JP4475284B2 - Ａｄ変換器の故障検出装置 - Google Patents

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

外部から出力されるクロック（外部クロック）に同期してＡＤ変換するＡＤ変換器では、クロック線が断線した場合、外部クロックに対し非同期で、かつランダムなタイミングでＡＤ変換したデータを出力することがあるため、ＡＤ変換器の故障を検出する必要がある。しかしながら、上記特許文献１に記載のものは、クロック線の断線によるＡＤ変換器の故障を検出するものではない。また、３チャンネル以上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るため、２チャンネル以下の入力端子を有する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、外部クロックに同期してＡＤ変換するＡＤ変換器の故障を検出する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に記載のものは、外部から出力される外部クロックを入力し、その入力した外
部クロックに同期して、１つ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ＡＤ変換するＡＤ変換器の故障検出装置であって、
外部クロックの周期が１周期経過するまでの間に、ＡＤ変換器の変換したデジタルデータ
を複数個取得し、その取得した複数のデジタルデータが１つでも異なる場合に、ＡＤ変換
器の故障と判断する故障判断手段を備え、
ＡＤ変換器は、
外部クロックに同期した内部クロックを生成する入力回路を備え、
入力回路の生成した内部クロックに同期してアナログ信号をＡＤ変換するとともに、そのＡＤ変換したデジタルデータを出力するものであることを特徴とする。

外部クロックに同期してＡＤ変換するＡＤ変換器では、外部クロックの１周期毎にＡＤ変換し、そのＡＤ変換したデジタルデータは次の周期になるまで保持されるため、ＡＤ変換器が正常な状態であれば、外部クロックが１周期経過するまでの間、ＡＤ変換したデジタルデータに変化は見られない。

一方、外部クロックを入力するクロック線が断線した場合には、ＡＤ変換器の内部において、外部クロックに対し非同期で、かつランダムなタイミングでクロックが発生し、この非同期なクロックによってＡＤ変換が実行されるため、外部クロックが１周期経過するまでの間に、デジタルデータの変化が見られるようになる。

よって、外部クロックの周期が１周期経過するまでの間に、ＡＤ変換器の変換したデジタルデータを複数個取得し、その取得した複数のデジタルデータが１つでも異なる場合（デジタルデータに変化が見られた場合）には、ＡＤ変換器が故障しているものと判断することができる。

さらに、故障判断手段では、外部クロックを入力回路に入力するためのクロック線が断線することで、入力回路のインピーダンスが大きいために、電源の変動やノイズ重畳などによって外部クロックに対し非同期なクロックが発振された（発生した）場合に、ＡＤ変換器が故障したものと判断することができる。

請求項２の記載によれば、１つの入力チャンネルへ入力するアナログ信号を切り替える切り替え器を備え、
故障判断手段は、切り替え器により入力チャンネルへ入力するアナログ信号を切り替えた場合、入力チャンネルへ入力するアナログ信号を切り替える前のデジタルデータと、切り替えた後のデジタルデータとが１つでも同じ場合に、ＡＤ変換器の故障と判断することを特徴とする。

ＡＤ変換器が正常な状態であれば、入力チャンネルへ入力するアナログ信号を切り替えた場合、その切り替える前のデジタルデータと切り替えた後のデジタルデータとは異なる。一方、外部クロックを入力するクロック線が断線した場合には、ＡＤ変換器の内部において、外部クロックに対し非同期なクロックが発生し、この非同期なクロックによってＡＤ変換が実行されるため、入力チャンネルへ入力するアナログ信号を切り替えた場合であっても、同じデジタルデータを出力することがある。

よって、入力チャンネルへ入力するアナログ信号を切り替えた場合、その切り替え前後におけるデジタルデータが１つでも同じ場合（デジタルデータに変化が見られない場合）には、ＡＤ変換器が故障しているものと判断することができる。

請求項３の記載によれば、ＡＤ変換器は、ミリ波帯のレーダ波を送出し、その送出した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、入力チャンネルを１つのみ有する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。

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チャンネル備える分解能１０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。

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。すなわち、図２に示すように、受信アンテナＡＲの受信した反射レーダ波の信号は、増幅器ＡＭＰで所定倍に増幅され、受信信号ｆｒを発生する。

受信回路４は、各々の受信アンテナＡＲに対応したチャンネル（ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３）を切り替えるチャンネル切り替え器を備え、マイコン１０からチャンネル線２０を介して入力したチャンネル切り替え指示信号に従って、受信信号ｆｒとして出力すべきチャンネルを切り替える。

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、増幅器ＡＭＰ、ローパスフィルタＬＰＦを介して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チャンネル備える分解能１２ビットのＡＤ変換器であり、クロック線１８を介して入力した外部クロックに同期して、ビート信号を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、マイコン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。

なお、本実施形態では、マイコン１０の内部で外部クロック（サンプリング周期２００［ｍｓｅｃ］、デューティ比５０％のパルス信号）を生成するが、外部クロックを生成するためのタイマを別途設けてもよい。この場合、マイコン１０はタイマに対して計測開始の指示信号を出力し、タイマはマイコン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、計測を終了させればよい。

マイコン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。マイコン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。。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。

図２は、ＡＤ変換器８の内部構成を示すブロック図である。ＡＤ変換器８は、ＩＣ（Integrated Circuit）で構成され、入力回路８ａ、サンプル・ホールド（Ｓ＆Ｈ）回路８ｂ、比較器８ｃ、出力回路８ｄを備える。入力回路８ａは、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）で構成され、マイコン１０から出力される外部クロックを入力し、その入力した外部クロックに同期した内部クロックを生成する。この内部クロックは、Ｓ＆Ｈ回路８ｂと比較器８ｃに分配して出力される。

Ｓ＆Ｈ回路８ｂは、内部クロックに同期してスイッチング動作を実行する。このスイッチング動作により、スイッチＯＮ状態であるときには、ミキサ６からのビート信号の電荷がコンデンサに蓄えられ、一方、スイッチＯＦＦ状態であるときにはとなり、コンデンサに蓄えられた電荷が比較器８ｃに放出される。

比較器８ｃは、基準電圧（Ｒｅｆ）に対して、入力信号（アナログ）の電圧が高いか低いかを内部クロックに同期して比較する装置であり、これを複数個組み合わせることで、アナログ電圧をデジタル値へ変換する。出力回路８ｄは、比較器８ｃから入力した電圧に応じたビットパターンのデジタルデータをマイコン１０に出力する。

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。図３（ａ）は、ＡＤ変換器８が正常な場合の外部クロック、内部クロックの時間変化、及びデジタルデータが出力されるタイミングを示している。また、図３（ｂ）は、クロック線１８の断線によりＡＤ変換器８が故障した場合の外部クロック、内部クロックの時間変化、及びデジタルデータが出力されるタイミングを示している。なお、図３中のＡ、Ｂ及びＣは、図２におけるＡ、Ｂ及びＣに対応している。

図３（ａ）に示すように、ＡＤ変換器８が正常な場合には外部クロックと内部クロックとは同期し、ＡＤ変換器８は外部（内部）クロックの立ち上がりのタイミングでＡＤ変換を実施し、マイコン１０は外部（内部）クロックの立ち下がりのタイミングでデジタルデータの出力（デジタル出力）を取り込む。

一方、クロック線１８が断線した場合、例えば、プリント基板のパターン断線、ＩＣと基板とのはんだ付けの不良、入力回路８ａ自体の不良などによって断線した場合、入力回路８ａのインピーダンスが大きいために、入力回路８ａの電源Ｖｄｄの変動やノイズ重畳などによって外部クロックに対して非同期な内部クロックが発振（発生）する。そして、その内部クロックの立ち上がりのタイミングでＡＤ変換を実施し、マイコン１０はその立ち下がりのタイミングで、不定なデジタル出力や誤ったデジタル出力を取り込むことになる。

ここで、ＡＤ変換器８が正常である場合のデジタル出力の値に着目すると、図４（ａ）に示すように、外部（内部）クロックの立ち上がりのタイミングでＡＤ変換したデジタル出力は、外部（内部）クロックの次の周期の立ち上がりのタイミングまで（チャンネル切り替え器がチャンネルを次のチャンネルに切り替えるまで）、同じ値が保持される（データがかわらない）。つまり、ＡＤ変換器８が正常であれば、外部（内部）クロックが１周期経過するまでの間、ＡＤ変換したデジタル出力に変化は見られない。

そこで、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、外部クロックの立ち下がりのタイミングＴ０でデジタル出力ＤＴ０を取り込んだ後、外部クロックの次の周期の立ち上がりタイミングとなるまでの間、所定時間経過毎（例えば２０［ｍｓｅｃ］毎）にデジタル出力を取り込み（図４（ｂ）ではデジタル出力ＤＴ１、ＤＴ２）、デジタル出力ＤＴ０とデジタル出力ＤＴ１の値、あるいはデジタル出力ＤＴ０とデジタル出力ＤＴ２の値が異なる場合には、クロック線１８の断線によるＡＤ変換器８の故障と判断する。

ＦＭＣＷレーダ装置では、入力チャンネルを１つのみ有する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が、上述したように、ＡＤ変換器８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ようになる。

続いて、ＦＭＣＷレーダ装置における故障判断処理の動作を図５のフローチャートを用いて説明する。まず、ＦＭＣＷレーダ装置に電源が投入され、所定の初期化処理（マイコン１０の入出力ポートの初期化、ＲＯＭ、ＲＡＭチェック等）が終了すると、図５のステップＳ１では、外部クロック（１周期２００［ｍｓｅｃ］、デューティ比５０％とする）の立ち上がりタイミングとなった場合にステップＳ２へ処理を進める。

ステップＳ２では、外部クロックの立ち上がりタイミングから１００［ｍｓｅｃ］経過したかどうか判断する。このステップＳ２にて肯定判断した場合には、外部クロックの立ち下がりタイミングであるとしてステップＳ３へ処理を進め、否定判断した場合には１００［ｍｓｅｃ］経過するまで待機状態となる。ステップＳ３では、外部クロックの立ち下がりのタイミングＴ０におけるデジタル出力ＤＴ０を取り込む。

ステップＳ４では、前回のチャンネル、すなわち、チャンネル切り替え器が受信アンテナＡＲに対応したチャンネル（ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３）を切り替える前のチャンネルにて取り込んだデジタル出力と、ステップＳ３にて取り込んだデジタル出力ＤＴ０とが同じか（一致するか）どうかを判断する。なお、このステップＳ４は、上述した初期化処理の直後である場合、前回のチャンネルでのデジタル出力を取得していないため、チャンネルを切り替えた以降に実施するものである。

このステップＳ４にて肯定判断した場合にはステップＳ１２（ＡＤ変換器故障）へ処理を進め、否定判断した場合にはステップＳ５へ処理を進める。このステップＳ４では、ＡＤ変換器８が正常な状態であれば、受信アンテナＡＲに対応したチャンネルを切り替えた場合、その切り替える前のデジタル出力と切り替えた後のデジタル出力とは異なることから、否定判断（同じでないと判断）した場合にはＡＤ変換器８は正常であると判断する。

一方、クロック線１８が断線した場合には、ＡＤ変換器８の入力回路８ａにおいて、外部クロックに対し非同期な内部クロックが発生し、この非同期な内部クロックによってＡＤ変換が実行されるため、受信アンテナＡＲに対応したチャンネルを切り替えた場合であっても、同じ値のデジタル出力となることがある。

従って、ステップＳ４では、受信アンテナＡＲに対応したチャンネルを切り替えた場合、その切り替え前後におけるデジタル出力が同じ場合（デジタル出力の値に変化が見られない場合）には、ＡＤ変換器８が故障しているものと判断する。

ステップＳ５では、外部クロックの立ち下がりタイミングから２０［ｍｓｅｃ］（外部クロックの立ち上がりから１２０［ｍｓｅｃ］）経過したかどうか判断する。このステップＳ５にて肯定判断した場合にはステップＳ６へ処理を進め、否定判断した場合には２０［ｍｓｅｃ］経過するまで待機状態となる。ステップＳ６では、外部クロックの立ち下がりのタイミングＴ０から２０［ｍｓｅｃ］経過したときのデジタル出力ＤＴ１を取り込む。

ステップＳ７では、外部クロックの立ち下がりのタイミングＴ０におけるデジタル出力ＤＴ０の値と、外部クロックの立ち下がりのタイミングＴ０から２０［ｍｓｅｃ］経過したときのデジタル出力ＤＴ１の値とが同じである（一致している）かどうかを判断する。このステップＳ７にて肯定判断した場合にはステップＳ８へ処理を進め、否定判断した場合いはステップＳ１２（ＡＤ変換器故障）へ処理を移行する。

ステップＳ８では、外部クロックの立ち下がりタイミングから４０［ｍｓｅｃ］（外部クロックの立ち上がりから１４０［ｍｓｅｃ］）経過したかどうか判断する。このステップＳ８にて肯定判断した場合にはステップＳ９へ処理を進め、否定判断した場合には４０［ｍｓｅｃ］経過するまで待機状態となる。ステップＳ９では、外部クロックの立ち下がりのタイミングＴ０から４０［ｍｓｅｃ］経過したときのデジタル出力ＤＴ２を取り込む。

ステップＳ１０では、外部クロックの立ち下がりのタイミングＴ０におけるデジタル出力ＤＴ０の値と、外部クロックの立ち下がりのタイミングＴ０から４０［ｍｓｅｃ］経過したときのデジタル出力ＤＴ２の値とが同じである（一致している）かどうかを判断する。このステップＳ１０にて肯定判断した場合にはステップＳ１１へ処理を進め、否定判断した場合いはステップＳ１２（ＡＤ変換器故障）へ処理を移行する。

ステップＳ１１では、ＡＤ変換器８は正常な状態であるとして本処理を終了する。ステップＳ１２では、ＡＤ変換器８の故障を検出したとして、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録する。これにより、ダイアグコードの記録からＡＤ変換器８の故障診断が可能となる。

以上、説明したように、本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置は、外部クロックの立ち下がりタイミングＴ０におけるデジタル出力ＤＴ０と、その立ち下がりタイミングＴ０から外部クロックの次の周期の立ち上がりタイミングとなるまでの間に、立ち下がりタイミングＴ０から所定時間経過後のデジタル出力ＤＴ１、ＤＴ２を取得し、その取得したデジタル出力ＤＴ０とデジタル出力ＤＴ１又はＤＴ２とが同じでない（異なる）場合に、クロック線１８の断線によりＡＤ変換器８の故障と判断することができる。

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。

例えば、本実施形態の故障判断処理では、デジタル出力ＤＴ０とＤＴ１、及びＤＴ０とＤＴ２とが各々同じであるかどうかを判断しているが、この判断対象とするデジタル出力の組み合わせは、これに限定されるものではない。

例えば、図５のステップＳ１０にて、デジタル出力ＤＴ１とデジタル出力ＤＴ２とが同じ値であるかどうかを判断してもよい。すなわち、デジタル出力ＤＴ０、ＤＴ１、ＤＴ２のうち、１つでもその値が異なる場合にＡＤ変換器８の故障と判断すればよい。また、上記判断対象とするデジタル出力の個数は、デジタル出力ＤＴ０、ＤＴ１、ＤＴ２の３個に限らず、外部クロックの次の周期の立ち上がりタイミングとなるまでの間において、さらに増やしてもよい。

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。 ＡＤ変換器８の内部構成を示すブロック図である。 （ａ）はＡＤ変換器８が正常な場合の外部クロック、内部クロックの時間変化、及びデジタルデータが出力されるタイミングを示した図であり、（ｂ）はクロック線１８の断線によりＡＤ変換器８が故障した場合の外部クロック、内部クロックの時間変化、及びデジタルデータが出力されるタイミングを示した図である。 （ａ）はデジタルデータ（デジタル出力）の値が変わらない（同じ値である）時間帯（区間）を示す図であり、（ｂ）はデジタル出力ＤＴ０、ＤＴ１、ＤＴ２を取り込むタイミングを示した図である。 故障判断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 マイコン
１２ ＤＡ変換器
１４ 電圧制御発振器
１６ 分配器
１８ クロック線
２０ チャンネル線
ＡＳ 送信アンテナ
ＡＲ 受信アンテナ

Claims (3)

1. 外部から出力される外部クロックを入力し、その入力した外部クロックに同期して、１つ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ＡＤ変換するＡＤ変換器の故障検出装置であって、
   前記外部クロックの周期が１周期経過するまでの間に、前記ＡＤ変換器の変換したデジタルデータを複数個取得し、その取得した複数のデジタルデータが１つでも異なる場合に、前記ＡＤ変換器の故障と判断する故障判断手段を備え、
   前記ＡＤ変換器は、
   前記外部クロックに同期した内部クロックを生成する入力回路を備え、
   前記入力回路の生成した内部クロックに同期して前記アナログ信号をＡＤ変換するとともに、そのＡＤ変換したデジタルデータを出力するものであることを特徴とするＡＤ変換器の故障検出装置。
2. 前記１つの入力チャンネルへ入力するアナログ信号を切り替える切り替え器を備え、
   前記故障判断手段は、前記切り替え器により前記入力チャンネルへ入力するアナログ信号を切り替えた場合、前記入力チャンネルへ入力するアナログ信号を切り替える前のデジタルデータと、切り替えた後のデジタルデータとが１つでも同じ場合に、前記ＡＤ変換器の故障と判断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、ミリ波帯のレーダ波を送出し、その送出した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。

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