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）のアナログスイッチや、シグナルリレー等が採用され、ＤＡ変換器１２の変換したアナログ信号の出力先を切換える。ＤＡ出力切換器２０は、マイコン１０からの指示信号を受けて、その指示内容に応じた出力先に切換える。例えば、マイコン１０から”ＶＣＯ側”なる指示信号を受けた場合には、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルと電圧制御発振器１４とが接続されるように切換る。また、マイコン１０から”ＡＤ側”なる指示信号を受けた場合には、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８とが（直接的に）接続されるように切換る。

ＤＡ出力切換器２０がＶＣＯ側に出力先を切換えている場合、電圧制御発振器１４は、ＤＡ変換器１２から出力されるアナログ信号を変調信号として入力し、この変調信号により変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する。電圧制御発振器１４の出力は、分配器１６によって、送信信号ｆｓとローカル信号Ｌ０とに電力分配され、送信信号ｆｓは送信回路２を介して送信アンテナＡＳに供給され、ローカル信号Ｌ０は、ミキサ６へ供給される。

送信アンテナＡＳを介してミリ波帯のレーダ波が送出され、そのレーダ波が先行車両等対象物により反射されると、その反射されたレーダ波（以下、反射レーダ波）を受信アンテナＡＲで受信する。受信アンテナＡＲの受信した反射レーダ波は、受信回路４によって処理されることで反射レーダ波に応じた受信信号ｆｒを発生する。

ミキサ６は、受信信号ｆｒとローカル信号Ｌ０とをミキシングして、これらの信号の周波数差に相当するアナログ信号であるビート信号を生成する。このビート信号は、図示しない増幅器によって増幅され、ＡＤ変換器８に出力される。

ＡＤ変換器８は、入力及び出力チャンネルを１チャンネルのみ備える分解能１２ビットのＡＤ変換器であり、ビート信号をタイマ１８によって指示されるタイミングでサンプリングしてデジタルデータに変換する。ＡＤ変換器８によって変換されたビート信号のデジタルデータは、マイクロコンピュータ１０に与えられ、距離及び相対速度を算出するための処理に用いられる。

タイマ１８は、ＡＤ変換器８がビート信号をサンプリングするタイミングを指示するため、サンプリング周期に相当する時間を計測するごとに、ＡＤ変換器８に対してサンプリング指示信号を出力する。このタイマ１８は、マイクロコンピュータ１０から計測開始が指示されると、サンプリング周期に相当する時間の計測を繰り返し実行し、その繰り返し回数が所定のサンプリング回数に達すると、計測を終了する。なお、マイコン１０にタイマが内蔵されている場合には、タイマを別途設けることなく、そのマイコン１０内蔵のタイマを用いるようにしてもよい。

マイクロコンピュータ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成され、ＡＤ変換器８からのデジタルデータに基づき、前方走行車両等の対象物との距離及び相対速度を算出する。マイクロコンピュータ１０は、それらの処理を行う際にデジタルデータに対して周波数解析処理としての高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するため、デジタルシグナルプロセッサを備えている。なお、算出された距離及び相対速度は、例えば、車間距離制御機能を有した定速走行制御装置に出力され、車間距離制御に利用される。なお、上述のように構成されたＦＭＣＷレーダ装置における、対象物との距離及び相対速度の検出原理については、特開２００６−２２０６２４号公報に記載されているので、その説明を省略する。

次に、本実施形態におけるＦＭＣＷレーダ装置における、ＡＤ変換器８の故障検出方法について説明する。なお、上述したように、ＡＤ変換器８によって変換されたビート信号のデジタルデータから、マイクロコンピュータ１０において対象物まで距離及び相対速度を算出されるため、ＡＤ変換器８内のレジスタのビット固着等によってＡＤ変換器８が故障してしまうと、対象物までの距離及び相対速度の検出結果に影響が及ぶことになる。従って、ＦＭＣＷレーダ装置において使用されるＡＤ変換器の故障検出を行うことで、対象物までの距離及び相対速度の検出結果の信頼性を確保するのである。

図２に示すタイムチャートは、ＦＭＣＷレーダ装置の動作順序を示している。ＦＭＣＷレーダ装置に電源が投入されると、初期化処理が実行される。この初期化処理は、マイコン１０の入出力ポートの初期化、ＲＯＭ、ＲＡＭのチェック等、一連の初期設定を行った後、ＡＤ変換器８の故障を検出するためのＡＤ動作チェック処理を実行する。

マイコン１０では、後述するように、ＡＤ動作チェック処理を実行するにあたり、ＤＡ出力切換器２０に対して、”ＡＤ側”なる指示信号を出力する。ＤＡ出力切換器２０は、この指示信号を受けて、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８とが（直接的に）接続されるように切換る。このように、ＦＭＣＷレーダ装置の電源投入後の初期化処理を実行するタイミングで、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８の入力チャンネルとを直接的に接続することで、ＦＭＣＷレーダ装置を使用する前に、ＡＤ変換器８の故障検出が可能となる。

図２に示すように、初期化処理におけるＡＤ動作チェック処理を実行した結果、ＡＤ変換器８の動作が良好である（故障が検出されない）場合には、メインルーチンを０．１秒毎に繰り返し実行する。このメインルーチンは、測距処理、対象物認識（検出）処理、ＡＤ動作チェック処理の順に各処理を実行するもので、ＡＤ動作チェック処理は、測距処理や対象物認識処理を実行していないタイミングで行う。

すなわち、マイコン１０では、対象物認識処理を終えると、ＡＤ動作チェック処理を実行するにあたり、ＤＡ出力切換器２０に対して、”ＡＤ側”なる指示信号を出力する。ＤＡ出力切換器２０は、この指示信号を受けて、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８とが（直接的に）接続されるように切換る。このように、ＡＤ変換器８が反射レーダ波の受信信号をデジタルデータに変換していないタイミングで、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８の入力チャンネルとを直接的に接続することで、ＦＭＣＷレーダ装置の使用中にも随時、ＡＤ変換器８の故障検出が可能となる。

続いて、ＦＭＣＷレーダ装置の動作を示す図３〜図５のフローチャートを説明する。図３に示すステップＳ１にてＦＭＣＷレーダ装置に電源が投入されると、ステップＳ２では図４に示す初期化処理を実行する。図４のステップＳ１１では、マイコン１０の入出力ポートの初期化、ＲＯＭ、ＲＡＭチェック等の一連の初期設定を行う。ステップＳ１２では、図５に示すＡＤ動作チェック処理を実行する。

図５のステップＳ２１では、マイコン１０から出力切換器２０に対して、”ＡＤ側”なる指示信号を出力する。ＤＡ出力切換器２０は、この指示信号を受けて、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８とが（直接的に）接続されるように切換る。

ステップＳ２２では、予め設定した電圧レベルのアナログ信号がＤＡ変換器１２から出力されるように、特定のビットパターンを示す確認用デジタルデータ（以下、適宜、確認用デジタル値と呼ぶ）を設定する。ステップＳ２３では、ステップＳ２２にて設定した確認用デジタル値をＤＡ変換器１２へ出力する。これにより、ＤＡ変換器１２では、マイコン１０から入力した確認用デジタル値をアナログ信号に変換し、その変換したアナログ信号がＤＡ出力切換器２０を介してＡＤ変換器８の入力チャンネルから入力されるようになる。

ステップＳ２４では、入力チャンネルから入力したアナログ信号をデジタルデータ（以下、適宜、デジタル値）に変換し、その変換したデジタル値をマイコン１０へ出力する。ステップＳ２５では、ステップＳ２４でＡＤ変換したデジタル値と確認用デジタル値とを比較して、ＡＤ変換したデジタル値が正しい値を示すかどうかを判定する。

ここで、ＡＤ変換器８に入力されるアナログ信号にはノイズ成分が重畳することがあるほか、ＡＤ変換器８によって変換されたデジタル値にはＡＤ変換時の量子化誤差も含まれるため、ＡＤ変換したデジタル値と確認用デジタル値とを比較した場合、ビットパターンが整合しないことがある。この不整合はノイズ成分の重畳や量子化誤差によるものであり、ＡＤ変換器８の故障によるものではないから、これらの要因によってＡＤ変換器８が故障したものと誤って判定しないようにする必要がある。

従って、ステップＳ２５では、ＡＤ変換したデジタル値と確認用デジタル値とが完全に整合（ビットパターンが完全に整合）しているかどうかを判断するのではなく、例えば、上位数ビットのビットパターンが両者で整合していれば、ＡＤ変換器８のＡＤ変換したデジタル値は正しい値を示していると判断する。

ステップＳ２５にて肯定判断した場合には、ステップＳ２６にて故障フラグｆｇを”０”（故障無し）としたうえでステップＳ２８に処理を進める。一方、ステップステップＳ２５にて否定判断した場合には、ステップＳ２７にて故障フラグｆｇを”１”（故障有り）としたうえでステップＳ２８に処理を進める。

ステップＳ２８では、マイコン１０から出力切換器２０に対して、”ＶＣＯ側”なる指示信号を出力する。ＤＡ出力切換器２０は、この指示信号を受けて、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルと電圧制御発振器１４とが接続されるように切換る。

図３のステップＳ３では、ステップＳ２の初期化処理が終了すると、故障フラグｆｇが”０”（故障無し）であるかどうかを判定する。ここで、肯定判断した場合には、ＡＤ変換器８の故障が検出されなかったとして、ステップＳ４以降のメインルーチンへ処理を進める。一方、否定判断した場合には、ステップＳ７にてマイコン１０からＦＭＣＷレーダ装置のＡＤ変換器８が故障した旨を内容とする故障発生情報を図示しない車内ＬＡＮを介してボデーＥＣＵ等に出力する。ボデーＥＣＵでは、この故障発生情報を受けて、ＦＭＣＷレーダ装置のＡＤ変換器８の故障に対応するダイアグコードを記憶する。

上述したように、ステップＳ４以降のメインルーチンは、０．１秒毎に繰り返し実行される。ステップＳ６では測距処理を実行し、ステップＳ７では対象物認識（検出）処理を実行する。その結果、対象物までの距離及び相対速度が検出される。ステップＳ６では、上述した図５に示すＡＤ動作チェック処理を実行する。ステップＳ６のＡＤ動作チェック処理を終えると、ステップＳ３へ処理を移行して上述した処理を繰り返す。

このように、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置は、マイコン１０からＤＡ変換器１２へ確認用デジタル値を入力する場合に、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８の入力チャンネルとを（直接的に）接続するＤＡ出力切換器２０を備え、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８の入力チャンネルとが接続された場合に、確認用デジタル値とＡＤ変換器８の変換したデジタル値とを比較することで、ＡＤ変換器８の故障を検出する構成とした。

これにより、確認用デジタル値とＡＤ変換器８の変換したデジタル値とを比較して、両者が対応したものであれば故障無しと判定し、両者が対応したものでなければＡＤ変換器の故障（ビット固着等）を検出することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することができる。

本実施形態のＡＤ動作チェック処理では、予め設定した電圧レベルのアナログ信号がＤＡ変換器１２から出力されるように、特定のビットパターンを示す確認用デジタル値を設定して、この確認用デジタル値を用いて、ＡＤ変換したデジタル値が正しい値であるかどうかを判定しているが、この確認用デジタル値のビットパターンを変更しながらＤＡ変換器１２に入力して、ビットパターンを変更した確認用デジタル値とＡＤ変換したデジタル値とを比較するようにしてもよい。

以下、本変形例のＡＤ動作チェック処理について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。図６のステップＳ３１では、マイコン１０から出力切換器２０に対して、”ＡＤ側”なる指示信号を出力する。ＤＡ出力切換器２０は、この指示信号を受けて、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルとＡＤ変換器８とが（直接的に）接続されるように切換る。ステップＳ３２では、カウンタＣｔ（初期値は”０”）に”１”を加えてインクリメントする。

ステップＳ３３では、特定のビットパターンを示す確認用デジタル値を設定、若しくは変更する。このステップＳ３３は、後述するステップＳ３６にて肯定判断される限り、カウンタＣｔがカウンタ最大値Ｃｍａｘ以上の値となるまでの間繰り返されることになるので、その繰り返されるごとに、確認用デジタル値のビットパターンを変更する。例えば、固着したビットの特定ができるように工夫されたビットパターンに変更するとよい。

ステップＳ３４では、ステップＳ３３にて設定、若しくは変更した確認用デジタル値をＤＡ変換器１２へ出力する。これにより、ＤＡ変換器１２では、マイコン１０から入力した確認用デジタル値をアナログ信号に変換し、その変換したアナログ信号がＤＡ出力切換器２０を介してＡＤ変換器８の入力チャンネルから入力されるようになる。

ステップＳ３５では、入力チャンネルから入力したアナログ信号をデジタル値に変換し、その変換したデジタル値をマイコン１０へ出力する。ステップＳ３６では、ステップＳ３５でＡＤ変換したデジタル値とステップＳ３３にて設定、若しくは変更した確認用デジタル値とを比較して、ＡＤ変換したデジタル値が正しい値を示すかどうかを判定する。

ステップＳ３６にて肯定判断した場合にはステップＳ３７へ処理を進める。一方、ステップＳ３６にて否定判断した場合には、ステップＳ３８にて故障フラグｆｇを”１”（故障有り）としたうえでステップＳ４０に処理を進める。ステップＳ３７では、カウンタＣｔの示す値が、予め設定されたカウンタ最大値Ｃｍａｘ以上の値であるかどうかを判断する。ここで、肯定判断した場合にはステップＳ３９にて故障フラグｆｇを”０”（故障無し）としてステップＳ４０に処理を進める。一方、否定判断した場合には、ステップＳ３２へ処理を移行し、上述した処理を繰り返す。

ステップＳ４０では、マイコン１０から出力切換器２０に対して、”ＶＣＯ側”なる指示信号を出力する。ＤＡ出力切換器２０は、この指示信号を受けて、ＤＡ変換器１２の出力チャンネルと電圧制御発振器１４とが接続されるように切換る。

以上のように、確認用デジタル値のビットパターンを変更しながらＤＡ変換器１２に入力して、ビットパターンを変更した確認用デジタル値とＡＤ変換したデジタル値とを比較することで、ＡＤ変換器８においてビット固着が発生した場合には、そのビット固着の検出とともに、固着したビットの特定が容易にできるようになる。

本実施形態におけるＦＭＣＷレーダ装置の全体構成を表すブロック図である。 ＦＭＣＷレーダ装置の動作を説明するためのタイムチャートである。 ＦＭＣＷレーダ装置の動作を説明するためのフローチャートである。 初期化処理を説明するためのフローチャートである。 ＡＤ動作チェック処理を説明するためのフローチャートである。 本実施形態の変形例に係わる、ＡＤ動作チェック処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

２ 送信回路
４ 受信回路
６ ミキサ（ＭＩＸ）
８ ＡＤ変換器
１０ マイクロコンピュータ
１２ ＤＡ変換器
１４ 電圧制御発振器
１６ 分配器
１８ タイマ
２０ ＤＡ出力切換器
ＡＳ 送信アンテナ
ＡＲ 受信アンテナ

Claims (5)

1. 入力チャンネルを１つのみ有し、その入力チャンネルから入力したアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換器の故障検出装置であって、
   デジタルデータをアナログ信号に変換するＤＡ変換器へ所定のデジタルデータを入力する場合に、前記ＤＡ変換器の出力チャンネルと前記ＡＤ変換器の入力チャンネルとを接続する接続手段を備え、
   前記ＤＡ変換器の出力チャンネルと前記ＡＤ変換器の入力チャンネルとが接続された場合に、前記所定のデジタルデータと前記ＡＤ変換器の変換したデジタルデータとを比較することで、前記ＡＤ変換器の故障を検出することを特徴とするＡＤ変換器の故障検出装置。
2. 前記所定のデジタルデータを前記ＤＡ変換器へ入力する際、前記所定のデジタルデータのビットパターンを変更しながら入力することを特徴とする請求項１記載のＡＤ変換器の故障検出装置。
3. 前記ＡＤ変換器は、前記ＤＡ変換器の変換したデジタルデータに基づいて生成し、送出したミリ波帯のレーダ波が対象物により反射された場合に、その反射レーダ波の受信信号を当該ＡＤ変換器によってデジタルデータに変換して、そのデジタルデータから前記対象物との距離及び相対速度を検出するミリ波レーダ装置において使用されるものであることを特徴とする請求項１又は２記載のＡＤ変換器の故障検出装置。
4. 前記ミリ波レーダ装置の電源投入後の初期化処理を実行するタイミングで、前記接続手段は前記ＤＡ変換器の出力チャンネルと前記ＡＤ変換器の入力チャンネルとを直接的に接続することを特徴とする請求項３記載のＡＤ変換器の故障検出装置。
5. 前記ＡＤ変換器が前記反射レーダ波の受信信号をデジタルデータに変換していないタイミングで、前記接続手段は前記ＤＡ変換器の出力チャンネルと前記ＡＤ変換器の入力チャンネルとを直接的に接続することを特徴とする請求項３記載のＡＤ変換器の故障検出装置。

Images