JP5185552B2 - Millimeter-wave transceiver module - Google Patents
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Description
この発明は、車載ミリ波レーダで用いられるミリ波送受信モジュールに関し、特に変調幅の異なる複数の周波数変調された高周波信号の送受信を可能にするミリ波送受信モジュールに関する。 The present invention relates to a millimeter-wave transceiver module used in an in-vehicle millimeter-wave radar, and more particularly to a millimeter-wave transceiver module that enables transmission and reception of a plurality of frequency-modulated high-frequency signals having different modulation widths.
車載ミリ波レーダは、ミリ波帯の電磁波を使用し、前方の車両との距離、相対速度の検知によって、クルーズコントロールや衝突不可避時のドライバーへの被害軽減などの安全性対策に適用されている。 In-vehicle millimeter-wave radar uses millimeter-wave electromagnetic waves and is applied to safety measures such as cruise control and mitigation of damage to drivers when collisions are unavoidable by detecting the distance to the vehicle ahead and relative speed. .
このミリ波レーダは、FM−CW(周波数変調連続波:Frequency Modulated Continuous Wave)のミリ波帯電波を前方に向けて放射し、先行車両にあたって跳ね返ってくる受信波と送信波との差からビート周波数を求め、そのビート周波数を使って目標までの距離および相対速度を算出する。 This millimeter wave radar radiates FM-CW (Frequency Modulated Continuous Wave) millimeter wave toward the front and beat frequency from the difference between the received wave and the transmitted wave that bounce off the preceding vehicle. And the distance to the target and the relative speed are calculated using the beat frequency.
このようなミリ波レーダで用いられるミリ波送受信モジュールは、周波数変調された高周波信号を発生する電圧制御発振回路(以降、「VCO」と記す)を備えるが、上記したビート周波数の発生を可能にするため、VCOに変調電圧として三角波電圧信号を与え、周波数が、時間と共に上昇する上昇変調信号と時間と共に下降する下降変調信号とで構成される高周波信号であるFM−CW信号を発生するようになっている。 A millimeter-wave transceiver module used in such a millimeter-wave radar includes a voltage-controlled oscillation circuit (hereinafter referred to as “VCO”) that generates a frequency-modulated high-frequency signal, but can generate the beat frequency described above. Therefore, a triangular wave voltage signal is applied to the VCO as a modulation voltage, and an FM-CW signal that is a high-frequency signal composed of an ascending modulation signal whose frequency increases with time and a descending modulation signal whose frequency decreases with time is generated. It has become.
なお、ミリ波レーダにおいては、この周波数変調された高周波信号の変調幅は、一定であることが必要であるが、VCOは、個体差が有り、また環境温度の影響を受け易いので、その個体差や環境温度の影響を補正してVCOが発生するFM−CW信号の変調幅を一定にする方策として、VCOに与える三角波電圧信号をD/A出力するディジタルアナログ変換器(以降、「DAC」と記す)に与える前記三角波電圧信号のディジタルデータに出力時間指定を追加し、DACの出力時間間隔を変化させる方法が提案されている(例えば特許文献1等)。 In the millimeter wave radar, the modulation width of the frequency-modulated high-frequency signal needs to be constant, but the VCO has individual differences and is easily affected by the environmental temperature. As a measure to make the modulation width of the FM-CW signal generated by the VCO constant by correcting the influence of the difference and the environmental temperature, a digital-to-analog converter (hereinafter referred to as “DAC”) that outputs a triangular wave voltage signal applied to the VCO. A method is proposed in which an output time designation is added to the digital data of the triangular wave voltage signal given to (2) and the output time interval of the DAC is changed (for example, Patent Document 1).
ところで、ミリ波レーダにおいては、上記した周波数変調幅を複数設けることができれば、測距距離に応じた目標物の検出性能を向上させることができる。この周波数変調幅を複数設けることを可能にするミリ波送受信モジュールの開発では、全ての変調幅においてDACの分解能を有効に活用できること、かつ、コストアップも最小限に抑えることが必要である。 By the way, in the millimeter wave radar, if a plurality of the above-described frequency modulation widths can be provided, it is possible to improve the target detection performance according to the distance measurement distance. In the development of a millimeter-wave transmission / reception module that can provide a plurality of frequency modulation widths, it is necessary to effectively utilize the resolution of the DAC in all the modulation widths and to minimize the cost increase.
しかし、DACに与える三角波電圧信号のディジタルデータを変調幅毎に異ならせるようにすると、DACの分解能を充分に活用できない場合が生ずるので、ミリ波レーダの当該変調幅での検出性能に影響を与えることが起こる。また、DACは他の回路部品よりも高価であるので、コストアップの原因となる。 However, if the digital data of the triangular wave voltage signal applied to the DAC is varied depending on the modulation width, the resolution of the DAC may not be fully utilized, which affects the detection performance of the millimeter wave radar with the modulation width. Things happen. Further, since the DAC is more expensive than other circuit components, it causes an increase in cost.
具体的に説明する。当初、VCOに与える三角波電圧信号が0〜1Vで、DACが1V用に8ビット分解能であるレーダ機器を想定する。このようなレーダ機器に対し、VCOに与える三角波電圧信号が0〜3Vである新たな変調幅を設定することにする。DACに与える三角波電圧信号のディジタルデータを変調幅が小の1V用と変調幅が大の3V用とで異ならせると、当初のDACは変調幅が小の1V用に8ビットの分解能であるので、変調幅が大の3Vに対して同じ分解能を有するためには、3ビット追加した11ビットのDACに置き換える必要がなる。そうすると、変調幅が小の1Vでは、11ビットの分解能のうち8ビットしか活用しておらず、DACの分解能を充分に活用できなくなる。また、DACの価格は、ビット数が増えると、さらに高価になる。 This will be specifically described. Initially, a radar device is assumed in which the triangular wave voltage signal applied to the VCO is 0 to 1 V, and the DAC is 8-bit resolution for 1 V. A new modulation width in which the triangular wave voltage signal applied to the VCO is 0 to 3 V is set for such a radar device. If the digital data of the triangular wave voltage signal applied to the DAC is different for 1V with a small modulation width and 3V with a large modulation width, the original DAC has an 8-bit resolution for 1V with a small modulation width. In order to have the same resolution with respect to 3V having a large modulation width, it is necessary to replace it with an 11-bit DAC with 3 bits added. Then, at 1V with a small modulation width, only 8 bits out of the 11-bit resolution are used, and the DAC resolution cannot be fully used. Also, the price of the DAC becomes more expensive as the number of bits increases.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、VCOに変調幅の異なる複数の周波数変調された高周波信号を発生させる制御を、全ての変調幅においてDACの分解能を充分に活用することができ、かつ、コストアップも最小限に抑える形で行うことができる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 the control for generating a plurality of frequency-modulated high frequency signals having different modulation widths in the VCO can fully utilize the resolution of the DAC in all modulation widths. And it aims at obtaining the millimeter wave transmission / reception module which can be performed in the form which suppresses cost increase to the minimum.
上述した目的を達成するために、この発明は、上昇および下降する変調電圧デジタル信号を出力する制御部と、該変調電圧デジタル信号をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換部と、ディジタルアナログ変換部から出力される変調電圧に基づき周波数変調された高周波信号を発生する発振回路と、前記高周波信号を受信して処理する受信回路とを備えるミリ波送受信モジュールにおいて、前記制御部は、複数の変調幅を択一選択する変調幅切替信号を出力するともに、選択する変調幅とは無関係に、前記ディジタルアナログ変換部がほぼフルスケールを使って変換できる変調電圧デジタル信号をディジタルアナログ変換部に出力し、前記ディジタルアナログ変換手段の出力電圧に対する割合である変換ゲインが前記複数の変調幅に対応してそれぞれ異なる値として複数個設定され、前記変調幅切替信号に対応する変換ゲインを選択し、選択した変換ゲインを用いて前記ディジタルアナログ変換手段の出力レベルを変化させて前記発振回路に与えるゲイン変換部を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present invention includes a control unit that outputs a rising and falling modulated voltage digital signal, a digital / analog converting unit that converts the modulated voltage digital signal into an analog signal, and a digital / analog converting unit. In a millimeter-wave transceiver module including an oscillation circuit that generates a high-frequency signal that is frequency-modulated based on an output modulation voltage, and a reception circuit that receives and processes the high-frequency signal, the control unit has a plurality of modulation widths. Outputs a modulation voltage digital signal that can be converted using almost full scale regardless of the modulation width to be selected, and outputs a modulation voltage digital signal to the digital-analog conversion unit, regardless of the modulation width to be selected. A conversion gain, which is a ratio with respect to the output voltage of the digital-analog conversion means, is included in the plurality of modulation widths In response, a plurality of different values are set, a conversion gain corresponding to the modulation width switching signal is selected, and the output level of the digital-analog conversion means is changed using the selected conversion gain and given to the oscillation circuit. A gain conversion unit is provided.
この発明によれば、制御部は、複数の変調幅を択一選択する変調幅切替信号を出力するとともに、選択する変調幅とは無関係に、ディジタルアナログ変換部がほぼフルスケールを使って変換できる変調電圧デジタル信号をディジタルアナログ変換部に出力し、ゲイン変換部は、複数の異なる変換ゲインの中から変調幅切替信号に対応する変換ゲインを選択し、選択した変換ゲインを用いてディジタルアナログ変換部の出力レベルを変化させて周波数変調信号として発振回路に与えるようにしたので、複数の変調幅の全てにおいてディジタルアナログ変換手段の分解能を充分に活用することができ、かつ、コストアップも最小限に抑える形で行うことができるという効果を奏する。 According to the present invention, the control unit outputs a modulation width switching signal for selecting and selecting a plurality of modulation widths, and the digital / analog conversion unit can perform conversion using almost full scale regardless of the selected modulation width. The modulation voltage digital signal is output to the digital / analog conversion unit, and the gain conversion unit selects a conversion gain corresponding to the modulation width switching signal from a plurality of different conversion gains, and uses the selected conversion gain to convert the digital / analog conversion unit. Since the output level is changed and given to the oscillation circuit as a frequency modulation signal, the resolution of the digital-analog conversion means can be fully utilized in all of the plurality of modulation widths, and the cost increase is also minimized. There is an effect that it can be performed in a suppressed form.
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.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によ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。この発明の理解を容易にするため、まず、ミリ波送受信モジュールの基本的な構成と動作を説明し、その後、実施の形態1に関わる部分を説明する。
1 is a block diagram showing a configuration of a millimeter wave transceiver module according to
図1において、送信アンテナ1と受信アンテナ2は、FM−CWレーダが備えるアンテナである。ミリ波送受信モジュールは、基本的に、送信アンテナ1と受信アンテナ2とに接続される高周波回路3と、高周波回路3に接続される信号処理部4aおよびバイアス制御回路5とで構成されている。
In FIG. 1, a
高周波回路3は、基本要素として、信号処理部4aから送信指令であるVCO変調電圧(三角波電圧信号)を受けて周波数変調された高周波信号を発生するVCO10と、VCO10が出力する高周波信号の大部分を送信アンテナ1に与え、残りをミキサ12にローカル信号として与える方向性結合器11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(ダウンコンバート)するミキサ12と、ミキサ12の変換出力を増幅し受信信号として信号処理部4aに与えるビデオ増幅器13とを備えている。なお、高周波回路3の各要素は、MMIC(Microwave Monolithic IC)で構成されている。
The high-frequency circuit 3 has, as basic elements, a
信号処理部4aは、FM−CWレーダにおける送信処理と計測処理とを主に行う主回路部(以降「マイコン」と記す)15aと、マイコン15aからの送信指令(三角波電圧信号のディジタルデータ)をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換器(DAC)16と、DAC16が出力する階段状の三角波電圧信号を滑らかな三角波電圧信号に整形して高周波回路3のVCO10に与えるフィルタ17と、高周波回路3のビデオ増幅器13からの受信信号をディジタル信号に変換しマイコン15aに与えるアナログディジタル変換器(ADC)18とを備えている。
The
バイアス制御回路5は、マイコン15aのバイアス制御信号出力部20から送られてくる指令に従って高周波回路3内の各MMICに供給する各種のバイアス電圧を制御する。
The bias control circuit 5 controls various bias voltages supplied to the respective MMICs in the high-frequency circuit 3 in accordance with commands sent from the bias control
以上のように構成されるミリ波送受信モジュールを備えるFM−CWレーダでは、VCO10は、信号処理回路4aから三角波電圧信号であるVCO変調電圧を受けて、周波数が、一定期間上昇する上昇変調信号と一定期間下降する下降変調信号とからなる高周波信号であるFM−CW信号を発生する。このFM−CW信号の大部分が方向性結合器11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FM−CW信号は、ローカル信号としてミキサ12に供給される。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12に入力される。ミキサ12は、受信アンテナ2からの受信信号と方向性結合器11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13にて適宜レベルに増幅され、ADC18を介してマイコン15aに入力される。マイコン15a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。
In the FM-CW radar including the millimeter wave transmission / reception module configured as described above, the
さて、この実施の形態1によるミリ波送受信モジュールは、図1に示すように、信号処理部4aでは、マイコン15aにゲイン切替信号出力部21が設けられ、フィルタ17とVCO10との間にゲイン変換回路19aが設けられている。
As shown in FIG. 1, the millimeter wave transceiver module according to the first embodiment includes a gain switching
マイコン15aは、VCO10に発生させる周波数変調された高周波信号の複数の変調幅を管理する機能と、基本となる三角波電圧信号のディジタルデータをADC18に出力するのと並行して、前記複数の変調幅のそれぞれを指定する切替信号、別言すれば複数の変調幅を択一選択する変調幅切替信号をゲイン切替信号出力部21からゲイン変換回路19aに出力する機能とが追加されている。
The
複数の変調幅は、この実施の形態1では、第1の変調幅と第2の変調幅の2つとしているので、ゲイン切替信号出力部21からゲイン変換回路19aに出力する切替信号は、2値のレベル信号である。
In the first embodiment, the plurality of modulation widths are the first modulation width and the second modulation width. Therefore, the switching signal output from the gain switching
ゲイン変換回路19aは、第1の変調幅と第2の変調幅にそれぞれ対応して、DAC16の出力電圧に対する割合である変換ゲイン(1/n1,1/n2)が予め定められ、フィルタ17から送られてくる基本三角波電圧信号を、マイコン15aから送られてくる切替信号が示す第1の変調幅と第2の変調幅のそれぞれで異なる値の変換ゲイン(1/n1,1/n2)で大きさを切り替えてVCO10に与える。
The
このような動作を行うゲイン変換回路19aは、例えば演算増幅器を用いた負帰還増幅回路の帰還抵抗素子の値を変換ゲイン(1/n1,1/n2)に応じて定めておき、その抵抗値を切替信号が示す第1の変調幅と第2の変調幅とで切り替えることで実現できる。
The
以下、図2を参照して、VCO10が発生する周波数された高周波信号の変調幅を切り替える動作について説明する。図2は、周波数変調幅に応じてVCOに与える三角波電圧信号の大きさを切り替える動作を説明するタイムチャートである。
Hereinafter, an operation of switching the modulation width of the high frequency signal generated by the
図2(A):マイコン15aは、切り替える変調幅とは無関係に、DAC16がほぼフルスケールを使って変換できる基本三角波電圧信号のディジタルデータをDAC16に出力する。したがって、DAC16は、切り替える変調幅とは無関係に、常時、一定振幅の基本三角波電圧信号をフルスケール(図示例では、0〜5V)を使用して出力する。
図2(B):マイコン15aがゲイン切替信号出力部21から出力する切替信号は、変調幅1を選択させる高レベルの所定期間と、変調幅2を選択させる低レベルの所定期間とからなる。
図2(C):ゲイン変換回路19aでは、VCO10に与える変調制御電圧を、例えば変調幅1では0〜3V、変調幅2では0〜2Vと定めてある。これに対してDAC16の出力が0〜5Vである。そこで、ゲイン変換回路19aは、フィルタ17から送られてくる0〜5Vの基本三角波電圧信号に対して、切替信号が、変調幅1を指定している期間では、変換ゲイン1/n1=3/5を使用し、変調幅2を指定している期間では、変換ゲイン1/n2=2/5を使用する。
FIG. 2A: The
FIG. 2B: The switching signal output from the gain switching
FIG. 2C: In the
因みに、このようなゲイン切替を行わず、マイコン15aが変調幅1と変調幅2とで異なるレベルを示すディジタルデータを出力する場合に、ゲインを変調幅1に合わせると、変調幅1のゲインのみで変調幅2でも動作させる必要がある。上記の例では、変調幅1のゲインは3/5=0.6倍であるので、変調幅2での振幅は、2/0.6=3.33Vとなる。DAC16の分解能を11ビットとすれば、有効範囲は0〜1023codeである。ゲインを変調幅1に合わせた場合は、変調幅2での振幅=3.33VをDAC16の出力に換算すると、682code=1023×2/3となり、分解能が2/3に低下してしまう。ビット数に換算すると9.4ビット相当の分解能しか得られないことになる。
Incidentally, when the
以上のように、この実施の形態1によれば、VCO10に変調幅の異なる複数の周波数変調された高周波信号を発生させるに当たり、変調幅とは無関係に、DAC16がほぼフルスケールを使って変換できる基本三角波電圧信号のディジタルデータをDAC16に出力し、かつ、変調幅を指定する切替信号を出力し、ゲイン変換回路19aは、DAC16の出力を切替信号に応じた複数の異なるゲインをもって増幅して、該増幅信号を変調制御電圧としてVCO10に与えるようにしたので、全ての変調幅においてDAC16の分解能を充分に活用することができる。また、追加するゲイン変換回路は安価に構成できるので、コストアップも最小限に抑えることができる。
As described above, according to the first embodiment, when the
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2によ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、図3では、図1(実施の形態1)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一符号が付されている。ここでは、この実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a millimeter wave transceiver module according to
図3に示すように、この実施の形態2によるミリ波送受信モジュールでは、図1(実施の形態1)に示した構成において、信号処理部4aに代えて信号処理部4bが設けられている。信号処理部4bでは、符号を代えたマイコン15bにゲイン値演算出力部22が設けられ、ゲイン値可変回路23が追加され、ゲイン変換回路19aに代えて若干の機能を追加したゲイン変換回路19bが設けられている。
As shown in FIG. 3, the millimeter wave transceiver module according to the second embodiment is provided with a
マイコン15bのゲイン値演算出力部22は、ゲイン変換回路19bに設定されている複数の変換ゲインの1つあるいは複数を変化させる場合に、例えば、温度または測距距離などを入力パラメータとした所定の演算を行うことで変化させようとするゲイン値を演算し、該演算したゲイン値をゲイン値可変回路23に出力する。
When changing one or more of the plurality of conversion gains set in the
ゲイン値可変回路23では、マイコン15bから受け取ったゲイン値を用いて、ゲイン変換回路19bに設定されている変換ゲインを可変設定する。これ以降、ゲイン変換回路19bでは、可変設定された変換ゲインを用いてDAC16の出力の増幅動作を行う。
The gain value
以上のように、この実施の形態2によれば、ゲイン変換回路19bの変換ゲインを適宜可変できるように構成したので、温度などの環境条件、レーダの測距距離などに応じて適切な変換ゲインを設定することができるようになる。この場合でも、全ての変調幅においてDACの分解能を活用することができ、また、コストアップも最小限に抑えることができる。
As described above, according to the second embodiment, since the conversion gain of the
以上のように、この発明にかかるミリ波送受信モジュールは、変調幅の異なる複数の周波数変調された高周波信号の送受信を行うのに有用であり、特に、ミリ波レーダにおいて測距距離に応じた目標物の検知機能の向上を図るのに適している。 As described above, the millimeter wave transmission / reception module according to the present invention is useful for transmitting / receiving a plurality of frequency-modulated high frequency signals having different modulation widths, and in particular, a target corresponding to a ranging distance in a millimeter wave radar. It is suitable for improving the object detection function.
1 送信アンテナ
2 受信アンテナ
3 高周波回路
4a,4b 信号処理部
5 制御回路
10 電圧制御発振器(VCO)
11 方向性結合器
12 ミキサ
13 ビデオ増幅器
15 主回路部(マイコン)
16 ディジタルアナログ変換器(DAC)
17 フィルタ
18 アナログディジタル変換器(ADC)
19a,19b ゲイン変換回路
20 バイアス制御信号出力部
21 ゲイン切替信号出力部
22 ゲイン値演算出力部
23 ゲイン値可変回路
DESCRIPTION OF
11
16 Digital-to-analog converter (DAC)
17
19a, 19b
Claims (2)
前記制御部は、複数の変調幅を択一選択する変調幅切替信号を出力するともに、選択する変調幅とは無関係に、前記ディジタルアナログ変換部がフルスケールを使って変換できる変調電圧デジタル信号をディジタルアナログ変換部に出力し、
前記ディジタルアナログ変換部の出力電圧に対する割合である変換ゲインが前記複数の変調幅に対応してそれぞれ異なる値として複数個設定され、前記変調幅切替信号に対応する変換ゲインを選択し、選択した変換ゲインを用いて前記ディジタルアナログ変換部の出力レベルを変化させて前記発振回路に与えるゲイン変換部、
を備えていることを特徴とするミリ波送受信モジュール。 A control unit that outputs a modulation voltage digital signal that rises and falls, a digital-analog conversion unit that converts the modulation voltage digital signal into an analog signal, and a high-frequency signal that is frequency-modulated based on the modulation voltage output from the digital-analog conversion unit In a millimeter-wave transmission / reception module comprising an oscillation circuit that generates and a reception circuit that receives and processes the high-frequency signal,
Wherein the control unit are both outputs the modulation width switching signal for alternatively selecting a plurality of modulated width, regardless of the modulation width of selecting the modulation voltage digital signals which can be converted using the digital-analog converter gaff-scale Is output to the digital-analog converter,
A plurality of conversion gains, which are ratios relative to the output voltage of the digital-analog conversion unit, are set as different values corresponding to the plurality of modulation widths, and a conversion gain corresponding to the modulation width switching signal is selected and selected conversion A gain conversion unit that changes the output level of the digital-analog conversion unit using a gain and gives the oscillation circuit;
A millimeter-wave transmission / reception module comprising:
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