JP6102346B2 - 電子回路、レーダ装置、及びレーダ装置の自己診断方法 - Google Patents

電子回路、レーダ装置、及びレーダ装置の自己診断方法 Download PDF

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Description

本願開示は、レーダ装置のための自己診断を行う電子回路、レーダ装置、及びレーダ装置の自己診断方法に関する。
ミリ波レーダ装置は、送信機からミリ波電波を送出し、対象物体により反射されて戻ってきたミリ波電波を受信し解析することにより、対象物までの距離や相対速度(対象物と自分との速度差)等を求めることができる。例えば自動車にミリ波レーダ装置を搭載することにより、車間距離を一定に保つように速度を制御するクルーズコントロールシステムや、衝突回避又は衝撃軽減の為の自動ブレーキシステム等を実現することができる。
ミリ波レーダ装置の価格低減のためには、生産ラインにおける検査工程を削減することが望ましい。また安全性が求められる車載要のミリ波レーダ装置においては、誤動作の防止が重要であり、故障の有無をレーダ動作中において監視できることが望ましい。これらの要求に応えるために、トランシーバ回路に試験を行うためのBIST(Built in Self Test)回路を組み込むことが考えられる。
対象物までの距離及び相対速度を求めるミリ波レーダ装置として、FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)レーダ装置がある。FMCWレーダ装置では、三角波周波数変調したミリ波電波を送出し、受信信号と送信信号との周波数差に基づいた計算により、対象物までの距離及び相対速度を求めることができる。
FMCWレーダ装置では、レーダから送出する高周波送信信号を生成するPLL(Phase Locked Loop)回路において、三角波を描くように分周器の分周比を変化させることにより、三角波周波数変調した高周波送信信号を生成している。このようなFMCWレーダ装置にBIST回路を組み込んで回路内部での試験を行うためには、送信信号を生成するPLL回路及び分周比制御回路とは別に、試験用の模擬受信信号を生成するPLL回路及び分周比制御回路を設けることが考えられる。しかしこのような構成では、複雑な分周比制御回路が送信用と受信用に別個に必要になり、回路面積、消費電力、及びコストが増大してしまう。
特開2003−14837号公報
以上を鑑みると、レーダ装置において効率的な回路構成によりFMCW信号の自己診断を可能にする電子回路を提供することを目的とする。
電子回路は、分周率が可変に制御される第1の分周器を含む第1のPLL回路と、前記第1の分周器への入力信号を分周する第2の分周器と、前記第2の分周器の出力信号を遅延する遅延回路と、前記遅延回路の出力信号を参照信号とする第2のPLL回路と、前記第1のPLL回路の発振信号と前記第2のPLL回路の発振信号とを入力として受け取るミキサ回路とを含むことを特徴とする。
またレーダ装置は、分周率が可変に制御される第1の分周器を含む第1のPLL回路と、前記第1の分周器への入力信号を分周する第2の分周器と、前記第2の分周器の出力信号を遅延する遅延回路と、前記遅延回路の出力信号を参照信号とする第2のPLL回路と、受信アンテナからの受信信号を伝搬する第1の信号経路と、前記第1の信号経路に前記第2のPLL回路の発振信号を供給する第2の信号経路と、前記第1の信号経路を伝搬する信号と前記第1のPLL回路の発振信号とを入力として受け取るミキサ回路と、前記第1のPLL回路の前記発振信号を送信アンテナに供給する第3の信号経路と、前記ミキサ回路の出力信号をデジタル信号に変換するAD変換回路と、前記AD変換回路の出力信号の周波数成分を検出する信号処理回路とを含むことを特徴とする。
またレーダ装置の自己診断方法は、第1のPLL回路の第1の分周器の分周率を可変に制御しながら前記第1のPLL回路により第1の発振信号を生成し、前記第1の分周器への入力信号を第2の分周器により分周し、前記第2の分周器の出力信号を遅延回路により遅延させ、前記遅延回路の出力信号を参照信号として用いる第2のPLL回路により第2の発振信号を生成し、前記第1の発振信号と前記第2の発振信号とをミキサ回路に入力し、前記ミキサ回路の出力に基づき前記第1の発振信号の周波数と前記第2の発振信号の周波数との周波数差を検出し、前記周波数差の検出値が、前記第1の分周器の前記分周率及び前記遅延回路の遅延量と整合するか否かを判定する各段階を含むことを特徴とする。
少なくとも1つの実施例によれば、レーダ装置において効率的な回路構成によりFMCW信号の自己診断を可能にする電子回路を提供することができる。
レーダ装置の構成の一例を示す図である。 送信信号と受信信号との関係を示す図である。 レーダ装置の実施例の構成の一例を示す図である。 送信信号と模擬の受信信号との関係を示す図である。 遅延回路の構成の一例を示す図である。 遅延回路の構成の別の一例を示す図である。 自己診断用の回路を含めたレーダ装置の構成の一例を示す図である。 図7のレーダ装置の動作の一例を示すフローチャートである。 レーダ装置の構成の別の一例を示す図である。
まず比較例として、送信信号を生成するPLL回路及び分周比制御回路とは別に、試験用の模擬受信信号を生成するPLL回路及び分周比制御回路を設けたレーダ装置について説明する。またこのレーダ装置を用いて、通常の動作時のレーダ機能により対象物との距離及び相対速度を算出する処理について説明する。
図1は、レーダ装置の構成の一例を示す図である。図1のレーダ装置は、受信アンテナ2、送信アンテナ3、ミキサ回路4、ローノイズアンプ5、ドライバアンプ6、パワーアンプ7、中間周波数アンプ8、送信信号源回路10、及びBIST信号源回路20を含む。送信信号源回路10は、位相検出器(PD)11、ループフィルタ12、電圧制御発振器13、分周器14、分周器15、分周比制御デジタル回路16、及び発振回路17を含む。またBIST信号源回路20は、位相検出器(PD)21、ループフィルタ22、電圧制御発振器23、分周器24、分周器25、及び分周比制御デジタル回路26を含む。
なお図1及び以降の同様の図において、各ボックスで示される各機能ブロックと他の機能ブロックとの境界は、基本的には機能的な境界を示すものであり、物理的な位置の分離、電気的な信号の分離、制御論理的な分離等に対応するとは限らない。各機能ブロックは、他のブロックと物理的にある程度分離された1つのハードウェアモジュールであってもよいし、或いは他のブロックと物理的に一体となったハードウェアモジュール中の1つの機能を示したものであってもよい。
位相検出器11、ループフィルタ12、電圧制御発振器13、分周器14、及び分周器15が、第1のPLL回路に相当する。発振回路17の発振信号(例えば50MHz)が位相検出器11に供給される。位相検出器11は、分周器15からの分周信号と発振回路17からの発振信号との間で位相を比較し、位相比較結果である位相の進み又は遅れを示す電圧信号をループフィルタ12に供給する。ループフィルタ12は、位相の進み又は遅れを示す電圧信号を平滑化(積分)することにより直流電圧を生成する。電圧制御発振器13は、ループフィルタ12の出力する直流電圧の電圧値に応じた周波数で発振する。電圧制御発振器13の発振信号は、分周器14により1/N(例えば1/4)に分周される。分周器14による分周信号は、分周器15により更に分周される。分周器15による分周信号は位相検出器11に供給される。図1の構成例では、分周器14及び15を用いることにより、大きな分周比を実現し、高周波の発振信号を生成している。分周器15により十分な分周比が得られるのであれば、分周器15のみが設けられていてよい。なお分周器14及び15が、1つの分周器(即ち分周という機能を実現する1つの纏まった回路ブロック)であると考えてもよい。
BIST信号源回路20の位相検出器21、ループフィルタ22、電圧制御発振器23、分周器24、及び分周器25が、第2のPLL回路に相当する。第2のPLL回路の位相検出器21、ループフィルタ22、電圧制御発振器23、分周器24、及び分周器25の動作は、位相検出器11、ループフィルタ12、電圧制御発振器13、分周器14、及び分周器15の上述した動作と同様である。
分周器15の分周率1/P(t)は、分周比制御デジタル回路16により可変制御される。より具体的には、後述するように、分周率が三角波で変調される。同様に、分周器25の分周率1/Q(t)は、分周比制御デジタル回路26により可変制御される。より具体的には、後述するように、分周率が三角波で変調される。
送信信号源回路10の発振信号は、パワーアンプ7により増幅され、増幅後の信号が送信アンテナ3に供給される。これにより、送信アンテナ3からミリ波電波が送出(放射)される。対象物により反射されたミリ波電波は、受信アンテナ2により受信される。受信アンテナ2が受信した受信信号は、ローノイズアンプ5により増幅され、増幅後の受信信号がミキサ回路4に供給される。送信信号源回路10の発振信号(送信信号)もまた、ドライバアンプ6により増幅され、ミキサ回路4に供給される。ミキサ回路4は、レーダ装置の受信信号と送信信号とを掛算することにより得られるビート信号を中間周波数アンプ8に供給する。ビート信号は、受信信号の周波数と送信信号の周波数との差の周波数を有する信号となる。
図2は、送信信号と受信信号との関係を示す図である。図2において、横軸は時間、縦軸は信号の周波数である。送信信号30は、送信信号源回路10により生成され、送信アンテナ3から送出される信号である。受信信号31は、受信アンテナ2により受信される信号である。図2に示されるように、送信信号30は、その周波数が三角波を描くように変調されている。この変調は、分周比制御デジタル回路16により分周器15の分周率1/P(t)を変化させることにより実現される。
ミリ波電波を反射する対象物までの距離をR、光速(ミリ波電波の空間中の伝搬速度)をcとすると、送信信号30と受信信号31との時間差は2R/cとなる。対象物とレーダ装置との相対速度をV、両者の速度差により発生するドップラーシフトをfとすると、
fV = (fBD - fBU)/2 = 2f0V/c ・・・・(1)
との関係が成り立つ。ここでfBDは送信信号30と受信信号31との立ち下がり部分の周波数差であり、fBUは送信信号30と受信信号31との立ち上がり部分の周波数差である。また送信信号30の変調幅(最大周波数と最小周波数数との差)をΔf、変調周期(三角波の周期)を1/fとすると、
(fBD + fBU)/2 = 4Δf・R・fm/c ・・・・(2)
との関係が成り立つ。
中間周波数アンプ8の出力であるビート信号は、fBDの周波数とfBUの周波数とを交互に示すので、ビート信号のスペクトルをFFT(Fast Fourier Transform)等により求め周波数解析することにより、fBD及びfBUを求めることができる。こうして求めたfBD及びfBUから、式(1)と式(2)とを用いて、相対速度V及び距離Rを求めることができる。
図1を再び参照し、受信アンテナ2からの受信信号を伝搬する第1の信号経路41に対して、BIST信号源回路20の発振信号を供給する第2の信号経路42が、電界結合又は電磁結合するように配置されている。これにより、第1の信号経路41にBIST信号源回路20の発振信号を供給することができる。
図1のレーダ装置では、工場からの出荷時に自己診断を実行したり、通常の動作中に適宜自己診断を実行するために、BIST信号源回路20が設けられている。BIST信号源回路20においては、分周比制御デジタル回路26により分周器25の分周率1/Q(t)を、送信信号源回路10とは独立に制御することにより、例えば図2の受信信号31に相当する信号を生成することができる。こうして生成した模擬の受信信号31を、信号経路42から信号経路41を介してミキサ回路4に供給することにより、実際のレーダ動作時と同様の受信信号を用いた自己診断を実行することができる。具体的には、分周比制御デジタル回路16が把握している送信信号の周波数と、分周比制御デジタル回路26が把握している模擬受信信号の周波数と、ミキサ回路4の出力であるビート信号から検出された周波数差とが、互いに整合するか否かを判定する。
図1のレーダ装置では、BIST信号源回路20には、模擬受信信号を生成するために専用の分周比制御デジタル回路26が設けられている。また分周器25は、分周率を可変に制御可能な分周器となっている。分周比制御デジタル回路や分周率可変分周器は回路が複雑であるため、これらの回路を自己診断のために設けると、回路面積、消費電力、及びコストが増大してしまう。
図3は、レーダ装置の実施例の構成の一例を示す図である。図3のレーダ装置は、受信アンテナ102、送信アンテナ103、ミキサ回路104、ローノイズアンプ105、ドライバアンプ106、パワーアンプ107、中間周波数アンプ108、送信信号源回路110、及びBIST信号源回路120を含む。送信信号源回路110は、位相検出器(PD)111、ループフィルタ112、電圧制御発振器113、分周器114、分周器115、分周比制御デジタル回路116、発振回路117、及び分周器118を含む。またBIST信号源回路120は、位相検出器(PD)121、ループフィルタ122、電圧制御発振器123、分周器124、分周器125、及び遅延回路126を含む。
位相検出器111、ループフィルタ112、電圧制御発振器113、分周器114、及び分周器115が、第1のPLL回路に相当する。位相検出器111、ループフィルタ112、電圧制御発振器113、分周器114、及び分周器115の動作は、前述の位相検出器11、ループフィルタ12、電圧制御発振器13、分周器14、及び分周器15の動作と同様である。図3の構成例では、分周器114及び115を用いることにより、大きな分周比を実現し、高周波の発振信号を生成している。分周器115により十分な分周比が得られるのであれば、分周器115のみが設けられていてよい。なお分周器114及び115が、1つの分周器(即ち分周という機能を実現する1つの纏まった回路ブロック)であると考えてもよい。分周器115の分周比は、分周比制御デジタル回路116により可変制御される。より具体的には、分周比が三角波で変調される。
送信信号源回路110の発振信号は、パワーアンプ107により増幅され、増幅後の信号が送信アンテナ103に供給される。これにより、送信アンテナ103からミリ波電波が送出(放射)される。対象物により反射されたミリ波電波は、受信アンテナ102により受信される。受信アンテナ102が受信した受信信号は、ローノイズアンプ105により増幅され、増幅後の受信信号がミキサ回路104に供給される。送信信号源回路10の発振信号(送信信号)もまた、ドライバアンプ106により増幅され、ミキサ回路104に供給される。ミキサ回路104は、レーダ装置の受信信号と送信信号とを掛算することにより得られるビート信号を中間周波数アンプ108に供給する。ビート信号は、受信信号の周波数と送信信号の周波数との差の周波数を有する信号となる。
図3に示すレーダ装置の通常のレーダ動作時における送信信号と受信信号とは、図2に示す信号と同様である。中間周波数アンプ108の出力であるビート信号は、fBDの周波数とfBUの周波数とを交互に示すので、ビート信号のスペクトルをFFT(Fast Fourier Transform)等により求め周波数解析することにより、fBD及びfBUを求めることができる。こうして求めたfBD及びfBUから、式(1)と式(2)とを用いて、相対速度V及び距離Rを求めることができる。
図3を再び参照し、受信アンテナ102からの受信信号を伝搬する第1の信号経路141に対して、BIST信号源回路120の発振信号を供給する第2の信号経路142が、電磁結合するように配置されている。これにより、第1の信号経路141にBIST信号源回路120の発振信号を供給することができる。
図3のレーダ装置では、工場からの出荷時に自己診断を実行したり、通常の動作中に適宜自己診断を実行するために、BIST信号源回路120が設けられている。このBIST信号源回路120の構成及び動作について、以下に説明する。
BIST信号源回路120の位相検出器121、ループフィルタ122、電圧制御発振器123、分周器124、及び分周器125が、第2のPLL回路に相当する。送信信号源回路110には、分周率が可変に制御される第1の分周器115への入力信号を分周する第2の分周器118が設けられている。BIST信号源回路120の遅延回路126は、送信信号源回路110から供給される第2の分周器118の出力信号を遅延する。なお例えば、電圧制御発振器113の発振信号を1/(N・M)に相当する分周率を有する1つの分周器で分周し、当該分周器の出力信号を遅延回路126により遅延するようにしてもよい。また遅延回路126の遅延量τは可変に制御可能であってよい。但し、遅延回路126の遅延量τが可変であることは必須ではない。
BIST信号源回路120の第2のPLL回路は、遅延回路126の出力信号を参照信号として用いる。即ち、遅延回路126の出力信号が参照信号として、位相検出器121に供給される。位相検出器121は、分周器125からの分周信号と遅延回路126の出力信号との間で位相を比較し、位相比較結果である位相の進み又は遅れを示す電圧信号をループフィルタ122に供給する。ループフィルタ122は、位相の進み又は遅れを示す電圧信号を平滑化(積分)することにより直流電圧を生成する。電圧制御発振器123は、ループフィルタ122の出力する直流電圧の電圧値に応じた周波数で発振する。電圧制御発振器123の発振信号は、分周器124により1/N(例えば1/4)に分周される。分周器124による分周信号は、分周器125により更に1/M(例えば1/128)に分周される。分周器125の分周率と、分周器118の分周率とは同一であってよい。
分周器125による分周信号は位相検出器121に供給される。図1の構成例では、分周器124及び125を用いることにより、大きな分周比を実現し、高周波の発振信号を生成している。分周器125により十分な分周比が得られるのであれば、分周器125のみが設けられていてよい。なお分周器124及び125が、1つの分周器(即ち分周という機能を実現する1つの纏まった回路ブロック)であると考えてもよい。
受信アンテナ102からの受信信号を伝搬する第1の信号経路141に対し、第2の信号経路142が、第2のPLL回路の発振信号(即ち電圧制御発振器123の発振信号)を供給する。なお第1の信号経路41に対して第2の信号経路42が、電界結合又は電磁結合するように配置されている。ミキサ回路104は、第1の信号経路141を伝搬する信号(受信信号又は第2のPLL回路の発振信号)と第1のPLL回路の発振信号(即ち電圧制御発振器113の発振信号)とを入力として受け取る。自己診断動作の場合には、ミキサ回路104は、第1のPLL回路の発振信号(送信信号)と第2のPLL回路の発振信号(模擬の受信信号)とを入力として受け取ることになる。
図4は、送信信号と模擬の受信信号との関係を示す図である。図4において、横軸は時間、縦軸は信号の周波数である。送信信号130は、送信信号源回路110により生成され、送信アンテナ103から送出される信号である。模擬の受信信号131は、BIST信号源回路120により生成される信号である。
BIST信号源回路120の分周器125の分周率と、送信信号源回路110の分周器118の分周率とが同一であるので、送信信号130の周波数変動範囲と模擬の受信信号131の周波数変動範囲とは等しくなる。従って、送信信号130と模擬の受信信号131との立ち下がり部分の周波数差fBLは、送信信号30と受信信号31との立ち上がり部分の周波数差fBUと等しくなっている。
このようにして模擬の受信信号を、信号経路142から信号経路141を介してミキサ回路104に供給することにより、自己診断を実行することができる。具体的には、送信信号の周波数と、模擬受信信号の周波数と、ミキサ回路104の出力であるビート信号から検出された周波数差とが、互いに整合するか否かを判定すればよい。なおここで、送信信号のある時点での周波数は、分周器115のその時点での分周率に対応する。また模擬受信信号のある時点での周波数は、遅延回路126の遅延量分ずれた時点での送信信号の周波数に対応する。従って、上記判定の代わりに、ビート信号から検出された周波数差の検出値が、分周器115の分周率及び遅延回路126の遅延量と整合するか否かを判定してもよい。
なおレーダ装置の自己診断においては、式(1)や式(2)の計算式自体を正しく計算できるか否かを診断することが目的ではなく、ミキサ回路104の出力であるビート信号が正しい周波数を有しているか否かを診断することが目的である。自己診断の際にビート信号の周波数を求める場合、送受信間での周波数差が一定の区間(即ち例えば送信信号と受信信号とが双方共に立ち下がりである区間等)において、ビート信号を周波数解析することになる。この場合、各区間で個別に周波数解析して個別に周波数を検出するので、隣接する区間で周波数が異なっているか同一であるかは、ビート信号が正しい周波数を有しているか否かを診断するためには問題とならない。即ち、図2の送信信号30と受信信号31とのように、ドップラーシフトが発生して、周波数差fBLと周波数差fBUとが異なっているという条件は、自己診断のためには必要がない。図4に示される送信信号130と模擬の受信信号131とのように、周波数差fBLと周波数差fBUとが同一であっても、各区間で個別にビート信号を周波数解析して個別に周波数を検出して行う自己診断を、適切に実行することができる。
また様々な異なる周波数差の条件に対して、ミキサ回路104の出力であるビート信号が正しい周波数を有しているか否かを診断できることが、自己診断をより確実なものとするためには好ましい。遅延回路126として遅延量が可変の遅延回路を用い、遅延量を段階的に順次変化させることにより、送信信号130と模擬の受信信号131との時間差を段階的に順次変化させることができる。このように、時間差(即ち周波数差)を段階的に順次変化させることにより、ビート信号の周波数を段階的に順次変化させ、各区間で異なる周波数を検出して自己診断を行うことができる。
図3のレーダ装置では、BIST信号源回路120に、模擬受信信号を生成するための専用の分周比制御デジタル回路が設けられていない。また分周器125は、分周率が固定の分周器となっている。図1の回路構成と比較して、分周比制御デジタル回路や分周率可変分周器が用いられていないために、図3のレーダ装置は、回路面積、消費電力、及びコストの面で有利な回路構成となっている。
図5は、遅延回路126の構成の一例を示す図である。図5に示す遅延回路126は、インバータ151及び152、抵抗素子153及び154、並びに容量素子155及び156を含む。インバータ151は、入力信号を論理反転した出力信号をその出力端に生成する。この出力信号の電圧に応じて、抵抗素子153及び容量素子155を介して電流が流れ、容量素子155が充電又は放電される。容量素子155の充電又は放電動作に伴い、インバータ152の入力信号電圧が変化してインバータ152の閾値電圧を超えると、インバータ152の出力信号電圧が変化する。このインバータ152の出力信号電圧の変化により、同様にして、容量素子156が充電又は放電される。抵抗素子の抵抗値R及び容量素子の容量値Cに応じて、容量素子の端子間電圧の変化する速度が決まる。この容量素子の端子間電圧の変化する速度に応じて、遅延回路126の入力端から出力端までを信号が伝搬するに要する遅延時間が定まる。
図3の構成において、BIST信号源回路120に必要な遅延時間は約10マイクロ秒程度である。模擬の受信信号を生成するために、例えば、送信信号源回路110の電圧制御発振器113の発振信号を遅延回路により直接に遅延することも考えられる。しかしながら、ミリ波レーダに用いる送信信号は例えば77GHzという高い周波数のものである。このような高い周波数の信号の場合、信号伝搬経路に用いられるアンプの入出力インピーダンスが低いため、遅延回路の抵抗素子の抵抗値と容量素子の容量値が大きくなると、損失が大きくなり信号を伝達できなくなる。そのため遅延回路126に用いる抵抗素子及び容量素子としては、たかだか数10Ωの抵抗値と数10fFの容量値のものしか搭載することができない。この場合、10マイクロ秒程度の遅延回路を実現するためには、1つの抵抗素子及び1つの容量素子を有する1つの遅延段(時定数126ps)を約8万段搭載することになり、現実的に実現困難な規模の回路となる。逆に、現実的に搭載可能な段数で遅延回路を実現しようとすると、大きな抵抗及び容量が必要になり、抵抗による損失及び容量による不整合のために、信号が伝達できなってしまう。
従って、送信信号源回路110内部の信号を遅延して模擬の受信信号を生成するためには、電圧制御発振器113の発振信号を直接に遅延するのではなく、当該発振信号を分周することにより生成した低い周波数の信号を遅延することが現実的となる。即ち、図3に示す回路構成のように、分周器114及び118により分周した後の低い周波数の信号に対して、遅延回路126により遅延を与える。そして、遅延回路126により遅延させた信号に基づいて、第2のPLL回路により高い周波数の信号を生成し、模擬の受信信号131を生成することができる。
図6は、遅延回路126の構成の別の一例を示す図である。図6において、図5と同一又は対応する構成要素は同一又は対応する番号で参照し、その説明は適宜省略する。図6に示す遅延回路126は図5に示す遅延回路126に比較して、容量素子155及び156の代わりに可変容量素子(バラクタ)155A及び156Aが設けられていることが異なる。可変容量素子155A及び156Aの制御端子に印加するバラクタ制御電圧を変化させることにより、可変容量素子155A及び156Aの容量値を変化させることができる。これにより、送信信号130と模擬の受信信号131との時間差を段階的に順次変化させ、ビート信号の複数の異なる周波数差に対する自己診断を行うことができる。
図7は、自己診断用の回路を含めたレーダ装置の構成の一例を示す図である。図7において、図3と同一又は対応する構成要素は同一又は対応する番号で参照し、その説明は適宜省略する。なお図7では、受信アンテナとして複数のアンテナを配列したフェーズドアレイアンテナを用いた場合の構成を示してある。複数のアンテナからの受信信号の位相差を検出することにより、受信電波の到来方向を検出することができる。なお図7では、2つの受信アンテナ及び2つの受信信号処理系を設けた構成を示しているが、受信アンテナ及び受信信号処理系の数は2個に限られるものではなく、3個以上の数であってよい。またフェーズドアレイアンテナではなく、1つの受信アンテナ及び1つの受信信号処理系を設けた回路構成としてもよい。
図7のレーダ装置は、送信信号源回路110、BIST信号源回路120、及び信号処理回路162を含む。レーダ装置は更に、受信アンテナ102A及び102B、送信アンテナ103、ミキサ回路104A及び104B、ローノイズアンプ105A及び105B、ドライバアンプ106A及び106B、及びパワーアンプ107を含む。レーダ装置は更に、中間周波数アンプ108A及び108B並びにAD変換回路161A及び161Bを含む。受信アンテナ102A及び102Bが、フェーズドアレイアンテナのアンテナ配列として設けられている。
AD変換回路161Aは、ミキサ回路104Aが出力するビート信号をアナログからデジタルに変換する。AD変換回路161Bは、ミキサ回路104Bが出力するビート信号をアナログからデジタルに変換する。信号処理回路162は、CPU(Central Processing Unit)及びメモリを含み、AD変換回路161A及び161Bからのデジタルビート信号を受け取り、それぞれのビート信号を別々に周波数解析する。具体的には、信号処理回路162は、各ビート信号をFFTして周波数スペクトル(振幅スペクトル及び位相スペクトル)を求め、周波数スペクトルから求めたビート信号の振幅、周波数、及び位相が、設定値と整合しているか否かを判断する。また信号処理回路162は、送信信号源回路110の発振周波数(分周率)を設定すると共に、BIST信号源回路120の遅延回路126の遅延量を設定する。
図8は、図7のレーダ装置の動作の一例を示すフローチャートである。ステップS10で、例えば信号処理回路162が、現在の動作モードが初期検査モード、通常動作モード、又は自己診断モードの何れであるのかを判断する。初期検査モードは、レーダ装置の工場出荷時に検査(自己診断)を実行するモードである。例えば外部端子からの所定のコマンド入力により、信号処理回路162に初期検査モードを通知してよい。通常動作モードは、レーダ装置がレーダ機能を発揮する通常の動作を実行するモードである。自己診断モードは、レーダ機能を発揮する通常の動作の合間やレーダ装置を電源オンした際等に自己診断を実行するモードである。
現在の動作モードが初期検査モード(工場出荷時の自己診断のモード)である場合、ステップS11で、BIST信号源回路120の電源をオンする。この電源制御は例えば、信号処理回路162により行ってよい。ステップS12で、信号処理回路162が遅延回路126の遅延量τをBIST信号源回路120に対して設定する。ステップS13で、信号処理回路162が、発振周波数を指定する周波数コードfc(t)を送信信号源回路110に設定し、送信信号源回路110に信号を発振させる。この周波数コードの設定の際、発振周波数の上限、発振周波数の下限、及び三角波変調の周期を信号処理回路162から送信信号源回路110に対して設定してよい。発振周波数の上限及び発振周波数の下限を設定することは、分周比制御デジタル回路16が変化させる分周器115の分周率の上限及び下限を設定することに相当する。送信信号源回路110が動作して発振すると、BIST信号源回路120もまた発振し、模擬の受信信号を生成する。ステップS14で、ミキサ回路104Aが出力するビート信号AをAD変換回路161AによりAD(アナログ−to−デジタル)変換すると共に、ミキサ回路104Bが出力するビート信号BをAD変換回路161BによりAD変換する。
ステップS15で、信号処理回路162によりAD変換後のビート信号A及びビート信号Bをそれぞれ別々にFFTして、それぞれの周波数スペクトル(振幅スペクトル及び位相スペクトル)を算出する。ステップS16で、信号処理回路162が、算出した振幅スペクトル及び位相スペクトルをメモリに初期値として保存する。この初期値は、遅延量τ毎にメモリに格納されてよい。
その後ステップS12に戻り、異なる遅延量τをBIST信号源回路120に対して設定し、以降のステップの処理を同様に実行する。これを複数回繰り返すことにより、検査対象としたい全ての異なる遅延量τに対して、初期値を格納する。
ステップS17で、全てのパラメータ(τ及びfc(t))に対して、周波数スペクトルから求めたビート信号の振幅、ビート信号の周波数、及びビート信号の位相が、設定値と整合しているか否かを判定する。整合している場合には、ステップS18にて、出荷検査の結果、良品であると判断する。整合していない場合には、ステップS19にて、出荷検査の結果、不良品であると判断する。
現在の動作モードが通常動作モードである場合、ステップS21で、BIST信号源回路120の電源をオフする。この電源制御は例えば、信号処理回路162により行ってよい。ステップS22で、信号処理回路162が、発振周波数を指定する周波数コードfc(t)を送信信号源回路110に設定し、送信信号源回路110に信号を発振させる。この周波数コードの設定の際、発振周波数の上限、発振周波数の下限、及び三角波変調の周期を信号処理回路162から送信信号源回路110に対して設定してよい。ステップS23で、ミキサ回路104Aが出力するビート信号AをAD変換回路161AによりAD(アナログ−to−デジタル)変換すると共に、ミキサ回路104Bが出力するビート信号BをAD変換回路161BによりAD変換する。
ステップS24で、信号処理回路162によりAD変換後のビート信号A及びビート信号Bをそれぞれ別々にFFTして、それぞれの周波数スペクトル(振幅スペクトル及び位相スペクトル)を算出する。ステップS25で、信号処理回路162が、算出した振幅スペクトル及び位相スペクトルに補正値を加算する。この補正値については、後程説明する。ステップS26で、ビート信号A及びBの周波数及び位相に基づいて、対象物までの距離、対象物との相対速度、及び対象物の方向を算出する。
現在の動作モードが自己診断モードである場合、ステップS31で、BIST信号源回路120の電源をオンする。この電源制御は例えば、信号処理回路162により行ってよい。ステップS32で、信号処理回路162が遅延回路126の遅延量τをBIST信号源回路120に対して設定する。ステップS33で、信号処理回路162が、発振周波数を指定する周波数コードfc(t)を送信信号源回路110に設定し、送信信号源回路110に信号を発振させる。この周波数コードの設定の際、発振周波数の上限、発振周波数の下限、及び三角波変調の周期を信号処理回路162から送信信号源回路110に対して設定してよい。送信信号源回路110が動作して発振すると、BIST信号源回路120もまた発振し、模擬の受信信号を生成する。ステップS34で、ミキサ回路104Aが出力するビート信号AをAD変換回路161AによりAD(アナログ−to−デジタル)変換すると共に、ミキサ回路104Bが出力するビート信号BをAD変換回路161BによりAD変換する。
ステップS35で、信号処理回路162によりAD変換後のビート信号A及びビート信号Bをそれぞれ別々にFFTして、それぞれの周波数スペクトル(振幅スペクトル及び位相スペクトル)を算出する。ステップS36で、上記算出した振幅スペクトル及び位相スペクトルと、初期検査モードで算出してメモリに格納しておいた振幅スペクトル及び位相スペクトルの初期値とを、信号処理回路162が比較し、両者の差が一定範囲に収まっているか否かを判定する。一定範囲に収まっていない場合には、ステップS37で、自己診断の結果、故障であると判断する。一定範囲に収まっている場合には、ステップS38で、算出した値と初期値との差を、補正値としてメモリに格納する。この補正値が、通常動作モードのステップS25において用いられる。
その後ステップS32に戻り、異なる遅延量τをBIST信号源回路120に対して設定し、以降のステップの処理を同様に実行する。これを複数回繰り返すことにより、検査対象としたい全ての異なる遅延量τに対して、自己診断による判定処理(ステップS36の判定処理)を実行する。即ち、遅延回路の遅延量を変化させ、異なる複数の遅延量毎に判定する段階を実行する。
以上で自己診断モードが終了し、その後、ステップS39で通常動作モードに移行する。なおこの自己診断モードは、所定の間隔で、定期的に実行するようにしてよい。
なおステップS36の判定処理を実行するレーダ装置は、ステップS17での整合性の判断により良品と認定されている装置である。従って、ステップS36の判定の結果、算出した値と初期値との差が一定範囲に収まっている場合には、算出したビート信号の振幅、ビート信号の周波数、及びビート信号の位相が、設定値と整合していることを意味する。即ち、ステップS36の判定処理は、算出したビート信号の振幅、ビート信号の周波数、及びビート信号の位相について、τ及びfc(t)の設定値との整合性を判定する処理であると言える。
図9は、レーダ装置の構成の別の一例を示す図である。図9において、図3と同一又は対応する構成要素は同一又は対応する番号で参照し、その説明は適宜省略する。なお図9では、送信アンテナとして複数のアンテナを配列したフェーズドアレイアンテナを用いた場合の構成を示してある。複数の送信信号に位相差を与えて複数のアンテナから送出することにより、所望の方向に電波を放射することができる。なお図7では、2つの送信アンテナ及び2つの送信信号処理系を設けた構成を示しているが、送信アンテナ及び送信信号処理系の数は2個に限られるものではなく、3個以上の数であってよい。またフェーズドアレイアンテナではなく、1つの送信アンテナ及び1つの送信信号処理系を設けた回路構成としてもよい。
図9のレーダ装置は、送信信号源回路110、BIST信号源回路120、及び信号処理回路162を含む。レーダ装置は更に、受信アンテナ102、送信アンテナ103A及び103B、ミキサ回路104、ローノイズアンプ105、ドライバアンプ106、及びパワーアンプ107A及び107Bを含む。レーダ装置は更に、中間周波数アンプ108、移相器170A及び170B、ミキサ回路171A及び171B、中間周波数アンプ172A及び172B、並びにAD変換回路173A及び173Bを含む。
送信信号源回路110が生成した送信信号を、移相器170A及び170Bにより位相調整し、送信アンテナ103A及び103Bから互いに異なる位相の信号を送出する。これにより、フェーズドアレイアンテナを実現している。
図9のレーダ装置では、BIST信号源回路120による検査対象は、送信側フェーズドアレイアンテナの複数の送信信号である。送信信号源回路110により生成され移相器170Aにより位相調整された送信信号が、ミキサ回路171Aに入力される。また自己診断時には、BIST信号源回路120により生成された模擬の送信信号がミキサ回路171Aに入力される。ミキサ回路171Aの出力であるビート信号は、中間周波数アンプ172Aにより増幅された後、AD変換回路173AによりAD変換される。AD変換回路173Aの出力であるデジタルのビート信号は、信号処理回路162に供給される。
同様に、送信信号源回路110により生成され移相器170Bにより位相調整された送信信号が、ミキサ回路171Bに入力される。また自己診断時には、BIST信号源回路120により生成された模擬の送信信号がミキサ回路171Bに入力される。ミキサ回路171Bの出力であるビート信号は、中間周波数アンプ172Bにより増幅された後、AD変換回路173BによりAD変換される。AD変換回路173Bの出力であるデジタルのビート信号は、信号処理回路162に供給される。
信号処理回路162は、AD変換回路173A及び173Bからのデジタルビート信号を受け取り、それぞれのビート信号を別々に周波数解析する。具体的には、信号処理回路162は、各ビート信号をFFTして周波数スペクトル(振幅スペクトル及び位相スペクトル)を求め、周波数スペクトルから求めたビート信号の振幅、周波数、及び位相が、設定値と整合しているか否かを判定する。この判定結果に基づいて、信号処理回路162は移相器170A及び170Bによる位相シフトを制御する。これにより、フェーズドアレイ型の送信器において適切な位相制御を実現することができる。また信号処理回路162は、送信信号源回路110の発振周波数(分周率)を設定すると共に、BIST信号源回路120の遅延回路126の遅延量を設定する。図7の構成のように、受信信号を受け取るミキサ回路の出力をAD変換して信号処理回路162に供給する構成を、図9の構成と組み合わせてもよい。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。
102 受信アンテナ
103 送信アンテナ
104 ミキサ回路
105 ローノイズアンプ
106 ドライバアンプ
107 パワーアンプ
108 中間周波数アンプ
110 送信信号源回路
111 位相検出器(PD)
112 ループフィルタ
113 電圧制御発振器
114 分周器
115 分周器
116 分周比制御デジタル回路
117 発振回路
118 分周器
120 BIST信号源回路
121 位相検出器
122 ループフィルタ
123 電圧制御発振器
124 分周器
125 分周器
126 遅延回路

Claims (10)

  1. 分周率が可変に制御される第1の分周器を含む第1のPLL回路と、
    前記第1の分周器への入力信号を分周する第2の分周器と、
    前記第2の分周器の出力信号を遅延する遅延回路と、
    前記遅延回路の出力信号を参照信号とする第2のPLL回路と、
    前記第1のPLL回路の発振信号と前記第2のPLL回路の発振信号とを入力として受け取るミキサ回路と、
    を含むことを特徴とする電子回路。
  2. 前記第1のPLL回路の発振信号の周波数と、前記第2のPLL回路の発振信号の周波数と、前記ミキサ回路の出力であるビート信号から検出された周波数差とが、互いに整合するか否かを判定する信号処理回路を更に含む請求項1記載の電子回路。
  3. 前記遅延回路の遅延量は可変に制御可能であることを特徴とする請求項1記載の電子回路。
  4. 前記ミキサ回路の出力信号をデジタル信号に変換するAD変換回路を更に含み、前記信号処理回路は、前記AD変換回路の出力信号の周波数成分を検出すると共に、前記第1の分周器の前記分周率を制御することを特徴とする請求項2記載の電子回路。
  5. 前記信号処理回路により前記遅延回路の遅延量を制御することを特徴とする請求項2又は4記載の電子回路。
  6. 受信アンテナからの受信信号が前記ミキサ回路へ入力される信号経路に対し、前記第2のPLL回路の前記発振信号が伝搬する信号経路が結合されていることを特徴とする請求項1乃至何れか一項記載の電子回路。
  7. 分周率が可変に制御される第1の分周器を含む第1のPLL回路と、
    前記第1の分周器への入力信号を分周する第2の分周器と、
    前記第2の分周器の出力信号を遅延する遅延回路と、
    前記遅延回路の出力信号を参照信号とする第2のPLL回路と、
    受信アンテナからの受信信号を伝搬する第1の信号経路と、
    前記第1の信号経路に前記第2のPLL回路の発振信号を供給する第2の信号経路と、
    前記第1の信号経路を伝搬する信号と前記第1のPLL回路の発振信号とを入力として受け取るミキサ回路と、
    前記第1のPLL回路の前記発振信号を送信アンテナに供給する第3の信号経路と、
    前記ミキサ回路の出力信号をデジタル信号に変換するAD変換回路と、
    前記AD変換回路の出力信号の周波数成分を検出する信号処理回路と
    を含むことを特徴とするレーダ装置。
  8. 前記信号処理回路は、前記第1のPLL回路の発振信号の周波数と、前記第2のPLL回路の発振信号の周波数と、前記ミキサ回路の出力であるビート信号から検出された周波数差とが、互いに整合するか否かを判定する請求項7記載のレーダ装置。
  9. 第1のPLL回路の第1の分周器の分周率を可変に制御しながら前記第1のPLL回路により第1の発振信号を生成し、
    前記第1の分周器への入力信号を第2の分周器により分周し、
    前記第2の分周器の出力信号を遅延回路により遅延させ、
    前記遅延回路の出力信号を参照信号として用いる第2のPLL回路により第2の発振信号を生成し、
    前記第1の発振信号と前記第2の発振信号とをミキサ回路に入力し、
    前記ミキサ回路の出力に基づき前記第1の発振信号の周波数と前記第2の発振信号の周波数との周波数差を検出し、
    前記周波数差の検出値が、前記第1の分周器の前記分周率及び前記遅延回路の遅延量と整合するか否かを判定する
    各段階を含むことを特徴とするレーダ装置の自己診断方法。
  10. 前記遅延回路の前記遅延量を変化させ、異なる複数の前記遅延量毎に前記判定する段階を実行することを特徴とする請求項記載のレーダ装置の自己診断方法。
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