KR20000022354A - 발진기 제어 구조 및 그 제어 방법 - Google Patents

발진기 제어 구조 및 그 제어 방법 Download PDF

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크리스터 에커스턴
죠아킴 올로프쏜
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칼-괴란 포르스버그
셀시우스테크 일렉트로닉스 아베
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Abstract

교통 분야 특히 차량 레이더에 이용되는 선형 주파수 스위프를 발생하는 레이더 발진기를 제어하는 구조 및 그 방법에 관한 것이다. 위상 동기 선형 루프는 위상 동기 발진기 루프를 제어하는 선형 주파수 스위프를 발생하며, 선형화 루프보다 상당히 큰 대역폭을 갖는다.

Description

발진기 제어 구조 및 그 제어 방법
전술한 응용 분야에 있어서, 광 대역폭 영역 내의 상당한 선형 주파수 스위프가 달성될 수 있도록 하는 것이 좋다. 제어된 발진기의 부적절함이 선형 스위프를 손상시켜서는 안된다.
본 발명의 목적은 전술한 바람직한 특성을 충족하는 구조 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 위상 동기 루프를 이용하여 선형 주파수 스위프(sweep) 발생을 위한 레이더 발진기 제어 구조 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 그 구조 및 방법은 교통 분야 예컨대, 차량 레이더 시스템의 일부분일 수 있으며, 바람직하게는, FM/CW 형의 레이더에서 이용될 수 있다.
도 1은 발진기를 제어하기 위하여 본 발명의 구조에 따른 레이더 구조의 개략적인 블록도.
도 2는 개략적인 블록도의 형태로서, 본 발명에 따른 발진기 제어 구조의 실시예의 도면.
도 3은 더 상세한 블록도의 형태로서 도 2에 따른 실시예의 도면.
도 4는 발진기 제어 구조의 발진기 루프에 대한 기준 신호로서 이용될 발진기 제어 구조의 선형화 루프로부터 획득된 이상적 선형 주파수 스위프의 예를 보인 도면.
도 5는 구비된 전압 제어 발진기에 대한 주파수값과 이에 대응하는 분할 인자의 예를 보인 표.
본 발명의 목적은 적어도 2개의 위상 동기 루프를 이용하는 구조 및 방법에 의해 달성되는데, 위상 동기 루프 중에서 하나는 선형화 루프로서 선형 주파수 스위프를 발생하는데 이용되는 것이고, 그 나머지의 위상 동기 루프는 발진기 루프로서 기준 전압과 같은 선형화 루프 내에 발생된 선형 스위프를 이용하는 것이다.
본 발명에 따르면, 2개의 위상 동기 루프가 이용된다. 위상 동기 루프 중에서 선형화 루프는 협 대역폭을 가지는 한편 바람직하지 않은 신호를 억제하는 기능을 한다. 선형화 루프에서 발생된 발진기 신호는 사실상 제2 위상 동기 루프 즉, 발진기 루프 내에서 이용되며, 상당한 광 대역폭을 갖는다. 발진기 루프의 광 대역폭에 의해 신호 중의 위상 잡음이 제어된 발진기 내에서 억제된다.
본 발명에 따르면, 선형화 루프는 바람직하게는, 수 kHz 범위의 대역폭을 가지며, 통상적으로 약 10 및 약 100kHz 사이의 대역 폭을 갖는다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 발진기 루프는 바람직하게는, 수 MHz 범위의 대역폭을 가지며, 통상적으로 약 5 및 약 20MHz 사이의 대역 폭을 가지고, 특히 약 10MHz의 대역폭을 갖는다.
발진기 주파수는 바람직하게는, 수 GHz 범위이며, 통상적으로 70 및 80GHz 사이에 있다.
본 발명의 유익한 방법에 따르면, 선형화 루프 내에서 발생된 선형 주파수 스위프는 제어된 발진기에 대한 발진기 주파수보다 낮은 주파수로 발생된다. 따라서, 선형화 루프는 매우 느리게 작동하게 되며, 선형화 루프 내에 포함되는 부품에 대한 요구가 적게 된다. 선형화 루프에 대한 상기 저 주파수는 약 100 및 1000MHz 사이가 이로우며, 약 500 및 약 700MHz 사이가 좋다.
본 발명의 유익한 실시예에 따르면, 선형화 루프는 위상 검출기를 포함하며, 루프 필터의 매개에 의해 그 출력은 선형화 푸르의 발진기의 제어 입력에 결합되며, 그의 입력은 클록 기준에 결합되고, 그의 다른 입력은 가변 분주기의 매개에 의해 선형화 루프 발진기의 출력에 접속된다. 이러한 접속 구조에 있어서, 가변 분주기는 1/n 카운터로 이루어지는 것이 좋다. 디지털 수단의 도입은 선형 램프가 선형화 루프의 발진기의 출력에서 발생될 수 있게 한다.
적절한 실시예에 따르면, 1/n 카운터의 카운터 간격 n은 세트 패턴으로 변화되도록 채용된다.
본 발명에 따른 구조의 다른 실시예에 따르면, 발진기 루프는 위상 검출기를 포함하며, 그의 출력은 루프 필터의 매개로 제어된 발진기에 결합되고, 그의 한 입력은 제1 분주기의 매개에 의해 선형화 루프의 발진기의 출력에 접속되며, 그의 다른 입력은 제2 분주기의 매개에 의해 믹서의 출력에 접속되고, 입력측의 믹서는 제어된 발진기의 출력과 접속되는 한편 다른 발진기의 출력에 접속된다. 발진기 루프의 큰 대역폭 때문에, 발진기 내의 위상 잡음의 높은 억제력이 달성된다. 게다가, 발진기 주파수는 소위 풀링(pulling)인 부하 임피던스의 변동에 독립적이게 된다.
본 발명은 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
차량 레이더 장비에 이용하는 것이 적합한 레이더 구조(4)는 도 1에 도시되어 있으며, 안테나(6), 송신부(7) 및 수신부(8)를 포함하고 있다. 레이더 구조는 FM/CW 기술로 동작하는 것이 좋으며, 안테나(6)는 차량의 전방에 설치되는 것이 좋다. 송신부는 발진기 제어 구조(9) 및 발진기(10)를 구비한다. 바람직하게는, 발진기는 수 기가헤르츠 예컨대, 77GHz 범위의 신호를 발생하며, 방향성 커플러(11) 및 전달기(12)의 매개에 의해 안테나(6)에 공급된다. 발진기(10)는 건(Gunn) 다이오드 발진기 또는 그 환경에 적합한 다른 발진기로 이루어질 수 있다. 안테나에 의해 수신된 반사된 신호는 전달기(12)의 매개에 의해 믹서(13)로 유도되며, 믹서에 의해 수신된 신호는 송신된 신호와 믹싱된다. 증폭(14), 필터(15) 및 신호 처리(16) 후에 다른 것들 중에서 차량 전방에 대한 거리 r과 방향 ∝는 잘 알려진 레이더 원리 뿐만 아니라 만일 필요할 경우, 차량의 속도 및 가속에 관한 정보에 따라서 획득될 수 있다.
도 2의 발진기 제어 구조(9)는 위상 동기 루프(20, 40), 전술한 바 있는 선형화 루프(20) 및 발진기 루프(40)를 포함한다. 선형화 루프(20)는 위상 검출기(21)를 포함한다. 위상 검출기의 한 입력은 블록(22)에 의해 공급된 기준 신호 Fref에 접속되며, 다른 입력은 1/n 카운터의 형태의 분주기(24)의 매개에 의해 전압 제어된 발진기(23)의 출력에 접속된다. 위상 검출기(21)의 출력 신호는 루프 필터(25)의 매개에 의해 전압 제어된 발진기(23)를 제어한다. 1/n 카운터(24)는 가변 분주기로서 작용한다. 상호 작용으로서, 선형화 루프 내에 구비된 성분은 이상적으로는 도 4에 보인 모양을 가질 수 있는 전압 제어된 발진기(23)의 출력에 선형 주파수 스위프의 형태의 신호를 발생한다.
도 4를 참조하면, 전압 제어된 발진기(23) 상의 출력 신호의 주파수 f를 시간의 함수로서 보이고 있으며, 이상적으로는, 시간 t0에서 개시하고, 시간 t1에서 종료하는 선형 주파수 스위프가 달성된다. 시간 t1에서, 신호는 시간 t0가 공급되는 개시 레벨로 되돌려진 다음에 시간 t3까지 계속되는 새로운 주파수 스위프가 개시될 때에 시간 t2까지 이러한 개시 레벨을 유지한다. 앞으로, 이러한 공정은 동일한 방법으로 반복된다.
전압 제어된 발진기(23)의 출력 상의 신호는 기준 신호로서 발진기 루프(40) 내에 이용되며, 분주기(43)의 매개에 의해 위상 검출기(42) 상의 입력에 공급된다. 위상 검출기(42)의 다른 입력은 다른 분주기(44)의 매개에 의해 믹서(45)에 접속된다. 믹서의 한 입력은 발진기(10)에 접속되고, 다른 입력은 영구적으로 동조된 발진기(46)에 접속된다. 중간 주파수 신호 IF는 믹서(45)의 출력에 생성된다. 위상 검출기(42)는 루프 필터(47)의 매개에 의해 발진기(10)를 제어한다.
발진기 제어 구조는 도 3의 보다 상세한 블록도로서 이하에 더욱 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 건 다이오드 발진기(10)의 출력 신호는 중간 주파수 신호 IF를 발생하기 위하여 발진기(46)로부터의 출력 신호와 믹싱된다. 발진기(!0)의 출력 신호는 기가헤르츠 범위가 적합하며, 발생된 중간 주파수 신호는 1GHz 이하의 주어진 주파수이다.
중간 주파수 신호는 분주기(44)에서 N1에 의해 분주되고, 위상 검출기(42)에 인가된다. 여기서, 신호는 기준 발진기로서 역할을 하는 전압 제어된 발진기(23)로부터의 신호와 비교된다. 위상 검출기(42)는 건 다이오드 발진기의 주파수를 정정하는 에러 신호의 형태로서 출력 신호를 발생한다. 위상 검출기(42)의 출력 신호는 건 다이오드 발진기에 도달하기에 앞서, 루프 필터 증폭기(53)에 필터를 관통하며 버퍼 증폭기단(54)을 통하여 분리된다.
발진기(23)의 Q값을 최대화하기 위하여, 발진기 회로는 동조된 L-C 공진기 회로가 이용된다. 버퍼 증폭기(48)는 위상 검출기(42)로부터 전압 제어 발진기(23)를 분리시키고, 전압 제어 발진기로부터의 출력 신호를 증폭한다. 이러한 방법으로 소위 풀링이 방지된다. 분주기(43)는 N2에 의해 전압 제어 발진기기로부터 출력 신호를 분주한다.
샘플 및 홀드 회로(49)는 주파수 스위프가 개시하기 이전에 커패시터(50)의 제어 전압을 감지하고, 주파수 스위프가 종료될 때에 커패시터에 전압을 다시 충전시킨다. 또한, 회로(49)는 스위프가 끝날 때에 접점(51)을 개방하고, 선형화 루프가 동기되었을 때에 접점을 닫는다. 회로(49)의 이용에 의해, 건 다이오드 발진기의 주파수의 빠른 리턴이 달성되며, 선형화 루프의 동기 구간 동아에 원하지 않은 주파수의 송신은 제거된다.
높은 천이 전압에 대하여 건 다이오드 발진기를 보호하기 위하여, 건 다이오드 발진기의 전압이 매우 높은 경우에 전압을 접지하는 안전한 회로(52)가 있다.
선형화 루프에서, 주파수 스위프는 다음과 같이 달성된다. 버퍼 증폭기(48)에 의해 분리된 발진기 신호는 n 스텝(n=Nmin)을 카운트하는 1/n 카운터의 형태로서 분주기(24)에 인가된 다음에, 펄스를 위상 검출기(21)에 제공한다. 위상 검출기는 펄스와 결정 제어 기준 발진기(26)로부터의 클록 기준과 비교한다. 도시한 실시예에 있어서, 기준 발진기(26)는 분주기(36)에서 1MHz로 연속적으로 주파수 분주되는 고 주파수 클록 기준을 발생한다. 이어서, 카운터(24)는 다시 n=Nmin에 대하여 카운트하고, 펄스를 위상 검출기(21)에 발산한다. 카운터로부터의 제2 펄스는 새로운 값을 카운터, n=Nmin+1로 저장한다. 이제, 카운터는 펄스를 위상 검출기에 발산하기 이전에 여분의 사이클을 카운트한다. 즉, 전압 제어 발진기는 세트 패턴에 따라서 고 주파수가 된다. 세트 패턴의 복수의 다른 예가 가능하다. 이러한 처리는 타이머(27)가 처리를 중단할 때 까지 계속하고, 이어서, 1/n 카운터를 더 큰 스텝의 패턴으로 저장하고, 빠르게 제어된 방식으로 카운터를 개시값 n=Nmin으로 리턴시킨다. 이러한 값은 타이머가 입력(39)에 동기 신호를 수신할 때 까지 유지되고, 일단 카운트 절차를 다시 개시한다. 이러한 정황에서, 분할 인자 n을 제어하는 논리는 전압 제어된 발진기로부터의 사이클을 소실하는 일 없이 전환될 값n에 대하여 충분히 빨라야만 하는 점에 유의하여야 한다. 이것은 n에 대한 새로운 값은 카운터가 카운트하는 동안 저장되어야 한다는 것을 의미한다. 도 5는 소정의 발진기 주파수, VCO 주파수 및 분할 인자 n의 일부값의 예를 표로서 보이고 있다. 표에서 n의 제1 값은 전술한 값 Nmin과 대응한다.
위상 검출기(21)의 출력은 에러 증폭기(29)의 출력 전압 스위프를 정정하는 출력 전류 10을 갖는 차아징 펌프로 이루어진다. 출력 신호는 전압 제어된 발진기의 입력 전압에서 기준 발진기(26)로부터의 클록 기준의 나머지를 제거하기 위하여 증폭기와 타원식 필터(30)에서 연속적으로 필터된다.
도 5의 표의 제3 라인을 참조하여 볼 때, 소정의 VCO 주파수와 분할 인자 n 사이의 비는 1 MHz가 아님을 알 수 있다. 카운터(24)는 출력 펄스를 위상 검출기(21)에 발산하기 이전에 상당히 적은 VCO 주기의 1/4을 카운트한다. 이러한 에러를 보상하기 위하여, 다른 차아징 펌프(28)가 블록도에 부가하였다. 차아징 펌프(28)는 출력 전류 10/4를 갖는 VCO 주기 동안에 활성화되도록 적용된다. 보상 신호는 카운터(24)로부터 각기 다른 출력 펄스에 공급된다. 보상 신호의 공급은 카운터(35)(1/N4 카운터)와 혼합하여 타이머(27)에 의해 제어된다.
요구된 루프 대역폭은 전압 제어된 발진기(23)의 선형성에 의존하며, 50kHz가 충분히 고려된다.
주파수를 개시값으로 빠르게 복구하는 다른 방법은 주파수 스위프가 개시할 때에 커패시터(32)의 전압을 감지하는 샘플 및 홀드 회로(31)를 이용하는 것이 있다. 주파수 스위프가 종료할 때, 접점(33)은 개방되는 한편 커패시터(32)는 샘플 및 홀드 회로(31)의 전압이 도달할 때 까지 방전된다. 다음에, 접점(33)은 닫혀지는 한편 루프는 전압 제어된 발진기(23)에 동기한다. 회로(31)는 주파수 스위프 후에 주파수 복구 동안 선형화 루프를 보조하며 빠른 동기가 수행된다.
램프 발생기(34)는 제어 전압에 가산되는 전압 램프를 발생하기 위하여 직류 전류 전압 Uref를 적분한다. 전압 램프는 주파수 스위프 동안 발생된다. 스위프가 종료될 때, 접점(37)은 램프 발생기(34) 상부에 놓인 커패시터(38)를 방전하기 위하여 닫혀진다. 스위프가 개시할 때에, 접점은 개방되어야 한다. 이러한 램프의 목적은 위상 검출기(21)로부터의 에러 신호를 감소하는 한편 스위프가 개시할 때에 천이를 감소하기 위한 것이다.

Claims (9)

  1. 차량 레이더와 같은 교통 분야에 이용되며 위상 동기 루프의 이용에 의해 선형 주파수 스위프를 발생하는 레이더 발진기를 제어하는 방법에 있어서,
    적어도 2개의 위상 동기 루프가 형성되는데, 그 중 하나의 위상 동기 루프인 선형화 루프는 선형 주파수 스위프를 발생하는데 이용되며, 다른 위상 동기 루프인 발진기 루프는 상기 선형 루프에 발생된 선형 주파수 스위프를 기준 신호로서 이용하고, 상기 선형 루프는 상기 발진기 루프보다 낮은 대역폭으로 제한되는 것을 특징으로 하는 레이더 발진기 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선형화 루프는 수 kHz, 바람직하게는 약 10 및 약 100kHz 사이, 특히 약 50kHz의 범위의 대역폭으로 제한되며, 상기 발진기 루프는 수 MHz, 바람직하게는 약 5 및 약 20MHz 사이, 특히 약 10MHz의 범위의 대역폭으로 제한되는 것을 특징으로 하는 레이더 발진기 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선형화 루프에서 발생된 상기 선형 주파수 스위프는 상기 제어된 발진기에 대한 상기 발진기 주파수보다 낮은 주파수에서 발생되는 것을 특징으로 하는 레이더 발진기 제어 방법.
  4. 차량 레이더와 같은 교통 분야에 이용되며 위상 동기 루프의 이용에 의해 선형 주파수 스위프를 발생하는 레이더 발진기를 제어하는 구조에 있어서,
    상기 구조는 적어도 2개의 위상 동기 루프를 구비하는데, 그 중 하나의 위상 동기 루프인 선형화 루프는 선형 주파수 스위프를 발생하도록 적용되며, 나머지 하나의 위상 동기 루프인 발진기 루프는 상기 선형화 루프에서 발생된 상기 선형 주파수 스위프를 기준 신호로서 이용하도록 적용되고, 상기 선형화 루프는 상기 발진기 루프보다 낮은 대역폭을 갖는 것을 특징으로 하는 레이더 발진기 제어 구조.
  5. 제4항에 있어서, 상기 선형화 루프는 수 kHz, 바람직하게는 약 10 및 약 100kHz 사이, 특히 약 50kHz의 범위의 대역폭으로 제한되며, 상기 발진기 루프는 수 MHz, 바람직하게는 약 5 및 약 20MHz 사이, 특히 약 10MHz의 범위의 대역폭으로 제한되는 것을 특징으로 하는 레이더 발진기 제어 구조.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 선형화 루프는 출력이 루프 필터의 매개에 의해 상기 선형화 루프의 상기 발진기의 제어 입력에 결합되는 한편 하나의 입력은 클록 기준에 결합되고 다른 입력이 가변 분주기의 매개에 의해 상기 선형화 루프의 상기 발진기의 상기 출력에 접속되는 위상 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 발진기 제어 구조.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가변 분주기는 1/n 카운터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이더 발진기 제어 구조.
  8. 제7항에 있어서, 상기 1/n 카운터의 카운트 간격 n은 세트 패턴으로 전환되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 레이더 발진기 제어 구조.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발진기 루프는 출력이 루프 필터의 매개에 의해 상기 제어된 발진기에 결합되는 한편 하나의 입력은 제1 분주기의 매개에 의해 상기 선형화 루프의 상기 발진기의 출력에 접속되고 나머지 입력은 제2 분주기의 매개에 의해 믹서의 출력에 접속되는 위상 검출기를 포함하는데, 상기 입력측의 상기 믹서는 상기 제어된 발진기의 출력과 상기 다른 발진기의 출력에 접속되는 것을 특징으로 하는 레이더 발진기 제어 구조.
KR1019980710782A 1996-07-02 1997-06-30 발진기 제어 구조 및 그 제어 방법 KR20000022354A (ko)

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