JP2009180737A - Millimeter wave transmitting/receiving module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ミリ波の電波を送受信する装置で用いられるミリ波送受信モジュールに関するものである。 The present invention relates to a millimeter wave transmission / reception module used in an apparatus for transmitting and receiving millimeter wave radio waves.
ミリ波の電波は、波長が1mm〜10mm、つまり周波数が30GHz〜300GHzの電波である。半導体技術の発達によりミリ波デバイスの低コスト化が進み、商用レベルでの実現が可能となったことから、ミリ波の実用化が通信や放送、センシングなど多岐に渡る分野で進められている。例えば、センシングの分野では、レーダ装置は、昼夜、天候を問わず安定したセンシング性能を維持できることから、車両の安全走行を支援するシステムでは、車両や障害物を検知するセンサとしてミリ波レーダの実用化が進められている(例えば特許文献1)。 The millimeter wave is a radio wave having a wavelength of 1 mm to 10 mm, that is, a frequency of 30 GHz to 300 GHz. With the development of semiconductor technology, the cost of millimeter-wave devices has been reduced, and commercialization has become possible. Therefore, the practical application of millimeter-wave has been promoted in various fields such as communication, broadcasting, and sensing. For example, in the field of sensing, radar devices can maintain stable sensing performance regardless of the day and night, and in systems that support safe driving of vehicles, millimeter-wave radar is practically used as a sensor for detecting vehicles and obstacles. (For example, Patent Document 1).
ところで、ミリ波の電波を送受信する装置で用いられるミリ波送受信モジュールでは、当該モジュールにおいて異常や故障を検知する機能を装備すれば、上位側処理系の負荷を軽減でき、また多種の異常や故障を特定することができ、適切な措置を迅速に採ることができるようになるが、回路規模の増大を招来し小型化という課題に逆行するという問題がある。 By the way, in the millimeter wave transmission / reception module used in a device that transmits and receives millimeter wave radio waves, if the module is equipped with a function for detecting an abnormality or failure, the load on the host processing system can be reduced, and various abnormalities and failures can be achieved. However, there is a problem that the circuit scale is increased and the problem of downsizing is adversely affected.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、小型化を図りつつ当該ミリ波送受信モジュールにおいて異常や故障を検知する機能を装備したミリ波送受信モジュールを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a millimeter-wave transceiver module equipped with a function of detecting an abnormality or failure in the millimeter-wave transceiver module while reducing the size.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ミリ波の電波を送受信するレーダの送受信アンテナに接続される高周波回路と、前記高周波回路に送信電波を発生させ、前記高周波回路から入力する受信信号を処理する信号処理回路と、前記高周波回路を流れるドレイン電流を検出する電流モニタと、前記高周波回路の周囲温度を検出する周囲温度モニタと備えるミリ波送受信モジュールにおいて、運用時に、前記電流モニタの検出電流値から送信電力値を求め、少なくとも、その求めた送信電力値が、前記周囲温度モニタの検出温度において規定の上限値及び下限値の範囲内にあるか否かを判断する送信電力監視手段と備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a high-frequency circuit connected to a transmission / reception antenna of a radar that transmits and receives millimeter-wave radio waves, generates a transmission radio wave in the high-frequency circuit, and In a millimeter wave transmission / reception module comprising a signal processing circuit for processing a received signal input from, a current monitor for detecting a drain current flowing through the high frequency circuit, and an ambient temperature monitor for detecting an ambient temperature of the high frequency circuit, during operation, A transmission power value is obtained from the detected current value of the current monitor, and at least it is determined whether or not the obtained transmission power value is within a range between a predetermined upper limit value and a lower limit value at the detected temperature of the ambient temperature monitor. A transmission power monitoring means is provided.
本発明によれば、運用時に、前記電流モニタの検出電流値から送信電力値を求め、この送信電力値に基づいて送信電力異常を検出することができ、上位処理系の監視負担を軽減することができるという効果を奏する。 According to the present invention, during operation, a transmission power value can be obtained from the detected current value of the current monitor, a transmission power abnormality can be detected based on the transmission power value, and the monitoring burden on the host processing system can be reduced. There is an effect that can be.
以下に図面を参照して、この発明にかかるミリ波送受信モジュールの好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a millimeter-wave transceiver module according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施の形態であるミリ波送受信モジュールの構成を示すブロック図である。なお、ここでは、FMCW(周波数変調連続波:Frequency Modulated Continuous Wave)ミリ波レーダへの適用例について説明する。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a millimeter wave transceiver module according to an embodiment of the present invention. Here, an application example to an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) millimeter wave radar will be described.
図1に示すミリ波送受信モジュールは、FMCWレーダが備える送信アンテナ1と受信アンテナ2とが接続される高周波回路3と、高周波回路3に接続される専用集積回路(ASIC)4とを備えている。ASIC4には、信号処理回路5とバイアス回路6とが一体的に集積回路化されている。
The millimeter wave transmission / reception module shown in FIG. 1 includes a high-
高周波回路3は、本来的な基本要素として、信号処理回路4から送信指令(三角波電圧信号)を受けてFMCW信号を発生する電圧制御発振器(以降「VCO」と記す)31と、VCO31が出力するFMCW信号の一部を送信アンテナ1に与え、残りをミキサ33にローカル信号として与える方向性結合器32と、受信アンテナ2の受信信号を前記ローカル信号によって周波数変換するミキサ33と、ミキサ33の変換出力を増幅し受信信号として信号処理回路4に与えるビデオ増幅器34とを備えている。
The high-
信号処理回路5は、FMCWレーダにおける送信処理と計測処理等を行う主回路部(以降「マイコン」と記す)51と、マイコン51からの送信指令(三角波電圧信号)をアナログ信号に変換し高周波回路3のVCO31に与えるD/A変換器52と、高周波回路3のビデオ増幅器34からの受信信号をデジタル信号に変換しマイコン51に与えるA/D変換器53とを備えている。
The signal processing circuit 5 converts a transmission command (triangular wave voltage signal) from the main circuit unit (hereinafter referred to as “microcomputer”) 51 that performs transmission processing and measurement processing in the FMCW radar into an analog signal, and converts it into an analog signal. 3, a D /
まず、この発明の理解を容易にするため、FMCWレーダの計測動作について概略説明する。FMCWレーダの計測処理系は、基本的には、送信アンテナ1と受信アンテナ2とが接続される高周波回路3と信号処理回路5とで構成される。
First, in order to facilitate understanding of the present invention, the measurement operation of the FMCW radar will be outlined. The measurement processing system of the FMCW radar basically includes a high-
すなわち、VCO31は、信号処理回路5から三角波電圧信号を受けて、周波数が、一定期間内時間と共に上昇する上昇変調信号と一定期間内時間と共に下降する下降変調信号とからなるFMCW信号を発生する。このFMCW信号の一部が方向性結合器32から送信アンテナ1に供給され、送信アンテナ1からミリ波電波が目標物に向けて照射される。また、残りのFMCW信号はローカル信号としてミキサ33に供給される。なお、このFMCW信号は、例えば70GHz帯のミリ波信号である。
That is, the
受信アンテナ2に捕捉された目標物での反射波は、受信信号としてミキサ33に入力する。ミキサ33は、受信アンテナ2からの受信信号と方向性結合器32からのローカル信号とをミキシングし、両者の周波数差を周波数に持つビート信号を出力する。このビート信号は、ビデオ増幅器34にて適宜レベルに増幅され、A/D変換器53を介してマイコン51に入力される。マイコン51は、入力したビート信号における上昇変調期間での周波数と下降変調期間での周波数とから、目標物体までの距離と目標物体の移動速度とを求める。
The reflected wave at the target captured by the
さて、高周波回路3では、送信系(方向性結合器32など)と受信系(ミキサ33、ビデオ増幅器34など)は、それぞれ複数のMMICで構成されている。また、VCO31は、70GHz帯のミリ波信号を例えば19GHzから多段に逓倍して生成するために複数のMMICが使用されている。この高周波回路3を構成する多数のMMICの各ゲート電圧は、MMIC個々のばらつきに応じたバイアス調整を必要とする。また、ドレイン電圧には、温度補償を必要とする。特に、VCO31を構成する複数のMMICについてのドレイン電圧の温度補償は、実際の動作過程において周囲温度に影響されず一定した送信電力を得るのに重要である。また、実際の動作過程において高周波回路3を構成する多数のMMICの正常性を確認できるようにする必要がある。そのようなバイアス電圧調整系および異常監視系を、この実施の形態においては、マイコン51を含めて次のように構成している。
In the high-
すなわち、高周波回路3の直近部には、MMICを流れるドレイン電流を検出する電流モニタ35と、当該高周波回路3の周囲温度を検出する周囲温度モニタ36と、MMICの接合部上限温度をモニタするデバイス(以降「DVC」と記す)温度モニタ37とが設けられている。電流モニタ35は、例えば図2に示すように構成されるが、その検出出力は、バイアス回路6を介してマイコン51に入力される。周囲温度モニタ36は、例えばサーミスタと抵抗素子を組み合わせた分圧回路で構成され、検出温度値を電圧信号に変換して出力するが、その検出出力は、同様にバイアス回路6を介してマイコン51に入力される。また、DVC温度モニタ37は、各MMICの直近に配置されるが、その検出出力は、同様にバイアス回路6を介してマイコン51に入力される。
That is, in the immediate vicinity of the
そして、マイコン51には、上記したFMCWレーダにおける送信処理と計測処理等を行う機能に加えて、バイアス回路6を介して入力される周囲温度モニタ36と電流モニタ35の各出力に基づき各MMICのバイアス電圧を調整設定し、それをバイアス回路6から各MMICに供給させる機能と、実際の動作過程においてバイアス回路6を介して入力される電流モニタ35と周囲温度モニタ36とDVC温度モニタ37の各出力に基づき高周波回路3を構成する多数のMMICの正常性や送信電力を確認する異常監視機能(図2参照)とが追加されている。したがって、バイアス回路6は、この実施の形態では、図2に示すように、高周波回路3のMMICとマイコン51との間のいわゆるインタフェース機能を持つものとして構成されている。
In addition to the functions for performing the transmission processing and measurement processing in the FMCW radar described above, the
以下、図2〜図12を参照して、この実施の形態によるバイアス調整系および異常監視系の構成と動作について説明する。まず、図2を参照して、構成について説明する。図2は、図1に示すミリ波送受信モジュールにおけるバイアス調整系および異常監視系の構成例を示すブロック図である。ここで、バイアス電圧の調整は、送信系のMMIC群と、受信系のMMIC群と、VCO31における周波数逓倍系のMMIC群との3系統に分けて実施される。この3系統のMMIC群毎に図2に示すバイアス調整系が設けられている。また、動作過程での異常監視も3系統のMMIC群毎に行われるが、これはマイコン51において、図2に示すバイアス調整系を利用して実施される。
The configuration and operation of the bias adjustment system and the abnormality monitoring system according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. First, the configuration will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a bias adjustment system and an abnormality monitoring system in the millimeter wave transmission / reception module shown in FIG. Here, the adjustment of the bias voltage is performed in three systems, that is, a transmission MMIC group, a reception MMIC group, and a frequency multiplication MMIC group in the
図2おいて、マイコン51は、ドレイン電圧の設定処理とゲート電圧のバイアス調整設定処理と異常監視時に各モニタの出力値を取り込み演算等を行う制御処理部54と、制御処理部54が指示するドレイン電圧を出力するドレイン設定電圧出力部55と、制御処理部54がドレイン電圧の設定処理を行う際に参照する温度データテーブルとゲート電圧のバイアス調整および送信電力の監視を行う際のデータ領域が設けられ、また異常監視時に必要な各種のデータが格納されるメモリ56と、制御処理部54が指示するゲート電圧を出力するゲート設定電圧出力部57と、制御処理部54の処理結果に基づき異常判定を行う異常判定処理部58と、異常判定処理部58の異常判定結果を外部や上位の処理系に報知する異常結果出力部59とを備えている。異常判定処理部58は、制御処理部54を介してメモリ56を利用するようになっている。
In FIG. 2, the
バイアス回路6は、入力段にD/A変換器を備えるドレインバイアス用レギュレータ61と、A/D変換器62,63,64と、D/A変換器65−1〜65−nとを備えている。高周波回路3は、上記した3つのMMIC群の1つであるMMIC40−1〜40−nとを備えている。また、高周波回路3の直近部には、周囲温度モニタ36およびDVCモニタ37が設けられている。電流モニタ35は、シャント抵抗素子38と電圧比較回路39とで構成されている。なお、シャント抵抗素子38の抵抗値は、既知であるが、その値は小さい。
The
ドレイン設定電圧出力部55の出力は、ドレインバイアス用レギュレータ61に与えられる。ドレインバイアス用レギュレータ61の出力は、シャント抵抗素子38を介してMMIC40−1〜40−nの各ドレイン電極Dに共通に与えられる。シャント抵抗素子38の両端電圧は、電圧比較回路39に入力され、電圧比較回路39の出力は、A/D変換器62を介して制御処理部54に入力されている。また、周囲温度モニタ36の出力は、A/D変換器63を介して制御処理部54に入力されている。また、DVC温度モニタ37の出力は、A/D変換器64を介して制御処理部54に入力されている。そして、ゲート設定電圧出力部57の出力端にはD/A変換器65−1〜65−nが並列に接続され、D/A変換器65−1〜65−nの各出力は、MMIC40−1〜40−nの対応するゲート電極Gに印加されるようになっている。
The output of the drain setting
バイアス調整系の動作について説明する。まず、図2を参照してドレイン電圧の設定について説明する。ドレイン電圧は、図2に示すように、同じMMIC群について共通に同値として設定されるが、高周波回路3内の周囲温度を考慮する必要があるので、ドレイン電圧の設定処理は、製品出荷後も定期的に行われる。そのため、メモリ56には、予め、温度値とそれに対する設定電圧値との関係を示す温度データテーブルが格納されている。
The operation of the bias adjustment system will be described. First, the setting of the drain voltage will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the drain voltage is commonly set to the same value for the same MMIC group. However, since it is necessary to consider the ambient temperature in the high-
図2において、周囲温度モニタ36が検出した周囲温度値は、A/D変換器63を介して制御処理部54に入力される。制御処理部54は、定期的にA/D変換器63の出力値をサンプリングし、周囲温度値を求める。周囲温度モニタ36が検出した周囲温度値は、上記したように電圧値になっているので、制御処理部54は、A/D変換器63の出力値(電圧値)と分圧回路への印加電圧とからサーミスのタ抵抗値Rを求め、次の式(1)を用いて周囲温度値Tを求める。
R=R0×exp{B×[(1/T)−(1/T0)]} ・・・(1)
但し、式(1)において、R0は室温(25度)での既知抵抗値、Bは温度パラメータ、T0は室温(25度)である。
In FIG. 2, the ambient temperature value detected by the ambient temperature monitor 36 is input to the
R = R 0 × exp {B × [(1 / T) − (1 / T 0 )]} (1)
In Equation (1), R 0 is a known resistance value at room temperature (25 degrees), B is a temperature parameter, and T 0 is room temperature (25 degrees).
制御処理部54は、周囲温度値を求めると、メモリ56からその周囲温度値に対応する設定電圧値を読み取り、それをドレイン設定電圧出力部55に与える。これによって、ドレイン設定電圧出力部55から設定電圧データがドレインバイアス用レギュレータ61に出力され、ドレインバイアス用レギュレータ61からMMIC40−1〜40−nの各ドレイン電極Dに周囲温度を考慮したドレイン電圧が印加される。
When obtaining the ambient temperature value, the
また、ゲート電圧のバイアス調整は、製品出荷時の調整試験工程の一部として、図3に示すようにして行われる。なお、図3は、図2に示すバイアス調整系によるゲート電圧の設定をあるMMIC群における1つのMMICについて行う場合を説明する図である。 Further, the bias adjustment of the gate voltage is performed as shown in FIG. 3 as a part of the adjustment test process at the time of product shipment. FIG. 3 is a diagram for explaining a case where the gate voltage is set by the bias adjustment system shown in FIG. 2 for one MMIC in a certain MMIC group.
図2において、MMIC40−1〜40−nの各ゲート電圧のバイアス調整は、MMIC40−1からMMIC40−nまで順々に行う。上記のようにMMIC40−1〜40−nの各ドレイン電極Dにドレイン電圧が印加されると、電流モニタ35では、シャント抵抗素子38の両端にドレイン電流による降下電圧が現れ、電圧比較回路39にてシャント抵抗素子38の両端電圧Vが求められる。この電圧Vは、A/D変換器62を介して制御処理部54に入力される。制御処理部54は、メモリ56に記憶されているシャント抵抗素子38の抵抗値Rを読み出し、ドレイン電流IをI=V÷Rの演算を行って求める。
In FIG. 2, the bias adjustment of the gate voltages of the MMICs 40-1 to 40-n is sequentially performed from the MMIC 40-1 to the MMIC 40-n. When a drain voltage is applied to each drain electrode D of the MMICs 40-1 to 40-n as described above, in the
図3において、制御処理部54は、まず、MMIC40−1に対するゲート電圧出力指令をゲート設定電圧出力部57に発行する。ゲート設定電圧出力部57が出力するゲート電圧値は、D/A変換器64−1を介してMMIC40−1のゲート電極Gの印加されるが、ゲート設定電圧出力部57は、制御処理部54から中止指令が入力するまで、MMIC40−1のゲート電極Gへの印加電圧を徐々に増加させる。MMIC40−1のドレイン電流Iの変化分ΔIには、許容範囲71が定められている。制御処理部54は、上記のように電流モニタ35の検出信号からドレイン電流Iの変化を監視し、ドレイン電流Iの変化分ΔIを求め、ドレイン電流Iの変化分ΔIが許容範囲71内に収まることを検出すると、ゲート設定電圧出力部57に中止指令を発行する。ゲート設定電圧出力部57は、制御処理部54から中止指令が入力すると、そのときの設定電圧値72を決定値として保持する。
In FIG. 3, the
制御処理部54は、上記のように決定したゲート設定電圧値をMMIC40−1のゲート電極Gに印加した状態で、上記と同様の手順でMMIC40−2について実施する。次のMMIC40−3についても上記のように決定したゲート設定電圧値をMMIC40−1およびMMIC40−2の各ゲート電極Gに印加した状態で同様に実施する。以降、最終のMMIC40−nまでの各ゲート電圧を、以前の各MMICにゲート電圧設定値を印加した状態で順々に設定する。
The
このようにして、制御処理部54は、3系統のMMIC群についてドレイン電圧とゲート電圧のバイアス設定処理を行う。次に、図4〜図12を参照して、実際の動作過程での異常監視動作について説明する。この実施の形態では、(1)電流モニタ35と周囲温度モニタ36による送信電力の監視(図4〜図6)と、(2)電流モニタ35によるドレイン電流の監視(図7、図8)と、(3)周囲温度モニタ36によるドレイン電圧の監視(図9、図10)と、(4)周囲温度モニタ36およびDVCモニタ37によるMMICの周囲温度の監視(図11、図12)とが行えるようになっている。
In this manner, the
(1)送信電力の監視では、FMCWレーダの送信電力が、電波法や仕様で定める基準内に入っているか否か、レーダシステムとしての検出性能を維持できる範囲内であるか否かを監視する。この実施の形態では、FMCWレーダの送信電力を実際にモニタするのではなく、図4〜図6に示すように、電流モニタ35のモニタ結果を使用して送信電力の正常性を判定する。図4は、送信電力の監視動作を説明するフローチャートである。図5は、図4に示す送信電力の低下および増大の電流式しきい値を求める処理手順の内容を説明する図である。図6は、図4に示す正常であるか否かの判断手順の内容を説明する図である。なお、送信電力に影響を与えるMMICは、VCO31を構成する周波数逓倍系のMMIC群である。送信電力の監視では、周波数逓倍系のMMIC群を流れるコレクタ電流の総和を電流モニタ35から取り込んで判定することになる。
(1) In transmission power monitoring, it is monitored whether or not the transmission power of the FMCW radar is within the standards defined by the Radio Law and specifications, and whether or not the detection performance as a radar system can be maintained. . In this embodiment, the transmission power of the FMCW radar is not actually monitored, but the normality of the transmission power is determined using the monitoring results of the
図4において、制御処理部54は、電流モニタ35の出力を読み込み(ステップST1)、電力値を求め(ステップST2)、異常判定処理部58に与える。前述したように、電流モニタ35の出力値は、電圧比較回路39が変換した電圧値Vであるが、シャント抵抗素子38の抵抗値Rは既知であるので、コレクタ電流Iは、I=V÷Rの演算によって求まるので、電力値VIが求まる。
In FIG. 4, the
異常判定処理部58は、制御処理部54から電力値を受け取ると、メモリ57を参照して電力に関する法規事項を取り込み、法規違反でないか否かを判断する(ステップST3)。そして、法規違反でない場合(ステップST3:No)は、メモリ57を参照して電力に関する仕様事項を取り込み、仕様違反でないか否かを判断する(ステップST4)。異常判定処理部58は、法規違反である場合(ステップST3:Yes)、または、仕様違反である場合(ステップST4:Yes)は、異常結果出力部59に指示を出して送信電力異常を外部に報知させ(ステップST5)、判断した異常状態が所定時間(例えば10分)以上継続するか否かを監視する(ステップST6)。
When the abnormality
異常判定処理部58は、判断した異常状態が所定時間以上継続しない場合(ステップST6:No)は、問題ないとして異常判定処理を終了するが、判断した異常状態が所定時間以上継続する場合(ステップST6:Yes)は、レーダシステムとしての動作エラー発生を回避するため当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止し(ステップST7)、周囲温度異常に起因する他の異常が発生しているか否かを判断する(ステップST8)。周囲温度異常に起因する他の異常には、ドレイン電流やドレイン電圧の過大異常、接合部温度異常などがあり、それぞれの監視ルーチンにて判定される。
If the determined abnormal state does not continue for a predetermined time or longer (step ST6: No), the abnormality
異常判定処理部58は、周囲温度異常に起因する他の異常が発生していない場合(ステップST8:No)、つまり、法規違反のみ、仕様違反のみである場合は、修理が必要であるとして異常判定処理を終了する。一方、他の異常が発生している場合(ステップST8:Yes)は、その原因である周囲温度異常の解消を待って当該ミリ波送受信モジュールを再起動し(ステップST9)、異常判定処理を終了する。なお、「周囲温度異常」とは、周囲温度の上下限異常であり、接合部温度の監視ルーチンにて判定される。
The abnormality
また、異常判定処理部58は、制御処理部54から受け取った電力値が、法規違反でなく(ステップST3:No)、かつ仕様違反でない(ステップST4:No)場合は、周囲温度モニタ36の出力取り込みを定期的に行っている制御処理部54から現周囲温度値を取得し(ステップST10)、図5に示す手順で、送信電力の低下しきい値と増大しきい値とを求め(ステップST11)、図6に示す手順で、現送信電力の正常性、つまりレーダシステムとしての検出性能が維持できる電力であるか否かを判断する(ステップST12)。図5と図6を参照して説明する。
In addition, the abnormality
図5において、メモリ56には、予め、図5(a)に示すドレイン電流Iと周囲温度Tとの関係特性80と、図5(b)に示す送信電力Pと周囲温度Tとの関係特性81とが格納されている。図5(a)(b)では、周囲温度Tの測定点は、説明の便宜からT1,T2,T3の3ポイントとなっている。
In FIG. 5, the
異常判定処理部58は、図5(b)に示す関係特性81に対し、送信電力が、例えば30%増大した場合の関係特性82と30%低下した場合の関係特性83とを求める。次いで、例えば、周囲温度モニタ36が検出した周囲温度が温度T2であった場合、送信電力増大時の関係特性82での周囲温度T2に対応する関係特性81での温度Ta(Ta<T2)を求め、また送信電力低下時の関係特性81での周囲温度T2に対応する関係特性81での温度Tb(Tb>T2)を求める。そして、図5(c)に示すように、異常判定処理部58は、求めた温度Ta,Tbを図5(a)に示す関係特性80に適用し、送信電力低下電流しきい値84と送信電力電流増大しきい値85を求める。同様にして、周囲温度T1,T3における送信電力低下電流しきい値と送信電力電流増大しきい値を求め、図6に示す手順で異常判定を行う。
The abnormality
図6において、周囲温度T1,T2,T3は、周囲温度モニタ36が検出した周囲温度値である。電流値I1,I2,I3は、電流モニタ35が検出した電流値である。送信電力P1,P2,P3は、電流モニタ35が検出した電流値から換算した電力値である。送信電力低下電流しきい値I1.max,I2.max,I3.max、および送信電力増大電流しきい値I1.min,I2.min,I3.minとは、図5にて説明した手順で求めた送信電力低下電流しきい値84、および送信電力増大電流しきい値85である。
In FIG. 6, the ambient temperatures T1, T2, and T3 are ambient temperature values detected by the
周囲温度T1,T2,T3の各測定点において、上記のようにして求めた低下電流しきい値と増大電流しきい値とを用いて送信電力の正常性を判断する。すなわち、n=1、2、3とした場合、In(電流値)>In,max(送信電力低下低下しきい値)であるときは、送信電力低下異常と判定する。In,min(送信電力増大しきい値)≦In≦In,maxであるときは、送信電力正常と判定する。In<In,minであるときは、送信電力増大異常と判定する。このようにして現周囲温度値において測定されたドレイン電流値から換算した送信電力についてその正常性を判断する。 At each measurement point of the ambient temperature T1, T2, T3, the normality of the transmission power is determined using the reduced current threshold value and the increased current threshold value obtained as described above. That is, when n = 1, 2, and 3, when In (current value)> In, max (transmission power decrease threshold), it is determined that the transmission power decrease is abnormal. When In, min (transmission power increase threshold) ≦ In ≦ In, max, it is determined that the transmission power is normal. When In <In, min, it is determined that the transmission power increase is abnormal. Thus, the normality of the transmission power converted from the drain current value measured at the current ambient temperature value is determined.
さて、図4のステップST12において、異常判定処理部58は、電流モニタ35のモニタ結果から得られた送信電力が正常範囲値であると判断した場合(ステップST12:Yes)は、異常判定処理を終了するが、正常範囲値でないと判断した場合(ステップST12:No)は、異常結果出力部59に指示を出して送信電力異常を上位の処理系に報知し(ステップST13)、送信電力異常が所定期間(例えば10分)以上継続するか否かを監視する(ステップST14)。
Now, in step ST12 of FIG. 4, when the abnormality
異常判定処理部58は、判断した異常状態が所定時間以上継続しない場合(ステップST14:No)は、問題ないとして異常判定処理を終了するが、判断した異常状態が所定時間以上継続する場合(ステップST14:Yes)には、レーダシステムとしての動作エラー発生等を回避するため当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止し(ステップST15)、周囲温度異常に起因する他の異常が発生しているか否かを判断する(ステップST16)。他の異常が発生していない場合(ステップST16:No)、つまり、法規違反でもなく、仕様違反でもなく、送信電力の増大・減少のみである場合は、上位処理系の判定に従うとして異常判定処理を終了する。一方、他の異常が発生している場合(ステップST16:Yes)は、その原因である周囲温度異常の解消を待って当該ミリ波送受信モジュールの再起動し(ステップST9)、異常判定処理を終了する。
When the determined abnormal state does not continue for a predetermined time or more (step ST14: No), the abnormality
(2)次に、ドレイン電流の監視では、MMICの短絡故障や特性異常、周囲温度が定格値を超えた場合などによって過大電流が流れることがあるので、過大電流の発生有無を監視する。図7は、ドレイン電流と周囲温度との関係を示す特性図である。図8は、ドレイン電流の監視動作を説明するフローチャートである。 (2) Next, in the monitoring of the drain current, since an excessive current may flow due to a short circuit failure or characteristic abnormality of the MMIC, or when the ambient temperature exceeds the rated value, the presence or absence of the excessive current is monitored. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between drain current and ambient temperature. FIG. 8 is a flowchart for explaining the drain current monitoring operation.
制御処理部54は、周囲温度モニタ36のモニタ結果に応じてドレイン電圧を調整設定するので、周囲温度が高くなると設定するドレイン電圧も高くなる。したがって、図7に示すように、ドレイン電圧の増加に応じてドレイン電流は、MMICの周囲温度の上昇に伴い増大する特性を持っている。この実施の形態では、周囲温度が規定値範囲内のある温度T(例えば室温25度)において、ある系統のMMIC群における絶対最大定格の総和としての上限電流値Imaxを定めてメモリ56に設定し、図8に示す手順で、過大電流の発生有無を監視する。
Since the
図8において、制御処理部54は電流モニタ35の出力を取り込み、ドレイン電流値Iを求め、異常判定処理部58に渡す(ステップST21)。異常判定処理部58は、制御処理部54から受け取ったドレイン電流値Iがメモリ56に格納してある上限電流値Imaxを超えているか否かを判定する(ステップST22)。その結果、異常判定処理部58は、I≦Imaxである場合(ステップST22:No)は、ドレイン電流の監視処理を終了するが、I>Imaxである場合(ステップST22:Yes)は、異常結果出力部59に指示を出して送信電力異常を外部に報知し(ステップST23)、ドレイン電流過大異常が所定期間(例えば10分)以上継続するか否かを監視する(ステップST24)。
In FIG. 8, the
異常判定処理部58は、判断した異常状態が所定時間以上継続しない場合(ステップST24:No)は、問題ないとして異常判定処理を終了するが、判断した異常状態が所定時間以上継続する場合(ステップST24:Yes)は、故障発生を回避するために当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止し(ステップST25)、周囲温度異常に起因する他の異常が発生しているか否かを判断する(ステップST26)。ここでの周囲温度異常に起因する他の異常は、ドレイン電圧過大異常、MMICの接合部温度異常などである。周囲温度異常に起因する他の異常が発生していない場合(ステップST26:No)、つまり、ドレイン電流過大異常のみである場合は、修理が必要であるとして異常判定処理を終了する。一方、周囲温度異常に起因する他の異常が発生している場合(ステップST26:Yes)は、その異常の原因である周囲温度異常の解消を待って当該ミリ波送受信モジュールの再起動し(ST27)、異常判定処理を終了する。
If the determined abnormal state does not continue for a predetermined time or more (step ST24: No), the abnormality
(3)次に、ドレイン電圧の監視では、ドレインバイアス用レギュレータ61の短絡故障やMMICの特性異常、周囲温度が定格値を超えた場合などに過大のドレイン電圧が発生することがあるので、過大電圧の発生有無を監視する。また、MMICに短絡故障が発生すると、ドレイン電圧の過大低下が発生することがあるので、そのドレイン電圧の過大低下も監視する。図9は、ドレイン電圧と周囲温度との関係を示す特性図である。図10は、ドレイン電圧の監視動作を説明するフローチャートである。なお、図10では、ドレイン電圧の過大異常を監視する場合について示している。
(3) Next, in monitoring the drain voltage, an excessive drain voltage may occur when the
制御処理部54は、周囲温度モニタ36のモニタ結果に応じてドレイン電圧を調整設定するので、周囲温度が高くなると設定するドレイン電圧も高くなる。したがって、図9に示すように、ドレイン電圧は、MMICの周囲温度の上昇に伴い増大する特性を持っている。この実施の形態では、周囲温度が規定値範囲内のある温度T(例えば室温25度)において、ある系統のMMIC群への最大印加電圧(絶対最大定格値)としての上限電圧値Vmaxを定めてメモリ56に設定し、図10に示す手順で、過大電圧の発生有無を監視する。したがって、ドレイン電圧の過大低下発生有無を監視する場合は、下限電圧値を定めてメモリ56に設定すればよい。
Since the
図10において、制御処理部54は周囲温度モニタ36の出力を取り込み(ステップST31)、メモリ36からその周囲温度値に対応するドレイン電圧値Vを取り出して再設定を行い、その再設定したドレイン電圧値Vを異常判定処理部58に渡す(ステップST32)。異常判定処理部58は、制御処理部54から受け取ったドレイン電圧値Vがメモリ56に格納されている上限電圧値Vmaxを超えているか否かを判定する(ステップST33)。その結果、異常判定処理部58は、V≦Vmaxである場合(ステップST33:No)は、問題ないとしてドレイン電圧の監視処理を終了するが、V>Vmaxである場合(ステップST33:Yes)は、異常結果出力部59に指示を出してドレイン電圧上限異常を外部に報知し(ステップST34)、そのドレイン電圧上限異常が所定期間(例えば10分)以上継続するか否かを監視する(ステップST35)。
In FIG. 10, the
異常判定処理部58は、判断した異常状態が所定時間以上継続しない場合(ステップST35:No)は、問題ないとして異常判定処理を終了するが、判断した異常状態が所定時間以上継続する場合(ステップST35:Yes)は、故障発生を回避するために当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止し(ステップST36)、周囲温度異常に起因する他の異常が発生しているか否かを判断する(ステップST37)。ここでの周囲温度異常に起因する他の異常は、ドレイン電流過大異常、MMICの接合部温度異常である。周囲温度異常に起因する他の異常が発生していない場合(ステップST37:No)、つまり、ドレイン電圧過大異常のみである場合は、修理が必要であるとして異常判定処理を終了する。一方、周囲温度異常に起因する他の異常が発生している場合(ステップST37:Yes)は、その周囲温度異常の解消を待って当該ミリ波送受信モジュールの再起動し(S38)、異常判定処理を終了する。
If the determined abnormal state does not continue for a predetermined time or longer (step ST35: No), the abnormality
(4)次に、MMICの周囲温度の監視では、周囲温度が定格値を超えた場合は、MMICの接合部温度が最大値を超えて上昇し、また周囲温度が定格値の範囲内にある場合でもMMICの特性異常などによってMMICの接合部温度が最大値を超えて上昇することがあるので、MMICが故障しないように周囲温度を監視する。このMMICの周囲温度の監視では、ドレイン電流やドレイン電圧の監視では、検知できない周囲温度異常も監視することができる。図11は、MMICの接合部温度が最大値を超えるか否かを調べる手順処理を説明する図である。図12は、MMICの周囲温度の監視動作を説明するフローチャートである。 (4) Next, in the monitoring of the ambient temperature of the MMIC, if the ambient temperature exceeds the rated value, the junction temperature of the MMIC rises above the maximum value, and the ambient temperature is within the rated value range. Even in such a case, the junction temperature of the MMIC may rise beyond the maximum value due to abnormal characteristics of the MMIC, so the ambient temperature is monitored so that the MMIC does not fail. In the monitoring of the ambient temperature of the MMIC, an ambient temperature abnormality that cannot be detected by monitoring the drain current or drain voltage can be monitored. FIG. 11 is a diagram for explaining a procedure process for checking whether or not the junction temperature of the MMIC exceeds the maximum value. FIG. 12 is a flowchart for explaining the monitoring operation of the ambient temperature of the MMIC.
図11では、縦軸にMMICの周囲温度が示され、横軸にMMICの接合部温度が示されている。図11に示すように、MMICの周囲温度の監視では、周囲温度モニタ36がモニタした温度値87は定格値の範囲内にあり、周囲温度上限異常ではないが、DVC温度モニタ37がモニタした温度値88が規定値を超えている場合は、MMICの接合部温度が最大接合部温度Tj.maxを超えている可能性が大きいので、メモリ56に最大接合部温度Tj.maxを設定し、例えば図12に示す手順でそれを監視する。
In FIG. 11, the vertical axis indicates the ambient temperature of the MMIC, and the horizontal axis indicates the junction temperature of the MMIC. As shown in FIG. 11, in the monitoring of the ambient temperature of the MMIC, the
図12において、制御処理部54は周囲温度モニタ36の出力を取り込み、その周囲温度値を異常判定処理部58に渡す(ステップST41)。異常判定処理部58は、制御処理部54から受け取った周囲温度値がメモリ56に格納されている周囲温度値の定格値範囲内にあるか否かを判定する(ステップST42)。
In FIG. 12, the
異常判定処理部58は、制御処理部54から受け取った周囲温度値が定格値範囲内にある場合(ステップST42)は、制御処理部54にDVC温度モニタ37の出力を取り込む指示を出し、制御処理部54から受け取ったDVC温度モニタ37の出力が定格値を超えているか否か判定する(ステップST43)。その結果、DVC温度モニタ37の出力が定格値を超えていない場合(ステップST43:No)は、異常判定処理部58は、問題ないとして異常監視処理を終了する。
When the ambient temperature value received from the
一方、DVC温度モニタ37の出力が定格値を超えている場合(ステップST43:Yes)は、異常判定処理部58は、MMICの接合部温度Tjを、
Tj=Ta+θja×P ・・・(2)
なる式(2)を用いて計算する(ステップST44)。なお、式(2)において、Taはモニタした周囲温度、θjaは熱抵抗、PはMMICの消費電力である。
On the other hand, when the output of the DVC temperature monitor 37 exceeds the rated value (step ST43: Yes), the abnormality
Tj = Ta + θja × P (2)
It calculates using the following formula (2) (step ST44). In equation (2), Ta is the monitored ambient temperature, θja is the thermal resistance, and P is the power consumption of the MMIC.
異常判定処理部58は、計算した接合部温度Tjがメモリ56に格納されている最大接合部温度Tj.maxを超えるか否かを判定する(ステップST45)。その結果、計算した接合部温度Tjが最大接合部温度Tj.maxを超えていない場合(ステップST45:No)は、異常判定処理部58は、問題ないとして異常監視処理を終了する。
The abnormality
一方、計算した接合部温度Tjが最大接合部温度Tj.maxを超えている場合(ステップST45:Yes)は、異常判定処理部58は、異常結果出力部59に指示を出して接合部上限異常を外部に報知する(ステップST46)。そして、周囲温度が正常である場合に生じたので、当該送受信モジュールの動作を停止し(ステップST47)、修理に委ねるとして異常監視処理を終了する。
On the other hand, the calculated junction temperature Tj is equal to the maximum junction temperature Tj. When it exceeds max (step ST45: Yes), the abnormality
また、先のステップST42において、周囲温度が定格値範囲の上下に外れている場合(ステップST:No)は、異常判定処理部58は、異常結果出力部59に指示を出して周囲温度の上限・下限異常を外部に報知し(ステップST48)、周囲温度の上限・下限異常が所定時間(例えば10分)以上継続するか否かを監視する(ステップST49)。そして、異常判定処理部58は、周囲温度の上限・下限異常が所定時間以上継続しない場合(ステップST49:No)は、問題ないとして異常監視処理を終了するが、周囲温度の上限・下限異常が所定時間以上継続する場合(ステップST49:Yes)は、故障発生を回避するために当該送受信モジュールの動作を停止し(ステップST50)、周囲温度異常が解消するのを待機し(ステップST51)、周囲温度異常が解消すると(ステップST51:Yes)、当該送受信モジュールを再起動し(ステップST52)、異常監視処理を終了する。
Further, in the previous step ST42, when the ambient temperature is out of the rated value range (step ST: No), the abnormality
なお、周囲温度モニタ36、DVC温度モニタ37は、サーミスタを高周波回路3の直近部に設けるとして説明したが、高周波回路3の内部に設けてもよいことは言うまでもない。周囲温度モニタ36、DVC温度モニタ37を高周波回路3の内部に設けると、高周波回路3の周囲温度値、DVC温度値をより正確に検出することができる。また、電流モニタ35の設置箇所も高周波回路3の内外を問わないことは当然である。
Although the ambient temperature monitor 36 and the DVC temperature monitor 37 have been described as providing the thermistor in the immediate vicinity of the
このように、この実施の形態によれば、当該ミリ波送受信モジュール自体において、当該ミリ波送受信モジュールを用いる装置の特性指標を与える送信電力、当該ミリ波送受信モジュールにおけるMMICのドレイン電流、ドレイン電圧および接合部温度をそれぞれ監視し、異常を検知すると報知することができるので、上位処理系の監視負担を軽減することができる。 Thus, according to this embodiment, in the millimeter-wave transceiver module itself, transmission power that gives a characteristic index of a device that uses the millimeter-wave transceiver module, drain current, drain voltage of the MMIC in the millimeter-wave transceiver module, and Since the junction temperature can be monitored and a notification can be given when an abnormality is detected, the monitoring burden on the host processing system can be reduced.
このとき、送信電力の異常監視では、VCO31における逓倍系のMMIC群が対象となるが、MMICのドレイン電流、ドレイン電圧および接合部温度の各異常監視では、送信系のMMIC群と受信系のMMIC群とVCO31における逓倍系のMMIC群との3系統それぞれについて監視する構成であるので、回路規模が増大するが、バイアス回路6は、集積回路化に好適な構成になっているので、図1に示したように、高周波回路3の周辺回路である信号処理回路5とバイアス回路6を専用集積回路(ASIC)6として一体的に集積回路化することができ、小型化を図ることができる。
At this time, in the transmission power abnormality monitoring, the MMIC group of the multiplying system in the
なお、集積回路化に関しては、電流モニタ35は、発熱を伴うシャント抵抗素子37を含むことから全体として高周波回路3に設けるとして説明したが、電圧比較回路38はバイアス回路6側に設けてもよい。
Regarding the circuit integration, the
また、この実施の形態では、信号処理回路5の主回路部であるマイコン51にバイアス調整系の主機能部と異常監視機能(図2に示すマイコン51の構成)とを負担させた例を示したが、バイアス調整系の主機能部および異常監視機能を独立して設けるようにしてもよい。この場合でも同様の作用・効果が得られる。
Further, in this embodiment, an example in which the
以上のように、この発明にかかる送受信モジュールは、当該送受信モジュール自体において異常監視を行うのに有用であり、特に、小型化が図れるので、そのような要請があるミリ波レーダに用いるのに好適である。 As described above, the transmission / reception module according to the present invention is useful for monitoring abnormality in the transmission / reception module itself, and particularly suitable for use in a millimeter wave radar having such a demand because it can be downsized. It is.
1 送信アンテナ
2 受信アンテナ
3 高周波回路
4 専用集積回路(ASIC)
5 信号処理回路
6 バイアス回路
35 電流モニタ
36 周囲温度モニタ
37 デバイス(DVC)モニタ(MMIC接合部温度上限モニタ)
38 シャント抵抗素子
39 電圧比較回路
40−1〜40−n MMIC(モノリシックマイクロ波集積回路)
54 制御処理部
55 ドレイン設定電圧出力部
56 メモリ
57 ゲート設定電圧出力部
58 異常判定処理部
59 異常結果出力部
61 ドレインバイアス用レギュレータ
62,63,64 A/D変換器
65−1〜65−n D/A変換器
DESCRIPTION OF
5
38
54
Claims (3)
前記高周波回路に送信電波を発生させ、前記高周波回路から入力する受信信号を処理する信号処理回路と、
前記高周波回路を流れるドレイン電流を検出する電流モニタと、
前記高周波回路の周囲温度を検出する周囲温度モニタと、
を備えるミリ波送受信モジュールにおいて、
運用時に、前記電流モニタの検出電流値から送信電力値を求め、少なくとも、その求めた送信電力値が、前記周囲温度モニタの検出温度において規定の上限値及び下限値の範囲内にあるか否かを判断する送信電力監視手段と、
を備えたことを特徴とするミリ波送受信モジュール。 A high-frequency circuit connected to a transmission / reception antenna of a radar that transmits and receives millimeter-wave radio waves;
A signal processing circuit for generating a transmission radio wave in the high-frequency circuit and processing a reception signal input from the high-frequency circuit;
A current monitor for detecting a drain current flowing through the high-frequency circuit;
An ambient temperature monitor for detecting the ambient temperature of the high-frequency circuit;
In a millimeter-wave transceiver module comprising
During operation, a transmission power value is obtained from the detected current value of the current monitor, and at least whether or not the obtained transmission power value is within a range of a predetermined upper limit value and lower limit value at the detected temperature of the ambient temperature monitor. Transmission power monitoring means for determining
A millimeter-wave transceiver module characterized by comprising:
参照データとして、予め、ドレイン電流と周囲温度との関係を示す第1特性と、送信電力と周囲温度との関係を示す第2特性とを用意し、
前記第2特性における送信電力に対し、上側に予め設定される所定の比率分シフトした送信電力と周囲温度との関係を示す第3特性と、下側に予め設定される所定の比率分シフトした送信電力と周囲温度との関係を示す第4特性とを作成し、
前記第3特性での現周囲温度に対応する前記第2特性おける温度T1と、前記第4特性での現周囲温度に対応する前記第2特性おける温度T2とを求め、
求めた温度T1,T2を前記第1特性に適用して温度T1による送信電力増大電流しきい値と、温度T2による送信電力低下電流しきい値とを求め、
前記電流モニタが検出した電流値が、前記送信電力増大電流しきい値を超えるときは送信電力増大異常と判断し、前記送信電力低下電流しきい値を下回るときは送信電力低下異常と判断し、送信電力増大電流しきい値と送信電力低下電流しきい値との間にあるときは送信電力正常と判断する、
ことを特徴とする請求項1に記載のミリ波送受信モジュール。 In determining whether the transmission power monitoring means is a power value that can maintain the performance required for the radar,
As reference data, a first characteristic indicating a relationship between drain current and ambient temperature and a second characteristic indicating a relationship between transmission power and ambient temperature are prepared in advance.
The third characteristic indicating the relationship between the transmission power in the second characteristic and the ambient temperature, which is shifted by a predetermined ratio preset on the upper side, and the predetermined ratio preset on the lower side, with respect to the transmission power in the second characteristic Create a fourth characteristic that shows the relationship between transmission power and ambient temperature,
Obtaining a temperature T1 in the second characteristic corresponding to the current ambient temperature in the third characteristic and a temperature T2 in the second characteristic corresponding to the current ambient temperature in the fourth characteristic;
Applying the determined temperatures T1 and T2 to the first characteristic to determine a transmission power increase current threshold value due to the temperature T1 and a transmission power decrease current threshold value due to the temperature T2,
When the current value detected by the current monitor exceeds the transmission power increase current threshold, it is determined as transmission power increase abnormality, and when it is below the transmission power decrease current threshold, it is determined as transmission power decrease abnormality, When it is between the transmission power increase current threshold and the transmission power decrease current threshold, it is determined that the transmission power is normal.
The millimeter-wave transceiver module according to claim 1.
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