專利名稱：信號(hào)生成電路、雷達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種信號(hào)發(fā)生電路、雷達(dá)裝置。
背景技術(shù)：
使用了FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave :頻率調(diào)制連續(xù)波)信號(hào)的雷達(dá)裝置，接收從發(fā)送機(jī)發(fā)送且由對(duì)象物反射了的FMCW信號(hào)，對(duì)該接收信號(hào)和在該接收時(shí)發(fā)送的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算。這里，乘法器的輸出信號(hào)頻率由兩信號(hào)時(shí)間差決定的，因此能夠求出與對(duì)象物的距離、相對(duì)速度等。
雷達(dá)用途的FMCW信號(hào)要求頻率相對(duì)于時(shí)間幾乎直線地變化的特性。以往，公知有如下方法將壓控振蕩器的輸出信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換為電壓，與從外部輸入的三角波狀的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，使用其誤差來(lái)獲得高的線性特性。或者公知有如下方法等使用環(huán)帶寬窄的相位同步電路對(duì)三角波的基準(zhǔn)信號(hào)的頻率進(jìn)行倍頻，將該倍頻后的信號(hào)作為環(huán)帶寬寬的相位同步電路的基準(zhǔn)信號(hào)而使用。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在以往的方法中，存在如下問(wèn)題壓控振蕩器的相位噪聲的抑制、FMCff信號(hào)的線性的維持困難，另外需要修正誤差的單元。實(shí)施方式的信號(hào)生成電路、雷達(dá)裝置，其目的在于提供一種能夠獲得低噪聲、高頻率精度且高線性的FMCW信號(hào)的信號(hào)生成電路、雷達(dá)
>J-U裝直。用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的第一方面的發(fā)明為一種信號(hào)生成電路，其特征在于，具備振蕩器，通過(guò)模擬控制信號(hào)來(lái)控制振蕩信號(hào)的頻率；數(shù)字相位檢測(cè)部，檢測(cè)上述振蕩信號(hào)的相位信息并輸出數(shù)字的相位信息；第I微分部，對(duì)上述數(shù)字的相位信息進(jìn)行微分并輸出數(shù)字的頻率信息；比較部，比較設(shè)定上述振蕩頻率的頻率設(shè)定碼與上述數(shù)字的頻率信息并輸出數(shù)字的頻率誤差信息；低通濾波器，去除上述數(shù)字的頻率誤差信息的高頻分量；D/A轉(zhuǎn)換部，將去除了高頻分量的上述數(shù)字的頻率誤差信息轉(zhuǎn)換為模擬的頻率誤差信息；以及積分器，對(duì)上述模擬的頻率誤差信息進(jìn)行積分并轉(zhuǎn)換為模擬的相位誤差信息，將該模擬的相位誤差信息作為上述模擬控制信號(hào)而輸出。第二方面的發(fā)明為一種雷達(dá)裝置，其特征在于，具備第一方面的發(fā)明的信號(hào)生成電路；發(fā)送部，將上述振蕩信號(hào)作為發(fā)送信號(hào)而發(fā)送；混頻器，將上述發(fā)送部發(fā)送的發(fā)送信號(hào)由探測(cè)對(duì)象反射而返回的接收信號(hào)以及上述發(fā)送信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算并生成拍頻信號(hào)；以及運(yùn)算部，運(yùn)算上述拍頻信號(hào)并生成到上述探測(cè)對(duì)象的距離數(shù)據(jù)。


圖I是表示第I實(shí)施方式的信號(hào)生成電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2A是表示圖I所示的信號(hào)生成電路的頻率設(shè)定碼的圖。圖2B是表示圖I所示的信號(hào)生成電路的輸出信號(hào)的頻率的圖。圖3是表示第I實(shí)施方式的信號(hào)生成電路中的傳遞特性的框圖。圖4是表示第2實(shí)施方式的信號(hào)生成電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖5A是表不圖4所不的彳目號(hào)生成電路的頻率設(shè)定碼的圖。圖5B是表不圖4所不的彳目號(hào)生成電路的頻率設(shè)定碼的斜率的圖。圖5C是表示圖4所示的信號(hào)生成電路的振蕩頻率可變碼的圖。 圖是表示圖4所示的信號(hào)生成電路的振蕩頻率的圖。圖6是說(shuō)明第2實(shí)施方式中的增益歸一化的圖。圖7是說(shuō)明第2實(shí)施方式中的模擬電路部的增益的圖。圖8是表示第3實(shí)施方式的信號(hào)生成電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖9是表示第4實(shí)施方式的信號(hào)生成電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖10是說(shuō)明第2 第4實(shí)施方式中的增益校準(zhǔn)的流程圖。圖11是說(shuō)明第2 第4實(shí)施方式中的增益校準(zhǔn)的其它例子的流程圖。圖12是說(shuō)明第5實(shí)施方式中的雷達(dá)裝置的框圖。
具體實(shí)施例方式為了解決上述課題，實(shí)施方式的信號(hào)生成電路具有通過(guò)模擬控制信號(hào)來(lái)控制振蕩信號(hào)的頻率的振蕩器。該信號(hào)生成電路具備數(shù)字相位檢測(cè)部，檢測(cè)振蕩信號(hào)的相位信息并輸出數(shù)字的相位信息；第I微分部，對(duì)數(shù)字的相位信息進(jìn)行微分并輸出數(shù)字的頻率信息；t匕較部，比較設(shè)定振蕩頻率的頻率設(shè)定碼與數(shù)字的頻率信息并輸出數(shù)字的頻率誤差信息；以及低通濾波器部，去除數(shù)字的頻率誤差信息的高頻分量。而且，該信號(hào)生成電路具備D/A轉(zhuǎn)換部，將去除了高頻分量的數(shù)字的頻率誤差信息轉(zhuǎn)換為模擬的頻率誤差信息；以及積分器，對(duì)模擬的頻率誤差信息進(jìn)行積分而轉(zhuǎn)換為模擬的相位誤差信息、并將該模擬的相位誤差信息作為模擬控制信號(hào)而輸出。(第I實(shí)施方式)下面，參照?qǐng)DI 圖3詳細(xì)地說(shuō)明第I實(shí)施方式的信號(hào)生成電路。如圖I所示，第I實(shí)施方式的信號(hào)生成電路I具備壓控振蕩器5 (VC05)，使振蕩頻率根據(jù)模擬的控制電壓而變化；分頻器10，以規(guī)定的分頻數(shù)N對(duì)VCO 5的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻；數(shù)字相位檢測(cè)器15，從分頻器10的輸出信號(hào)中檢測(cè)相位信息并輸出數(shù)字相位信息；以及微分器20，對(duì)數(shù)字相位檢測(cè)器15輸出的數(shù)字相位信息進(jìn)行微分并轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻率信息。另外，實(shí)施方式的信號(hào)生成電路I具備碼生成部25，生成規(guī)定的頻率設(shè)定碼；匕匕較器30 (減法器)，比較微分器20輸出的數(shù)字頻率信息與碼生成部25生成的頻率設(shè)定碼并輸出數(shù)字的誤差信息；低通濾波器35 (LPF 35)，抑制包含在該誤差信息中的高頻分量；電流輸出DA變換器50 (電流輸出DAC 50)，將數(shù)字的誤差信息轉(zhuǎn)換為模擬的誤差信息并作為模擬電流而輸出；以及積分器55，對(duì)電流輸出DAC 50的輸出電流進(jìn)行積分并生成VCO 5的控制電壓。此外，實(shí)施方式的信號(hào)生成電路I也可以具備可變?cè)鲆嫫?0 (或者可變衰減器)，放大(或者衰減)LPF 35的輸出；以及乘法器45，對(duì)可變?cè)鲆嫫?0的輸出與任意的值進(jìn)行乘法運(yùn)算。VCO 5根據(jù)控制電壓Vrfrt而生成具有頻率相對(duì)于時(shí)間直線地增減的特性的FMCW信號(hào)。圖2A表示VCO 5的振蕩信號(hào)的一個(gè)例子，表示振蕩頻率相對(duì)于時(shí)間鋸齒狀地增減的樣子。VCO 5的振蕩信號(hào)用于雷達(dá)等，具有例如毫米波帶等非常高的頻率。分頻器10以規(guī)定的分頻比N對(duì)VCO 5的振蕩信號(hào)進(jìn)行分頻。一般，能夠通過(guò)數(shù)字相位檢測(cè)器直接檢測(cè)信號(hào)的相位的情況以幾GHz左右的頻率為極限。因此，分頻器10起到將VCO 5的振蕩信號(hào)降頻到能夠通過(guò)數(shù)字相位檢測(cè)器檢測(cè)相位的程度的作用。例如，在VCO5的振蕩信號(hào)被使用為77GHz帶的毫米波雷達(dá)的FMCW信號(hào)的情況下，分頻器10對(duì)該振蕩信號(hào)進(jìn)行32分頻而轉(zhuǎn)換為2. 4GHz左右的頻率的信號(hào)。數(shù)字相位檢測(cè)器15針對(duì)系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號(hào)Ref的每個(gè)周期檢測(cè)分頻器10的輸出信號(hào)的相位信息，并以數(shù)字碼進(jìn)行輸出。數(shù)字相位檢測(cè)器15例如能夠通過(guò)計(jì)數(shù)器電路、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC Time-to-Digital Converter)、或者組合它們來(lái)實(shí)現(xiàn),其中該計(jì)數(shù)器電路對(duì)所輸入的信號(hào)的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)并輸出，該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器檢測(cè)所輸入的信號(hào)的上升沿 與基準(zhǔn)信號(hào)Ref的上升沿的時(shí)間差并以數(shù)字碼進(jìn)行輸出。微分器20對(duì)數(shù)字相位檢測(cè)器15輸出的數(shù)字的相位信息進(jìn)行微分并轉(zhuǎn)換為數(shù)字的
頻率信息。碼生成部25生成數(shù)字信號(hào)并作為頻率設(shè)定碼而輸出，該數(shù)字信號(hào)具有與VC05的振蕩信號(hào)的相對(duì)于時(shí)間的頻率變化相對(duì)應(yīng)的值。頻率設(shè)定碼具有與VC05應(yīng)該振蕩的頻率變化相對(duì)應(yīng)的值的變化，例如如圖2B所示那樣以三角波、鋸齒波狀進(jìn)行變化。S卩，如果設(shè)圖I所示的電路的負(fù)反饋環(huán)的增益充分高，則微分器20輸出的頻率信息追蹤該頻率設(shè)定碼而變化，因此VC05的輸出頻率也與頻率設(shè)定碼相同地以三角波、鋸齒波狀進(jìn)行變化。比較器30運(yùn)算碼生成部25生成的頻率設(shè)定碼與微分器20輸出的頻率信息的差分、并作為誤差信息而輸出。LPF 35是去除包含于誤差信息的高頻分量的濾波器，作為PLL電路的LPF而發(fā)揮功能。可變?cè)鲆嫫?0對(duì)從LPF35輸出的誤差信息的振幅分量進(jìn)行放大/衰減處理，使其成為規(guī)定的電平。乘法器45具有根據(jù)需要對(duì)誤差信息乘以規(guī)定的系數(shù)的功能。可變?cè)鲆嫫?0以及乘法器45在第I實(shí)施方式中也可以省略。電流輸出DAC 50將所輸入的數(shù)字的誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬的誤差信號(hào)、并作為模擬電流而輸出。積分器55例如由電容器等構(gòu)成，起到將電流輸出DAC 50輸出的電流轉(zhuǎn)換為電壓的作用。通過(guò)積分器55進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的電壓作為控制電壓Vrtrt被提供給VCO 5。此外，電流輸出DAC也能夠通過(guò)電壓輸出DAC來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種情況下，積分器55只要通過(guò)由運(yùn)算放大器電路、電阻器、電容器構(gòu)成的模擬電壓積分器構(gòu)成并將其輸出設(shè)為VCO5的控制電壓即可。在比較器30輸出的誤差信息為固定且正的值的情況下,在構(gòu)成積分器55的電容器中流入固定的電流，因此能夠獲得相對(duì)于時(shí)間以固定的比例增加的控制電壓其結(jié)果是VC0 5生成頻率相對(duì)于時(shí)間單調(diào)地變高的振蕩信號(hào)。從數(shù)字相位檢測(cè)器15到電流輸出DAC 50的各要素的運(yùn)算是數(shù)字信息(數(shù)字信號(hào))的運(yùn)算，使用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。因而，通過(guò)數(shù)字處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)VCO 5的振蕩頻率的線性性能帶來(lái)影響的要素，所以不需要電阻器、電容器等模擬無(wú)源元件，電路、FMCW信號(hào)的穩(wěn)定性得到提高。另外，不產(chǎn)生由無(wú)源元件的元件偏差等引起的誤差，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的運(yùn)
笪此外，到積分器55為止還能夠由數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種情況下，只要采用通過(guò)電壓輸出的DA變換器將進(jìn)行積分后的數(shù)字碼轉(zhuǎn)換為模擬控制電壓、或使用積分后的數(shù)字碼直接控制數(shù)字控制振蕩器(DCO digitally Controlled Oscillator :數(shù)字控制振蕩器)的方式即可。其中，在將實(shí)施方式的信號(hào)生成電路I用于FMCW雷達(dá)的情況下，需要使VCO的控制信號(hào)相對(duì)于時(shí)間幾乎直線地變化。在如圖I所示那樣由電容器等的模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)積分器55的情況下，只要電流輸出的數(shù)字模擬變換器構(gòu)成為相對(duì)于時(shí)間輸出幾乎固定的電流即可，因此能夠以較低的動(dòng)作速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。即，通過(guò)電流輸出DAC以及模擬的積分器的組合來(lái)生成VCO的控制電壓時(shí)，能夠削減功耗、抑制失真、獲得精度高的振蕩信號(hào)。(第I實(shí)施方式的動(dòng)作)接著，參照?qǐng)D3說(shuō)明第I實(shí)施方式的信號(hào)生成電路I的動(dòng)作。圖3表示圖I所示的信號(hào)生成電路I的傳遞函數(shù)。在圖3中,(pFMCW是FMCW信號(hào)的相位噪聲，(pR是基準(zhǔn)信號(hào)Ref的相位噪聲，(PnR是基準(zhǔn)信號(hào)的相位噪聲，N是分頻器10的分頻數(shù)，(PnTDC是由數(shù)字相位檢測(cè)器15產(chǎn)生的量化噪聲，Hut是LPF 35的傳遞函數(shù)，Dgain是可變?cè)鲆嫫?0的增益以及乘法器45的增益之乘積，Kdac是電流輸出DAC 50的增益，(pnDAC是由電流輸出DAC 50產(chǎn)生的量化噪聲，Ks是積分器55的增益，fref是基準(zhǔn)信號(hào)的頻率，Kvaj是VCO 5的增益，(pnvco是由VCO 5產(chǎn)生的相位噪聲。圖3中的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)以數(shù)式I來(lái)表示。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)生成電路，其特征在于，具備 振蕩器，通過(guò)模擬控制信號(hào)來(lái)控制振蕩信號(hào)的頻率； 數(shù)字相位檢測(cè)部，檢測(cè)上述振蕩信號(hào)的相位信息并輸出數(shù)字的相位信息； 第I微分部，對(duì)上述數(shù)字的相位信息進(jìn)行微分并輸出數(shù)字的頻率信息； 比較部，比較設(shè)定上述振蕩頻率的頻率設(shè)定碼與上述數(shù)字的頻率信息并輸出數(shù)字的頻率誤差息； 低通濾波器，去除上述數(shù)字的頻率誤差信息的高頻分量； D/A轉(zhuǎn)換部，將去除了高頻分量的上述數(shù)字的頻率誤差信息轉(zhuǎn)換為模擬的頻率誤差信息；以及 積分器，對(duì)上述模擬的頻率誤差信息進(jìn)行積分并轉(zhuǎn)換為模擬的相位誤差信息，將該模擬的相位誤差信息作為上述模擬控制信號(hào)而輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信號(hào)生成電路，其特征在于，還具備 第2微分部，對(duì)上述頻率設(shè)定碼進(jìn)行微分； 增益運(yùn)算部，運(yùn)算輸入到上述D/A轉(zhuǎn)換部的信息以及上述第2微分部進(jìn)行微分后的上述頻率設(shè)定碼的微分值信息之比；以及 乘法運(yùn)算部，對(duì)去除了高頻分量的上述數(shù)字的頻率誤差信息乘以上述增益運(yùn)算部的運(yùn)晳社里異知米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)生成電路，其特征在于， 上述增益運(yùn)算部根據(jù)上述頻率設(shè)定碼所表示的變化量變化的前后各自的輸入到上述D/A轉(zhuǎn)換部的信息以及上述第2微分部進(jìn)行微分后的上述頻率設(shè)定碼的微分值信息來(lái)運(yùn)算上述比。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信號(hào)生成電路，其特征在于， 還具備碼生成部，該碼生成部生成上述頻率設(shè)定碼并輸入到上述比較部。
5.一種雷達(dá)裝置，其特征在于，具備 權(quán)利要求I 4中的任意一項(xiàng)所述的信號(hào)生成電路； 發(fā)送部，將上述振蕩信號(hào)作為發(fā)送信號(hào)而發(fā)送； 混頻器，對(duì)上述發(fā)送部發(fā)送的發(fā)送信號(hào)由探測(cè)對(duì)象反射而返回的接收信號(hào)以及上述發(fā)送信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算并生成拍頻信號(hào)；以及 運(yùn)算部，運(yùn)算上述拍頻信號(hào)并生成到上述探測(cè)對(duì)象的距離數(shù)據(jù)。
全文摘要
提供一種信號(hào)生成電路、雷達(dá)裝置，能夠獲得低噪聲、高頻率精度且高線性的FMCW信號(hào)。實(shí)施方式的信號(hào)生成電路具有通過(guò)模擬控制信號(hào)來(lái)控制振蕩信號(hào)的頻率的振蕩器。該信號(hào)生成電路具備數(shù)字相位檢測(cè)部，檢測(cè)振蕩信號(hào)的相位信息并輸出數(shù)字的相位信息；第1微分部，對(duì)數(shù)字的相位信息進(jìn)行微分并輸出數(shù)字的頻率信息；比較部，比較設(shè)定振蕩頻率的頻率設(shè)定碼與數(shù)字的頻率信息并輸出數(shù)字的頻率誤差信息；低通濾波器，去除數(shù)字的頻率誤差信息的高頻分量；D/A轉(zhuǎn)換部，將去除了高頻分量的數(shù)字的頻率誤差信息轉(zhuǎn)換為模擬的頻率誤差信息；以及積分器，對(duì)模擬的頻率誤差信息進(jìn)行積分并轉(zhuǎn)換為模擬的相位誤差信息，將該模擬的相位誤差信息作為模擬控制信號(hào)而輸出。
文檔編號(hào)H03B5/32GK102832884SQ20121006928
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者小林由佳, 櫻井宏樹(shù) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝