JP2016219940A - 温度補償回路およびレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定条件のみでの計測で、広い動作条件での補償を行う温度補償回路の実現。
【解決手段】温度補償対象の増幅器のレプリカ増幅器62を含み、レプリカ増幅器の出力を入力に帰還させることで発振し、駆動条件を変更することで発振周波数が変化する発振回路61と、発振回路の発振開始から発振信号の振幅が所定振幅に到達するまでの立ち上り時間を計測する時間計測回路30,65,66,67と、基準条件で計測し記憶した発振回路の基準立ち上り時間と、時間計測回路で計測した計測立ち上り時間を比較し、計測立ち上り時間が基準立ち上り時間に等しくなるようにレプリカ増幅器の駆動条件を変化するフィードバック制御を行う制御回路68,69と、を有し、収束時の駆動条件に基づいて、温度補償対象の増幅器の駆動条件を設定する温度補償回路。
【選択図】図５

Description

本発明は、温度補償回路およびレーダ装置に関する。

近年、ミリ波を使用した無線通信やレーダ装置の開発が盛んに行われている。ミリ波回路の基本回路として増幅器が使用されるが、増幅器の利得は外部温度によって変化する。そのため、例えば高温になり増幅器の利得が低下すると、送信器の出力パワーが低下する問題が生じる。レーダ装置の場合、送信パワーが減少すると遠方のターゲットが検知できない不具合を生じる。従って、ミリ波応用機器では温度変化に対して増幅器の利得を一定に保つ温度補償回路が重要となる。

増幅器は、所定の周波数(Frequency)範囲に対して高い利得（ゲイン(Gain)）を有し、一般に、同じ周波数では、室温（または低温）で利得が高く、高温で利得が低い。このような温度に対する利得の変化は、増幅器を形成するトランジスタの相互コンダクタンスの低下により引き起こされる。そこで、温度補償では、室温時にゲート・ソース間電圧Vgs（以下、ゲート電圧と称する）を低くして相互コンダクタンスを下げておき、高温になって相互コンダクタンスが低下し始めるとゲート電圧を高めるという制御動作を行う。

この制御を随時行うため、チップ内部に温度計を埋め込み、あらかじめ計測した温度とゲートバイアスの関係を１：１で対応づけして内部メモリに保存し、計測した温度に対応するゲートバイアスを読み出すことで、ゲートバイアスの設定を行えるようにする。なお、ゲートバイアスの変化は、ゲート電圧を変化させ、増幅器の利得を変化させる。

そこで、製品出荷時に動作保証する温度範囲で各温度に対応するデータを取得し、温度と増幅器の利得（ゲートバイアス）の関係をあらかじめ１：１で対応づけして内部メモリに保存する必要がある。しかし、このような処理は、出荷検査を煩雑にするデメリットがある。特に、動作保証する温度範囲で各温度に対する対応データを取得することは煩雑で、製造コストの上昇を招く。

特開２０１０−１４７７５８号公報 特表２０１０−５２４３３５号公報

実施形態によれば、簡易な出荷検査で、広い温度範囲で補償をかける温度補償回路が実現される。

本発明の第１の態様の温度補償回路は、発振回路と、時間計測回路と、制御回路と、を有する。発振回路は、温度補償対象の増幅器のレプリカ増幅器を含み、レプリカ増幅器の出力を入力に帰還させることで発振し、レプリカ増幅器の駆動条件を変更することで発振周波数が変化する。時間計測回路は、発振回路の発振開始から、発振回路で発振信号の振幅が所定振幅に到達するまでの立ち上り時間を計測する。制御回路は、基準条件で計測し記憶した発振回路の基準立ち上り時間と、時間計測回路で計測した計測立ち上り時間を比較し、計測立ち上り時間が基準立ち上り時間に等しくなるようにレプリカ増幅器の駆動条件を変化するフィードバック制御を行う。温度補償回路は、収束時の駆動条件に基づいて、温度補償対象の増幅器の駆動条件を設定する。

本発明の第２の態様のレーダ装置は、基準発振源と、送信信号生成回路と、送信増幅器と、利得調整回路と、送信アンテナと、受信アンテナと、受信増幅器と、ミキサと、ベースバンド信号処理回路と、を有する。基準発振源は、基準発振信号を出力する。送信信号生成回路は、基準発振信号に同期し、基準発振信号より高い周波数の送信発振信号を生成し、送信発振信号を変調して送信信号を生成する。送信増幅器は、送信信号を増幅する。利得調整回路は、送信増幅器の利得が安定するように調整する。送信アンテナは、増幅された送信信号を送出する。受信アンテナは、記送信信号の反射波を受ける。受信増幅器は、受信アンテナが出力する受信信号を増幅する。ミキサは、増幅した受信信号に送信信号をミキシングする。ベースバンド信号処理回路は、ミキサの出力する中間周波数信号を処理する。利得調整回路は、発振回路と、時間計測回路と、制御回路と、を有する。発振回路は、送信増幅器のレプリカ増幅器を含み、レプリカ増幅器の出力を入力に帰還させることで発振し、レプリカ増幅器の駆動条件を変更することで発振周波数が変化する。時間計測回路は、発振回路の発振開始から、発振回路で発振信号の振幅が所定振幅に到達するまでの立ち上り時間を計測する。制御回路は、基準条件で計測し記憶した発振回路の基準立ち上り時間と、時間計測回路で計測した計測立ち上り時間を比較し、計測立ち上り時間が基準立ち上り時間に等しくなるようにレプリカ増幅器の駆動条件を変化するフィードバック制御を行う。利得調整回路は、収束時の駆動条件に基づいて、送信増幅器の駆動条件を設定する。

実施形態によれば、所定条件のみでの計測で、広い動作条件での補償を行う温度補償回路が実現される。

図１は、増幅器の温度補償の原理を説明する図であり、（Ａ）が室温と高温における周波数と利得(Gain)の関係を示し、（Ｂ）が室温と高温におけるトランジスタのゲート・ソース間電圧と相互コンダクタンスの関係を示す。 図２は、増幅器および温度補償回路の構成例を示す図である。 図３は、実施形態の温度補償回路の基本構成を示す図であり、レーダ装置のトランシーバ部の送信増幅器の温度補償を行う回路に適用した場合の構成を示す。 図４は、発振回路において、無発振の状態から発振信号が成長して定常状態になるまでの様子の例を示す。 図５は、温度補償回路の詳細な構成を示す図であり、基準発振器を合わせて示している。 図６は、包絡線検波器の回路図である。 図７は、実施形態の温度補償回路の室温時の動作を示すタイムチャートである。 図８は、実施形態の温度補償回路の高温時の動作を示すタイムチャートである。 図９は、実施形態の温度補償回路の調整動作を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態の温度補償回路を、車載用のＦＭＣＷレーダ装置の送信増幅器を補償対象として適用した場合の、ＦＭＣＷレーダ装置の基本構成を示す図である。 図１１は、通常動作における温度補償回路の間欠動作を示すフローチャートである。

実施形態の温度補償回路について説明する前に、一般的な温度補償回路について説明する。

図１は、増幅器の温度補償の原理を説明する図であり、（Ａ）が室温と高温における周波数と利得(Gain)の関係を示し、（Ｂ）が室温と高温におけるトランジスタのゲート・ソース間電圧Vgs（以下、ゲート電圧と称する）と相互コンダクタンスGmの関係を示す。

図１の（Ａ）に示すように、室温では高い利得も、高温になると低下してしまう。その原因は、図１の（Ｂ）に示すように、主として増幅器を形成するトランジスタの相互コンダクタンスGmの低下により引き起こされる。そこで、温度補償では、室温時にVgsを低くしてGmを下げておき、高温になってGmが低下し始めるとVgsを高めて同じGmにするという制御を行う。

図２は、増幅器および温度補償回路の構成例を示す図である。
図２では、増幅器は、トランジスタで形成される増幅段１１−１３を直列に３段接続することにより実現され、入力Inを受け、増幅した出力Outを出力する。温度補償回路は、チップ内部に埋め込んだ温度計回路１４と、ゲートバイアス生成部１５と、を有する。

増幅段１１−１３は、トランジスタで形成され、入力信号はトランジスタのゲートに印加される。入力Inは、変調された信号であり、トランジスタのゲート電圧は、信号に応じて変化する。ゲートバイアスは、ゲートに印加される信号のベースとなるレベルであり、トランジスタのゲート電圧は、ゲートバイアスに入力信号を加えた信号となる。そのため、ゲートバイアスを変化させるとそれに応じてゲートに印加される信号のレベル、すなわちゲート電圧が変化する。

そこで、温度計回路１４でチップの温度を読み取り、ゲートバイアス生成部１５はチップの温度に応じて、増幅段１１−１３を形成するトランジスタのゲートバイアスVgを変化させることにより、増幅器の利得が一定になるように制御する。

図２の温度補償回路での制御を行うには、温度計回路１４が検出するチップ温度と増幅器利得の関係、すなわち一定の利得となるチップ温度とゲートバイアスVgの関係をあらかじめ取得し、記憶しておく必要がある。具体的には、ゲートバイアス生成部１５は、チップ温度とゲートバイアスVgの関係を１：１で対応づけて記憶する不揮発性メモリを有し、取得したチップ温度に対応するゲートバイアスVgを不揮発性メモリから読み出して設定する。

チップ温度とゲートバイアスVgの関係は、製品出荷時時にチップを動作保証する温度範囲内の各温度に保持し、各温度で対応データ（ゲートバイアスVg）を計測し、不揮発性メモリに記憶させる。このような計測動作は、出荷検査を煩雑にし、特に、チップを動作保証する温度範囲内の各温度にするには、高価な設備と多くの時間を要し、検査コストを増大させる。

以下に説明する実施形態では、動作保証する温度範囲内のあらゆる温度にて、温度とゲートバイアスの関係を計測することなく、室温のみでの計測で、そのほかの温度に対しても補償をかけることができる温度補償回路が開示される。

図３は、実施形態の温度補償回路の基本構成を示す図であり、レーダ装置のトランシーバ部の送信増幅器の温度補償を行う回路に適用した場合の構成を示す。

レーダ装置は、トランシーバ部２０と、基準発振器３０と、温度補償回路４０と、を有する。基準発振器３０は、温度等の動作条件にかかわらず一定周波数の発振信号を生成し、例えば、温度補償された水晶発振器などで形成される。基準発振器３０は、トランシーバ部２０のＰＬＬ２１の周波数安定化のために使用される。

トランシーバ部２０は、ＰＬＬ（発振器）２１と、送信増幅器２２と、送信アンテナ２３と、受信アンテナ２４と、受信増幅器２５と、ミキサ２６と、を有する。ＰＬＬ２１は、基準発振器３０の出力する一定周波数の発振信号を逓倍し、高周波発振信号を生成する。例えば、基準発振器３０が生成する発振信号は１０ＭＨｚの発振信号であり、ＰＬＬ２１が生成する高周波発振信号は数十ＧＨｚの発振信号である。なお、ここでは、ＰＬＬ２１は、高周波発振信号を変調する変調部も含むものとし、変調した高周波発振信号を送信増幅器２２およびミキサ２６に出力する。

送信増幅器２２は、トランジスタで形成され、ＰＬＬ２１から出力された変調高周波発振信号を増幅し、送信アンテナ２３に出力する。変調高周波発振信号は、送信アンテナ２３から送出される。送信増幅器２２が、温度補償回路４０により温度補償される対象である。送信アンテナ２３から送出され物体で反射された変調高周波発振信号は、受信アンテナ２４で捕えられ、受信増幅器２５で増幅され、ミキサ２６でＰＬＬ２１からの変調高周波発振信号とミキシングされ、中間周波数信号を生成される。中間周波数信号は、図示していないレーダ装置内の回路でベースバンド信号処理され、送信アンテナ２３からの電波送出範囲内の物体の有無、物体までの距離等の情報が生成される。

温度補償回路４０は、発振回路４１と、演算部４４と、を有する。発振回路４１は、送信増幅器２２とまったく同じ構成のレプリカ増幅器４２と、レプリカ増幅器４２の出力をレプリカ増幅器４２の入力に帰還する帰還経路４３と、を有し、発振信号を生成する。一般に、増幅器に出力と逆相（反転）の信号を帰還することにより発振回路が形成されることが知られているが、高速の増幅器では、出力をそのまま帰還しても発振回路が形成される。実施形態の発振回路４１は、レプリカ増幅器４２の出力を入力に帰還することにより発振回路が形成されればよく、どのように発信回路を形成するかについては特に限定されない。また、レプリカといった場合、縮小したサイズを有するものの場合もあるが、サイズが異なると温度特性も若干異なるので、レプリカ増幅器４２は、サイズを含めて送信増幅器２２とまったく同じ構成を有することが望ましい。ただし、サイズの差による温度特性の差が許容可能な場合には、サイズが異なってもよい。

送信増幅器２２およびレプリカ増幅器４２は、それらを形成するトランジスタのゲートバイアスVgが演算部４４により設定され、設定されるゲートバイアスVgが変化可能である。送信増幅器２２およびレプリカ増幅器４２を形成するトランジスタのゲートバイアスVgを変化させることにより、送信増幅器２２およびレプリカ増幅器４２の利得が変化する。

演算部４４は、発振回路４１から発振信号を受け、発振回路４１が動作を開始してからの発振信号の変化、具体的には発振信号の振幅が所定レベルに到達するまでの時間を発振回路４１の出力する一定周波数の発振信号から生成されたクロックを利用して計測する。この動作開始から発振信号の振幅が所定レベルに到達するまでの時間を立ち上り時間と称する。演算部４４は、基準条件（例えば室温（２０℃））で発振回路の立ち上り時間を計測し、基準立ち上り時間として不揮発性メモリ等に記憶している。演算部４４は、計測した計測立ち上り時間を基準立ち上り時間と比較し、計測立ち上り時間が基準立ち上り時間に等しくなるようにゲートバイアスVgを変化させる。この時、送信増幅器２２およびレプリカ増幅器４２の利得は、基準条件での利得と同じである。以下、立ち上り時間および制御シーケンスについて説明する。

図４は、発振回路４１において、無発振の状態から発振信号が成長して定常状態になるまでの様子の例を示す。
図４に示すように、無発振の状態から発振出力が周期を重ねるごとにループ利得（レプリカ増幅器４２の利得）Ｇにしたがって振幅成長していき、ある周期後に一定振幅の定常状態に達する。実施形態では、発振振幅が成長して定常状態に達するまでの立ち上り時間を計測する。立ち上り時間はループ利得Ｇに関係し、立ち上り時間が同じであれば、ループ利得Ｇは等しいと考えられる。そこで、演算部４４は、発振回路４１の立ち上り時間を計測し、計測した立ち上り時間が基準立ち上り時間に等しくなるようにゲートバイアスVgを調整する。調整が完了した時、発振回路４１のループ利得Ｇは、基準条件（例えば室温（２０℃））でのループ利得に等しい。言い換えれば、レプリカ増幅器４２の利得は、基準条件（例えば室温（２０℃））での利得に等しい。演算部４４は、この時のゲートバイアスVgを、出力増幅器２２を形成するトランジスタのゲートバイアスに設定するので、出力増幅器２２の利得も基準条件での利得になる。これにより、出力増幅器２２からは、設計時に想定した所定の強度の変調高周波発振信号が出力されることになる。

図５は、温度補償回路４０の詳細な構成を示す図であり、基準発振器を合わせて示している。
温度補償回路４０は、バースト発振回路６１と、包絡線検波器６５と、クロック発振器６６と、パルスカウンタ６７と、基準カウント数メモリ６８と、演算部６９と、バイアスデータメモリ７０と、Ｄ／Ａコンバータ７１と、を有する。

バースト発振回路６１は、温度補償の対象となる送信増幅器のレプリカ増幅器（Ｇ）６２と、同相帰還経路６３と、レプリカ増幅器６２の出力と同相帰還経路６３の間に接続されたスイッチ６４と、を有する。スイッチ６４は、基準発振器３０の出力する１０ＭＨｚの基準発振信号により制御され、基準発振信号が高（Ｈ）レベルの時に導通し、基準発振信号が低（Ｌ）レベルの時に遮断する。バースト発振回路６１は、基準発振信号の立ち上りエッジを発振開始トリガとして、発振を開始し、基準発振信号がＨレベルの間発振し、基準発振信号がＬレベルになると発振を停止する。レプリカ増幅器６２は高速の増幅器であり、前述のように同相帰還によっても発振回路が形成されるので、バースト発振回路６１は、同相帰還経路６３を使用している。他の説明は、図３での説明と同じであり、省略する。

包絡線検波器６５は、バースト発振回路６１の出力する発振信号を受け、発振信号の包絡線を示す信号を生成する。

図６は、包絡線検波器の回路図である。
図６の包絡線検波器６５は、ダイオード検波器として広く知られた回路である。包絡線検波器６５は、入力整合回路８０と、ダイオード８６と、低域通過フィルタ８７と、を有する。入力整合回路８０は、入力端子８７とダイオード８６間に直列に接続された容量素子８１とインピーダンス素子８３、および容量素子８１とインピーダンス素子８３の接続ノードとグランド間に直列に接続されたインピーダンス素子８２および容量素子８４を有する。入力整合回路８０は、入力端子における反射を低減するインピーダンス整合回路であり、広く知られているので説明は省略する。低域通過フィルタ８７は、ダイオード８６と出力（出力端子９０）とグランド間に並列に接続されたインピーダンス素子８９および容量素子８８を有し、低周波成分のみを通過させる。低域通過フィルタ８７は、広く知られた回路であり、説明は省略する。

クロック発振器６６は、基準発振器３０から基準発振信号を受け、基準発振信号を逓倍したクロックを生成し、パルスカウンタ６７および演算部６９に出力する。クロック発振器６６は、例えばＰＬＬ回路で形成される。ここでは、クロックは、数ＧＨｚの発振信号である。クロックは、立ち上り時間の計測分解能に関係し、分解能を高める上では周波数が高いことが望ましいが、周波数が高くなるとパルスカウンタ６７を形成するのが難しくなるので、回路の設計仕様に応じて適宜設定することが望ましい。また、パルスカウンタ６７に供給するクロックと演算部６９に供給するクロックは同じクロックである必要はなく、演算部６９に供給するクロックの周波数は、パルスカウンタ６７に供給するクロックの周波数より小さくてもよい。クロック発振器６６からパルスカウンタ６７に供給するクロックは、基準発振信号でゲートされ、基準発振信号が高レベルの間のみ供給されるようにすることが望ましい。

パルスカウンタ６７は、基準発振信号の立ち上りエッジからクロックのカウントを開始し、包絡線検波器６５の出力が所定のレベルに到達するとカウントを停止する。これにより、基準発振信号の立ち上りエッジから、バースト発振回路６１が発振を開始し、発振信号の振幅（包絡線）が所定のレベルになるまでの時間を計測する。発振開始から包絡線が所定のレベルになるまでクロックのカウント数は、データ出力として基準カウント数メモリ６８および演算部６９に出力される。

基準カウント数メモリ６８は、例えば、フラッシュメモリとの不揮発性メモリで形成され、基準状態で計測した立ち上り時間に対応するデータ出力を、演算部６９からの指示で記憶する。基準状態のデータ出力の記憶は、以下のように行われる。出荷時の検査で、出力増幅器２２および温度補償回路４０を含むチップ（またはこれらを含むレーダ装置の回路部）を基準状態（例えば室温２０℃）に保持し、出力増幅器２２から所望の出力強度が得られるように設定する。この設定は、例えば、ゲートバイアスを調整することにより行うことも可能である。この状態の温度補償回路４０で、立ち上り時間に対応するデータ出力を計測し、演算部６９は、基準カウント数メモリ６８がデータ出力を記憶するように指示する。

バイアスデータメモリ７０は、演算部６９の設定したゲートバイアスのデータを保持し、Ｄ／Ａコンバータ７１に出力する。Ｄ／Ａコンバータ７１は、ゲートバイアスのデータをゲートバイアス電圧に変換して、出力増幅器２２およびレプリカ増幅器６１を形成するトランジスタのゲートバイアスとして供給する。バイアスデータメモリ７０は、書き換え可能であることが求められ、フラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性メモリであることが望ましい。演算部６９によりバイアスデータメモリ７０に書き込まれたゲートバイアスのデータは、演算部６９により新しいデータに書き換えられるまで保持され、出力増幅器２２およびレプリカ増幅器６１を形成するトランジスタのゲートバイアスも維持される。

演算部６９は、クロック発振器６６からのクロックに同期して動作する制御回路であり、シーケンス回路やマイコンで実現される。また、演算部６９は、温度補償回路４０全体の制御を行うようにしてもよい。演算部６９は、上記のように、出荷維持に基準状態で出力増幅器２２から所望の出力強度が得られるようにゲートバイアスを設定し、その状態で、バースト発振回路６１の立ち上り時間に対応するデータ出力を、基準カウント数メモリ６８に記憶させる。

レーダ装置が動作している状態で、演算部６９は、パルスカウンタ６７の出力するその状態での立ち上り時間（計測立ち上り時間）に対応するデータ出力を受け、基準カウント数メモリ６８に記憶された基準状態のデータ出力と比較する。演算部６９は、計測立ち上り時間に対応するデータ出力と基準状態のデータ出力が一致する場合には、バイアスデータメモリ７０に設定したゲートバイアスのデータを維持する（書き換えない）。演算部６９は、計測立ち上り時間に対応するデータ出力が基準状態のデータ出力より大きい（長い）場合には、バイアスデータメモリ７０に設定したゲートバイアスのデータを１段階増加させる。演算部６９は、計測立ち上り時間に対応するデータ出力が基準状態のデータ出力より小さい（短い）場合には、バイアスデータメモリ７０に設定したゲートバイアスのデータを１段階減少させる。このようなフィードバック制御を行うことにより、計測立ち上り時間に対応するデータ出力が基準状態のデータ出力に一致した状態になり、その状態が維持される。この時、バースト発振回路６１のレプリカ増幅器６２の利得Ｇは、基準状態での利得と同じであり、したがって出力増幅器２２の利得も基準状態での利得と同じであり、出力増幅器２２からは基準状態と同じ強度の変調高周波発振信号が出力される。

図７は、実施形態の温度補償回路の室温時の動作を示すタイムチャートである。
出荷検査時には、温度補償回路を室温で動作させるので、図７のタイムチャートの動作を行うことになるが、これに限らず、通常動作時にも室温で動作させれば図７のタイムチャートの動作を行う。

図７では、上から発振回路６１の出力、包絡線検波器６５の出力（包絡線）、基準発振器３０の出力、クロック発振器６６の生成する基準発振信号と同期させたクロック信号(clock)、およびパルスカウンタ６７からデータ出力が有効となることを示す信号である。基準発振器３０の出力の立ち上がりエッジを基準となる時刻t0として、発振回路６１の発振を開始させる。包絡線に示すように、振幅が徐々に大きくなり、やがて定常振幅に達する。発振振幅が成長する速度はレプリカ増幅器６２の利得に依存する。clock信号は基準発振信号に同期した信号であり、発振開始t0から定常状態に達するまでの時間を、clock信号をカウントすることで計測する。図７では、clock信号の４クロック目に定常状態に達することになる。そのタイミングでデータ出力が有効となることを示す信号「データ」がＬレベルからＨレベルに立ち上がる。

出荷検査時であれば、演算部６９は、データがＬレベルからＨレベルに立ち上がるのを検出すると、基準カウント数メモリ６８に、パルスカウンタ６７の出力する“４クロック目”というデータ出力を記憶するように指示する。基準カウント数メモリ６８は、この出荷検査時のデータ出力を基準利得情報として記憶する。

また、室温の通常動作時には、演算部６９は、データがＬレベルからＨレベルに立ち上がるのを検出すると、パルスカウンタ６７の出力する“４クロック目”というデータ出力を読み取る。さらに、演算部６９は、基準カウント数メモリ６８から基準利得情報（ここでは“４クロック目”）を読み出し、２つを比較する。パルスカウンタ６７の出力するデータ出力は、基準利得情報と一致するので、演算部６９は、バイアスデータメモリ７０へのゲートバイアスの設定を行わない。これにより、バイアスデータメモリ７０のゲートバイアスの値は維持され、出力増幅器２２およびレプリカ増幅器６２のゲートバイアスが維持される。

図８は、実施形態の温度補償回路の高温時の動作を示すタイムチャートである。
図８は、図７のタイムチャートと同じ信号を示しているが、高温では増幅器利得が低下するため、発振振幅が成長する速度が低下することが異なる。従って、振幅が定常状態に達する時間が長くなり、図８の例ではＮクロック目にデータ出力が有効となることを示す信号「データ」がＬレベルからＨレベルに立ち上がる。つまり、室温でのクロックカウント数との差分(N-4)が温度上昇による利得低下に起因する。

図９は、実施形態の温度補償回路の調整動作を示すフローチャートである。
図９において、ステップＳ１１およびＳ１２は、出荷検査時の室温での初期校正動作であり、ステップＳ２１からＳ２４は、通常動作時の実使用環境での設定動作である。

ステップＳ１１で、温度補償回路を含むチップ（レーダ装置）を室温に保持し、動作させる。
ステップＳ１２で、上記の立ち上り時間の計測動作を行い、基準立ち上り時間に対応するクロック数カウントを基準カウント数メモリ６８に、基準利得情報として記憶する。
以上で、出荷検査時の処理が終了する。

ステップＳ２１で、上記の立ち上り時間の計測動作を行い、計測したクロック数カウントと、基準カウント数メモリ６８に記憶した室温時の（基準）クロック数とを比較する。そして、２つが同じ時にはステップＳ２２に進み、計測クロック数カウントが基準クロック数より多い時にはステップＳ２３に進み、計測クロック数カウントが基準クロック数より少ない時にはステップＳ２４に進む。

ステップＳ２２で、演算部６９は、バイアスデータメモリ７０へのゲートバイアスの設定を行わない。これにより、バイアスデータメモリ７０のゲートバイアスの値は固定され、出力増幅器２２およびレプリカ増幅器６２のゲートバイアスが維持される。そして、この調整動作ループを抜ける。

計測クロック数カウントが基準クロック数より多い場合は、環境温度が室温より高いことを意味するため、ステップＳ２３では、増幅器の利得を高めるようゲートバイアスVgを高くする動作を行う。具体的には、ステップＳ２３で、演算部６９は、バイアスデータメモリ７０に設定するデータを１段階増加させる。これにより、出力増幅器２２およびレプリカ増幅器６２のゲートバイアスが増加され、出力増幅器２２およびレプリカ増幅器６２の利得が増加する。その後ステップＳ２１に戻る。以下、計測クロック数カウントが基準クロック数に一致するまで、Ｓ２１とＳ２３が繰り返される。

計測クロック数カウントが基準クロック数より少ない場合は、環境温度が室温より低いことを意味するため、ステップＳ２４では、増幅器の利得を下げるようゲートバイアスVgを低くする動作を行う。具体的には、ステップＳ２４で、演算部６９は、バイアスデータメモリ７０に設定するデータを１段階減少させる。これにより、出力増幅器２２およびレプリカ増幅器６２のゲートバイアスが減少され、出力増幅器２２およびレプリカ増幅器６２の利得が低下する。その後ステップＳ２１に戻る。以下、計測クロック数カウントが基準クロック数に一致するまで、Ｓ２１とＳ２４が繰り返される。

ステップＳ２３およびＳ２４では、計測クロック数カウントが基準クロック数に一致するまで、動作が繰り返され、室温時のクロック数と同じクロック数になった段階で、増幅器の利得が室温時と同じ値になったと判断し、ループを脱出する。

図９のＳ２１からＳ２４の通常動作時の設定動作は、常時行っても、間欠的に行っても、レーダ装置が環境変化を検出した時に行ってもよい。

図１０は、実施形態の温度補償回路を、車載用のＦＭＣＷレーダ装置の送信増幅器を補償対象として適用した場合の、ＦＭＣＷレーダ装置の基本構成を示す図である。

ＦＭＣＷレーダ装置は、リファレンス信号源９０と、ミリ波信号生成器９１と、送信増幅器９２と、温度補償回路９３と、送信アンテナ９４と、受信アンテナ９５と、受信増幅器９６と、ミキサ９７と、ベースバンド信号処理回路９８と、を有する。温度補償回路９３は、送信増幅器９２の温度補償を行う。ここでは、ＦＭＣＷレーダ装置は、電波信号（高周波信号）としてミリ波信号を利用する。

リファレンス信号源９０は、水晶発振器などを有し、一定周波数（例えば１０ＭＨｚ）のリファレンス信号を出力する。ミリ波信号生成器９１は、数１０ＧＨｚで発振する可変周波数発振回路と、可変周波数発振回路の出力する発振信号がリファレンス信号に対して所定の関係を有するように可変周波数発振回路をフィードバック制御するフィードバック制御回路と、を有する。可変周波数発振回路は、例えば、電圧制御発振器（ＶＣＯ）、電流制御発振器（ＩＣＯ）などで形成される。フィードバック制御回路は、可変周波数発振回路の出力する発振信号を分周し、分周信号とリファレンス信号の位相差を検出し、位相差信号の高周波成分をカットして生成した制御信号を可変周波数発振回路に印加するＰＬＬ回路で実現される。また、フィードバック制御回路は、分周信号とリファレンス信号の周波数差を検出してフィードバックするＦＬＬ回路で実現してもよい。以上のようにして、ローカル信号生成回路１１は、リファレンス信号に対して所定の関係を有し、送信データに応じて変調されたローカル信号を生成する。

ＦＭＣＷレーダ装置は、電波信号としてミリ波信号を使用し、ミリ波信号が上記の高周波信号（ローカル信号）に対応する。ローカル信号は、ＶＣＯ等の不安定な高周波発振器で発生され、安定度の高いリファレンス信号と比較してフィードバック制御することにより、周波数が安定化される。このようなフィードバック制御機構として、上記のＰＬＬ、ＦＬＬなどが知られている。

送信増幅器９２は、ローカル信号を増幅する。増幅されたローカル信号は、送信アンテナ９４から出力される。受信アンテナ９５は、ローカル信号に対応する高周波信号を受信する。高周波信号は、受信増幅器９６で増幅される。ミキサ９７は、受信増幅器９６で増幅された高周波信号とローカル信号をミキシングし、中間周波数（ＩＦ）信号を生成する。ベースバンド信号処理回路９８は、例えば、中間周波数信号をデジタル変換した後デジタル処理し、受信データを取得する。

例えば、車載用のミリ波レーダは、ＦＭＣＷ変調された信号を送出し、反射信号を受信し、中間周波数信号におけるドプラー成分を抽出して対象物との距離および相対速度を検出する。この場合、ローカル信号生成回路９１は、周波数が上限と下限の間での線形に変化することを繰り返すローカル信号を出力する。

図１０に示したＦＭＣＷレーダ装置の基本構成は広く知られているので、これ以上の説明は省略する。

温度補償回路９３は、図５に示す実施形態の温度補償回路であるが、基準発振器３０およびクロック発振器６６を有さない。基準発振信号はリファレンス信号源９０からの発振信号を利用する。クロックclockは、ミリ波信号生成器９１で生成される高速の発振信号を分周した発振信号を利用する。これにより、温度補償回路９３に、図５の基準発振器３０およびクロック発振器６６を設ける必要が無くなり、回路規模を小さくできるという利点があるが、これに限定されるものではない。

図１０のレーダ装置では、温度補償回路９３における消費電力を低減するため、温度補償回路９３を間欠で動作させる。なお、レーダ装置では、出荷検査時に、図９のステップＳ１１およびＳ１２を行い、基準クロック数が記憶されているものとする。

図１１は、通常動作における温度補償回路の間欠動作を示すフローチャートである。
図１１の温度補償回路の間欠動作は、例えば、レーダ装置の制御部が行う。

ステップＳ３１は、車のエンジンが起動され、レーダ装置の電源がオンした時に行われ、そこでは温度補償回路を動作させ、初期設定動作を行う。初期設定動作を行う時間長は、エンジン起動からレーダ装置が搭載された箇所の温度が一定になるまでの時間に対応して適宜設定する（例えば１０分程度）。ステップＳ３１で行う初期設定動作は、図９のステップＳ２１からＳ２４である。初期設定動作終了後は、温度補償回路はオフされる。

ステップＳ３２で、間欠動作の時間間隔を表すパラメータＴをゼロに設定する。
ステップＳ３３で、パラメータＴが所定の値Ｔ０以上であるか判定し、ＴがＴ０より小さければステップＳ３４に進み、ＴがＴ０以上であればステップＳ３５に進む。

ステップＳ３４で、Ｔを１増加させ、ステップＳ３３に戻る。
パラメータＴがＴ０以上になるまで、Ｓ３３およびＳ３４を繰り返す。これにより、Ｔ０に対応する時間間隔が経過するまで待機することになる。

ステップＳ３５で、温度補償回路をオンし、図９のステップＳ２１からＳ２４に対応する駆動時設定動作を行い、駆動時設定動作終了後に温度補償回路をオフし、ステップＳ３２に戻る。

以上のＳ３１からＳ３５を実行することにより、レーダ装置の起動時に初期設定動作を行い、その後はＴ０に対応する時間間隔で駆動時設定動作が実行される。
設定動作を行わない時には温度補償回路はオフされるので、消費電力が低減される。間欠動作の時間間隔に対応するＴ０の値は、レーダ装置の使用環境、レーダ用電波の許容される変動範囲、出力増幅器の安定性などを考慮して適宜設定する。

以上、実施形態を説明したが、各種の変形例が可能であるのは言うまでもない。例えば、ＦＭＣＷレーダ装置を例として説明したが、実施形態の温度補償回路は、他の無線機器に適用することも可能である。また、実施形態の温度補償回路は、高周波信号を増幅する増幅器を有する回路であれば無線機器以外のものに適用することも可能である。

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

２０ トランシーバ部
３０ 基準発振回路
４０ 温度補償回路
４１ 発振回路
４２ レプリカ増幅器
４３ 帰還経路
４４ 演算部
９０ リファレンス信号源
９１ ミリ波信号生成器
９２ 送信増幅器
９３ 温度補償回路
９４ 送信アンテナ
９５ 受信アンテナ
９６ 受信増幅器
９７ ミキサ
９８ ベースバンド信号処理回路

Claims (7)

1. 温度補償対象の増幅器のレプリカ増幅器を含み、前記レプリカ増幅器の出力を入力に帰還させることで発振し、前記レプリカ増幅器の駆動条件を変更することで発振周波数が変化する発振回路と、
   前記発振回路の発振開始から、前記発振回路で発振信号の振幅が所定振幅に到達するまでの立ち上り時間を計測する時間計測回路と、
   基準条件で計測し記憶した前記発振回路の基準立ち上り時間と、前記時間計測回路で計測した計測立ち上り時間を比較し、前記計測立ち上り時間が前記基準立ち上り時間に等しくなるように前記レプリカ増幅器の駆動条件を変化するフィードバック制御を行う制御回路と、を有し、
   収束時の駆動条件に基づいて、前記温度補償対象の増幅器の駆動条件を設定する温度補償回路。
2. 前記駆動条件は、前記レプリカ増幅器を形成するトランジスタのゲートバイアス電圧を含む請求項１に記載の温度補償回路。
3. 前記時間計測回路は、
   クロックを出力するクロック発振器と、
   前記発振信号の包絡線検波器と、
   前記発振回路の発振開始から前記包絡線検波器の出力が所定レベルに到達するまでの期間前記クロックをカウントするパルスカウンタと、を有し、前記パルスカウンタのカウント数を前記計測立ち上り時間として出力する請求項１または２に記載の温度補償回路。
4. 前記基準立ち上り時間は、室温において計測した前記発振回路の立ち上り時間に対応する基準カウント数であり、
   前記制御回路は、基準カウント数を記憶する不揮発性メモリを有する請求項３に記載の温度補償回路。
5. 前記制御回路は、前記計測立ち上り時間が前記基準立ち上り時間より長い時に前記レプリカ増幅器の利得を上昇させるように、前記計測立ち上り時間が前記基準立ち上り時間より短い時に前記レプリカ増幅器の利得を下げるように、前記レプリカ増幅器を形成するトランジスタのゲートバイアスを調整する請求項１から４のいずれか１項に記載の温度補償回路。
6. 基準発振信号を出力する基準発振源と、
   前記基準発振信号に同期し、前記基準発振信号より高い周波数の送信発振信号を生成し、前記送信発振信号を変調して送信信号を生成する送信信号生成回路と、
   前記送信信号を増幅する送信増幅器と、
   前記送信増幅器の利得が安定するように調整する利得調整回路と、
   増幅された前記送信信号を送出する送信アンテナと、
   前記送信信号の反射波を受ける受信アンテナと、
   前記受信アンテナが出力する受信信号を増幅する出力する受信増幅器と、
   増幅した前記受信信号に前記送信信号をミキシングするミキサと、
   前記ミキサの出力する中間周波数信号を処理するベースバンド信号処理回路と、を有し、
   前記利得調整回路は、
   前記送信増幅器のレプリカ増幅器を含み、前記レプリカ増幅器の出力を入力に帰還させることで発振し、前記レプリカ増幅器の駆動条件を変更することで発振周波数が変化する発振回路と、
   前記発振回路の発振開始から、前記発振回路で発振信号の振幅が所定振幅に到達するまでの立ち上り時間を計測する時間計測回路と、
   基準条件で計測し記憶した前記発振回路の基準立ち上り時間と、前記時間計測回路で計測した計測立ち上り時間を比較し、前記計測立ち上り時間が前記基準立ち上り時間に等しくなるように前記レプリカ増幅器の駆動条件を変化するフィードバック制御を行う制御回路と、を有し、
   収束時の駆動条件に基づいて、前記送信増幅器の駆動条件を設定することを特徴とするレーダ装置。
7. 前記利得調整回路は、
   設定した前記温度補償対象の増幅器の駆動条件を保持する記憶部を有し、
   起動時に、前記フィードバック制御および前記送信増幅器の駆動条件を設定する初期設定動作を行い、
   その後、当該レーダ装置の動作中に、間欠的に前記フィードバック制御および前記送信増幅器の駆動条件を設定する駆動時設定動作を行う請求項６に記載のレーダ装置。

Images