JP2017192018A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変換される信号の周波数に関わらず、中間周波数帯の回路ブロックについて周波数特性をテストできる受信装置を提供する。【解決手段】低周波信号生成器２４は、中間周波数信号への変換に使用されるローカル周波数信号ｆＬＯよりも周波数が低い低周波信号ｆＩＦを生成し、ミクサ２６は、その低周波信号ｆＩＦと、ローカル周波数信号ｆＬＯと同じ周波数の信号とを混合してテスト信号ｆｔｅｓｔを生成する。テスト信号ｆｔｅｓｔと受信信号を増幅する増幅器２０の入力部とを結合器２７により結合させ、制御部３は、テスト信ｆｔｅｓｔ号を用いて増幅器２０，ミクサ２１及び中間周波数帯増幅器２３を有する受信部１３の動作をテストする。【選択図】図１

Description

本発明は、受信信号をローカル周波数信号と混合して中間周波数信号に変換する機能を備えた受信装置に関する。

受信信号をローカル周波数信号と混合して中間周波数信号に変換する受信装置に関する従来技術として、非特許文献１がある。この技術では、ミリ波帯のBIST（Bilt-In-Self-Test）信号が、送受信機のローカル信号と共通の信号源から生成された同じ周波数を有する信号であり、受信機でローカル信号によりダウンコンバートされた信号は、直流成分しか持たないＤＣ信号に変換される。これは所謂ダイレクトコンバージョン方式である。

"A High-Linerity 76-85-GHz 16-Element 8-Transmit/8-Receive Phased-Array Chip With High Isolation and Flip-Chip Packaging," IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 62, no 10, pp. 2337-2355, Oct. 2014.

しかしながら、ダウンコンバートされた信号が直流成分しか持たない場合、中間周波数帯の回路ブロックについては、周波数特性をテストすることができないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、変換される信号の周波数に関わらず、中間周波数帯の回路ブロックについて周波数特性をテストできる受信装置を提供することにある。

請求項１記載の受信装置によれば、低周波信号生成部は、中間周波数信号への変換に使用されるローカル周波数信号よりも周波数が低い低周波信号を生成し、テスト信号生成部は、その低周波信号と、ローカル周波数信号と同じ周波数の信号とを混合してテスト信号を生成する。そして、テスト信号と受信信号を増幅する増幅器の入力部とを結合器により結合させ、制御部は、テスト信号を用いて増幅器，周波数変換部及び中間周波数帯増幅器を有する受信部の動作をテストする。

このように構成すれば、結合器を介してテスト信号を入力した際に、周波数変換部により変換されて出力される信号は、前記低周波信号の周波数を有するものとなる。つまり、テスト時には既定の周波数の信号が得られるようになるので、周波数変換部により変換される中間周波数信号の周波数に関わらず、受信部の動作をテストすることが可能になる。

第１実施形態であり、ＩＣの構成を中心に示す機能ブロック図 受信部及び受信ＢＩＳＴ部における各周波数信号の具体数値例，及びパワースぺクトルを示す図 車載ミリ波レーダシステムの構成を示す図 制御部によるＢＩＳＴ処理の内容を示すフローチャート 第２実施形態であり、ＩＣの構成を中心に示す機能ブロック図 第３実施形態であり、ＩＣの構成を中心に示す機能ブロック図 第４実施形態であり、ＩＣの構成を中心に示す機能ブロック図 第５実施形態であり、ＩＣの構成を中心に示す機能ブロック図 第６実施形態であり、ＩＣの構成を中心に示す機能ブロック図 第７実施形態であり、ＩＣの構成を中心に示す機能ブロック図 第８実施形態であり、ＩＣの構成を中心に示す機能ブロック図 第９実施形態であり、ＩＣの構成を中心に示す機能ブロック図

（第１実施形態）
図３に示すように、本実施形態の車載ミリ波レーダシステム１は、ＩＣ２，信号処理を行うと共にＩＣ２を制御する制御部３を備えている。制御部３は、車両の安全制御を行う制御ユニット４との間でデータの転送を行う。制御ユニット４は、車両の各部に配置されている他の制御ユニットとの間で、車載ＬＡＮ等により通信を行う。

ＩＣ２には、基準クロック生成部５により生成された基準クロック信号ｆｃｌｋが入力されている。基準クロック信号ｆｃｌｋは、内部のＰＬＬ（Phase Locked Loop）周波数シンセサイザ６に与えられている。尚、以下において、信号の名称は、対応する信号の周波数を示すことがある。周波数シンセサイザ６は、ＩＣ２において使用するローカル周波数信号ｆＬＯの周波数をＮ分周した信号ｆＬＯ／Ｎを生成し、以下に述べるよう各部に出力する。

また、ＩＣ２は回路制御レジスタ７を備えており、制御部３は、回路制御レジスタ７を介してＩＣ２の各部を制御する。制御部３と回路制御レジスタ７との間では、例えばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）やＩ^２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）などの通信規格によりデータを転送するが、用いる通信規格はこれらに限ることはない。

ＩＣ２は、送信部１１，受信部１２及び受信ＢＩＳＴ部１３を備えている。送信部１１は、信号ｆＬＯ／Ｎを逓倍器１４により受けることでＮ逓倍し、周波数ｆＬＯの信号を、移相器１５を介してパワーアンプ１６に入力する。パワーアンプ１６は、入力された信号を増幅して送信アンテナ１７に出力し、送信アンテナ１７は、周波数ｆＬＯの電波信号を外部に送信する。

上記のようにして送信部１１により送信された電波信号は、例えば他の車両などのターゲット１８により反射され、その反射波が受信アンテナ１９により受信される。受信部１２は、受信アンテナ１９により受信された信号を低雑音増幅器２０により増幅してミクサ２１に入力する。

前記信号ｆＬＯ／Ｎは、受信部１２においても逓倍器２２によりＮ逓倍され、周波数ｆＬＯのローカル周波数信号が生成される。そのローカル周波数信号ｆＬＯはミクサ２１に入力されて、低雑音増幅器２０により増幅された信号と混合される。ミクサ２１より出力される信号は中間周波数信号となり、その中間周波数信号は、増幅利得が可変である中間周波数帯増幅器２３により増幅されて制御部３に入力される。

中間周波数信号は、制御部３に内蔵されている図示しないＡ／ＤコンバータによりＡ／Ｄ変換されて読み込まれる。尚、図１に示すように、実際の受信部１２は、複数，例えば４つの受信チャネル（１）〜（４）を備えて構成されている。また、図１では、制御ユニット４及び送信部１１の図示を省略している。

受信ＢＩＳＴ部１３は、受信部１２の周波数特性をテストするために使用されるテスト信号ｆｔｅｓｔを生成するため、基準クロック信号ｆｃｌｋをテスト信号生成器２４により分周して低周波数信号ｆＩＦを生成する。また受信ＢＩＳＴ部１３は、周波数シンセサイザ６により生成された分周信号ｆＬＯ／Ｎを逓倍器２５によりＮ逓倍し、ローカル周波数信号ｆＬＯと周波数が同一の信号を生成する。これらの信号は、ミクサ２６に入力されて混合されることでテスト信号ｆｔｅｓｔが生成される。テスト信号ｆｔｅｓｔは、結合器２７を介して低雑音増幅器２０の入力端子に入力される。ミクサ２６は、テスト信号生成部に相当する。

例えば図２に示すように、基準クロック信号の周波数ｆｃｌｋを５２ＭＨｚとし、ローカル周波数信号の周波数ｆＬＯを８０ＧＨｚとする。この時、周波数シンセサイザ６は、基準クロック信号を用いて周波数４０ＧＨｚの信号ｆＬＯ／２を生成する。信号ｆＬＯ／２は、逓倍器２２で２逓倍されてローカル周波数信号ｆＬＯとなる。また、受信ＢＩＳＴ部１３においても、信号ｆＬＯ／２は、逓倍器２５で２逓倍されて周波数がローカル周波数信号に等しい信号ｆＬＯが生成される。

送信部１１より送信される信号の周波数は８０ＧＨｚであり、受信部１２のミクサ２１に入力されるローカル周波数信号ｆＬＯの周波数は８０ＧＨｚである。したがって、ミリ波レーダシステム１を構成する送受信機であるＩＣ２は、ミクサ２１より出力される中間周波数信号が直流成分のみとなるダイレクトコンバージョン方式を採用している。

例えば、ミリ波レーダシステム１の通常動作では、周波数シンセサイザ６により生成されたレーダ用変調信号（ＦＭＣＷ）がターゲット１８で反射される。その反射波を受信部１２で受信した際にミクサ２１より出力される中間周波数信号は、距離に応じた時間差分だけ周波数が異なるレーダ用変調信号でダウンコンバートされ、その時間差分に応じた周波数成分のみが得られる。

受信ＢＩＳＴ部１３では、基準クロック信号ｆｃｌｋを低周波信号生成器２４により１０００分周して周波数５２ｋＨｚの低周波数信号ｆＩＦを生成する。ミクサ２６では、信号ｆＬＯと低周波数信号ｆＩＦとが混合されるので、生成されるテスト信号ｆｔｅｓｔの周波数は（８０ＧＨｚ±５２ｋＨｚ）となる。したがって、受信部１２にテスト信号ｆｔｅｓｔのみが入力されていれば、ミクサ２１より出力される信号の周波数は５２ｋＨｚとなる。ここで、アップコンバート用のミクサ２６にダブルバランスミクサを用いれば、図２中に示すようにローカル周波数の信号成分ｆＬＯのレベルを抑圧できる。

次に、本実施形態の作用について説明する。図４に示すように、制御部３は、周波数シンセサイザ６及び受信部１２がＯＮしている受信モードの状態から、受信ＢＩＳＴ部１３をＯＮにしてＢＩＳＴモードに移行し（Ｓ１）テスト項目を設定する（Ｓ２）。テスト項目の一例を以下に示す。
・テスト信号ｆｔｅｓｔを受信部１２に入力した際に、受信部１２の出力である中間周波数信号ｆＩＦの電圧振幅が所望の特性の許容範囲内か。
・本実施形態のように受信部１２を多チャンネル集積したＩＣ２において、各チャンネル１２（１）〜１２（４）の中間周波数信号ｆＩＦの電圧振幅が、所望の特性の許容範囲内で揃っているか。
・中間周波数信号ｆＩＦの電圧振幅の周波数特性が、所望の周波数特性の許容範囲内か。つまり、所望のフィルタ特性，カットオフ周波数が得られているか。

続いて、前記テスト項目に応じた周波数シンセサイザ６の設定を行い、ＢＩＳＴで使用するローカル周波数信号ＬＯを設定する（Ｓ３）。このとき、無変調のＣＷ（Continuous Wave）信号の場合はその信号の周波数を、また、レーダ用変調信号（ＦＭＣＷ）の場合は変調周波数範囲，変調周期を設定する。

次に、受信部１２の回路パラメータ，つまり受信部１２を構成する各回路ブロックの利得や周波数特性（フィルタのカットオフ周波数），バイアス値等を設定すると（Ｓ４）、受信ＢＩＳＴ回路１３を構成する低周波信号生成器２４を設定する（Ｓ５）。本実施形態では、低周波信号生成器２４の分周比は固定であるから、ここでは低周波信号の振幅のみを設定する。上述のように、低周波信号の周波数ｆＩＦが受信部１２のミクサ２１より出力される信号の周波数と同じ値になることで、中間周波数帯増幅器２３の周波数帯域特性をセルフテストすることができる。

各種設定が終了したら、ＢＩＳＴを開始する（Ｓ６）。すなわち、中間周波数信号や受信部１２を介して得られる受信信号について、制御部３が所望の特性を満たしているか否かを判定する。このテストの判定結果が不良であれば（Ｓ７，ＮＯ）、受信部１２を構成する各回路ブロックの設定パラメータを変更することで改善可能か否か、回路調整可否を判定する（Ｓ１１）。そして、調整可能であれば（ＹＥＳ）、パラメータ設定を変更して（Ｓ１４）ステップＳ２に戻る。これにより、受信部１２の故障発生の有無だけでなく、ミリ波信号受信特性（利得、周波数）を判定し、受信部１２の各回路ブロックの調整機能を用いて所望のミリ波信号受信特性が得られるように校正，調整する。

一方、ステップＳ１１において回路調整が不可であれば（ＮＯ）、不良テスト項目／条件，及びテスト結果を保存して（Ｓ１２）必要なテスト項目が完了したか否かを判定する（Ｓ１３）。必要なテスト項目が完了していなければ（ＮＯ）ステップＳ２に戻る。また、ステップＳ７において、テストの判定結果が良であれば（ＹＥＳ）、良テスト項目／条件，及びテスト結果を保存し（Ｓ８）、必要なテスト項目が完了したか否かを判定する（Ｓ９）。必要なテスト項目が完了していなければ（ＮＯ）ステップＳ２に戻る。
ステップＳ９又はＳ１３において、必要なテスト項目が完了していれば（ＹＥＳ）、受信ＢＩＳＴ回路１３をＯＦＦすることで受信ＢＩＳＴを終了し（Ｓ１０）、受信モードに戻る。

以上のように本実施形態によれば、低周波信号生成器２４は、中間周波数信号への変換に使用されるローカル周波数信号ｆＬＯよりも周波数が低い低周波信号ｆＩＦを生成し、ミクサ２６は、その低周波信号ｆＩＦと、ローカル周波数信号ｆＬＯと同じ周波数の信号とを混合してテスト信号ｆｔｅｓｔを生成する。そして、テスト信号ｆｔｅｓｔと受信信号を増幅する増幅器２０の入力部とを結合器２７により結合させ、制御部３は、テスト信ｆｔｅｓｔ号を用いて増幅器２０，ミクサ２１及び中間周波数帯増幅器２３を有する受信部１３の動作をテストする。

このように構成すれば、結合器２７を介してテスト信号ｆｔｅｓｔを入力した際に、ミクサ２１により変換されて出力される信号は、低周波信号ｆＩＦの周波数を有するものとなる。つまり、テスト時には既定の周波数ｆＩＦの信号が得られるようになるので、通常の通信動作においてミクサ２１により変換される中間周波数信号の周波数に関わらず、受信部１３の動作をテストすることが可能になる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図５に示すように、第２実施形態のミリ波レーダシステム３１は、ＩＣ２がＩＣ３２に置き換えられている。ＩＣ３２は、受信部３３において、中間周波数帯増幅器２３の出力部にＡ／Ｄ変換器３４を備えている。したがって、制御部３５は、自身がＡ／Ｄ変換器を内蔵せずとも、ＩＣ３２より受信信号をデジタルデータとして取得することができる。

（第３実施形態）
図６に示すように、第３実施形態のミリ波レーダシステム４１は、第２実施形態のシステム３１におけるＩＣ３２がＩＣ４２に置き換えられている。ＩＣ４２は、受信ＢＩＳＴ部４３が、低周波信号生成器２４をプログラマブル分周器４４に置き換えたもので構成されている。この場合、第１実施形態の図４に示すステップＳ５において、制御部３５がプログラマブル分周器４４に分周比を適宜設定する。以上のように構成される第３実施形態によれば、受信ＢＩＳＴ部４３にプログラマブル分周器４４を備えるので、低周波信号ｆＩＦの周波数を任意に変更することができる。

（第４実施形態）
図７に示すように、第４実施形態のミリ波レーダシステム４１Ａは、第３実施形態のシステム４１においてプログラマブル分周器４４に入力されるクロック信号が、基準クロック信号ｆｃｌｋに換えて、周波数シンセサイザ６より出力される信号ｆＬＯ／Ｎとなっている。この場合、各周波数の一例が第１実施形態の図２に示すものと同様であれば、プログラマブル分周器４４に設定する分周比を（１３／１０００００００）とすれば良い。

このようにプログラマブル分周器４４に入力されるクロック信号を、基準クロック信号ｆｃｌｋに換えて、周波数シンセサイザ６より出力される信号ｆＬＯ／Ｎにすることで、基準クロック信号ｆｃｌｋ周波数より高い周波数を生成することができる。

（第５実施形態）
図８に示すように、第５実施形態のミリ波レーダシステム５１は、第２実施形態のシステム３１におけるＩＣ３２がＩＣ５２に置き換えられている。ＩＣ５２は、受信ＢＩＳＴ部５３が、低周波信号生成器２４をＰＬＬ周波数シンセサイザ５４に置き換えたもので構成されている。以上のように構成される第５実施形態によれば、ＰＬＬ周波数シンセサイザ５４により、低周波信号ｆＩＦの設定をより柔軟に行うことができる。

（第６実施形態）
図９に示すように、第６実施形態のミリ波レーダシステム６１は、第２実施形態のシステム３１におけるＩＣ３２がＩＣ６２に置き換えられている。ＩＣ６２では、受信ＢＩＳＴ部６３において、ミクサ２６と各受信チャネル３３（１）〜３３（４）との間に、スイッチ回路６４（１）〜６４（４）が配置されている。スイッチ回路６４は例えばアナログスイッチ等で構成され、制御部３５が回路制御レジスタ６５を介してそのＯＮ／ＯＦＦを制御可能となっている。スイッチ回路６４は出力停止部に相当する。

このようにスイッチ回路６４（１）〜６４（４）を配置することで、ミリ波レーダシステム１の通常動作おいて、スイッチ回路６４をＯＦＦにすることで、各受信チャネル３３（１）〜３３（４）間のアイソレーションを高めることができる。例えば、スイッチ回路６４（１）〜６４（４）がない場合、各受信チャネル１２（１）〜１２（４）間のアイソレーションは、２つの結合器２７のカップリング量でほぼ決まる。

尚、スイッチ回路６４をテスト信号ｆｔｅｓｔが伝送される線路に対して、図９に示すように直列に接続する方法でも良いし、並列にＤＣカットコンデンサを介してグランドとの間に接続し、結合器２７の入力端子をグランドレベルに落として前記信号の入力を阻止しても良い。

（第７実施形態）
図１０に示すように、第７実施形態のミリ波レーダシステム７１は、第６実施形態のシステム６１におけるＩＣ６２がＩＣ７２に置き換えられている。ＩＣ７２では、受信ＢＩＳＴ部７３において、スイッチ回路６４（１）〜６４（４）に替えて増幅器７４（１）〜７４（４）が配置されている。増幅器７４は、制御部３５が回路制御レジスタ６５を介して増幅動作を停止可能に構成されており、出力停止部に相当する。

このように増幅器７４（１）〜７４（４）を配置することで、ミクサ２６から各受信チャネル３３（１）〜３３（４）までの接続線路の損失や、結合器２７の損失により減衰したテスト信号ｆｔｅｓｔを増幅できる。また、制御部３５が、第６実施形態と同様にミリ波レーダシステム１の通常動作おいて、増幅器７４をＯＦＦさせることで、各受信チャネル３３（１）〜３３（４）間のアイソレーションを高めることができる。

（第８実施形態）
図１１に示すように、第８実施形態のミリ波レーダシステム８１は、第７実施形態のシステム７１におけるＩＣ７２がＩＣ８２に置き換えられている。ＩＣ８２では、受信８３において、ミクサ２１と中間周波数増幅器２３との間にハイパスフィルタ８４を備えている。このように構成すれば、ミクサ２１より出力される信号に含まれる不要な低周波成分をハイパスフィルタ８４により除去できる。

（第９実施形態）
図１２に示すように、第９実施形態のミリ波レーダシステム８１Ａは、第８実施形態のシステム８１におけるＩＣ８２がＩＣ８２Ａに置き換えられている。ＩＣ８２Ａでは、受信ＢＩＳＴ部７３Ａにおいて、増幅器７４の接続位置が第８実施形態と異なるだけである。第９実施形態では、ミクサ２６の出力端子に４つの増幅器７４（１）〜７４（４）が直列に接続されており、各増幅器７４（１）〜７４（４）の出力端子と、対応する結合器２７（１）〜２７（４）の入力端子とがそれぞれ接続されている。以上のように構成される第９実施形態によれば、第８実施形態と同様の効果が得られる。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
受信チャネルの数は「４」に限らず、「３」以下又は「５」以上，例えば８チャネルや１６チャネル等であっても良い。また、必ずしも複数の受信チャネルを備える必要はない。
ステップＳ７で「ＮＯ」と判断した場合に、ステップＳ１４は必要に応じて実行すれば良い。
ダイレクトコンバージョン方式を行うものに限らず、適用が可能である。
また、車載ミリ波レーダシステムに適用するものに限らず、受信系においてダウンコンバートを行う受信装置であれば適用が可能である。
周波数の具体数値については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。

１ 車載ミリ波レーダシステム、３ 制御部、５ 基準クロック生成部、６ ＰＬＬ周波数シンセサイザ、１１ 送信部、１２ 受信部、１３ 受信ＢＩＳＴ部、１９ 受信アンテナ、２０ 低雑音増幅器、２１ ミクサ、２３ 周波数帯増幅器、２６ ミクサ。

Claims (12)

1. 受信アンテナ（１９）で受信した受信信号を増幅する増幅器（２０）と、
   ローカル周波数信号を生成する周波数信号生成部（５，６，２２）と、
   前記増幅器により増幅された信号と前記ローカル周波数信号とを混合して中間周波数信号に変換する周波数変換部（２１）と、
   前記中間周波数信号を増幅する中間周波数帯増幅器（２３）と、
   前記ローカル周波数信号よりも周波数が低い低周波信号を生成する低周波信号生成部（２４，４４，５４）と、
   前記低周波信号と、前記ローカル周波数信号と同じ周波数の信号とを混合してテスト信号を生成するテスト信号生成部（２６）と、
   前記テスト信号と前記増幅器の入力部とを結合させる結合器（２７）と、
   前記テスト信号を用いて、前記増幅器，前記周波数変換部及び前記中間周波数帯増幅器を有する受信部（１２，３３，８３）の動作をテストする制御部（３，３５）とを備える受信装置。
2. 前記制御部は、前記テストの結果より、前記受信部の動作が所望の周波数特性を満たしていないと判断すると、前記周波数特性を満たすように周波数調整制御，及び／又は前記増幅器若しくは前記中間周波数帯増幅器の利得調整制御を行う請求項１記載の受信装置。
3. 前記中間周波数信号を、Ａ／Ｄ変換して前記制御部に入力するＡ／Ｄ変換器（３４）を備える請求項１又は２記載の受信装置。
4. 前記低周波信号生成部は、前記周波数信号生成部に入力される基準クロック信号から、前記低周波信号を生成する周波数シンセサイザ（５４）で構成される請求項１から３の何れか一項に記載の受信装置。
5. 前記低周波信号生成部は、前記周波数信号生成部に入力される基準クロック信号を分周する分周比の設定が、前記制御部により変更可能な分周器（４４）で構成される請求項１から３の何れか一項に記載の受信装置。
6. 前記低周波信号生成部は、前記周波数信号生成部より出力される信号を分周する分周器で構成される請求項１から３の何れか一項に記載の受信装置。
7. 前記テスト信号生成部と前記結合器との間に、前記テスト信号の出力を停止させる出力停止部（６４，７４）を備える請求項１から６の何れか一項に記載の受信装置。
8. 前記受信部は、複数の受信チャネルを備え、
   前記出力停止部は、前記テスト信号生成部と前記複数の受信チャネルに対応する結合器との間の線路にそれぞれ配置されている請求項７記載の受信装置。
9. 前記出力停止部は、スイッチ（６４）である請求項７又は８記載の受信装置。
10. 前記出力停止部は、増幅動作を停止可能な増幅器（７４）である請求項７又は８記載の受信装置。
11. 前記周波数変換部と前記中間周波数帯増幅器との間に、ハイパスフィルタ（８４）を備える請求項１から１０の何れか一項に記載の受信装置。
12. 車載ミリ波レーダシステム（１，２１，３１，４１，４１Ａ，５１，６１，７１，８１，８１Ａ）に適用される請求項１から１１の何れか一項に記載の受信装置。

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