专利名称：信号生成电路、雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及一种信号发生电路、雷达装置。
背景技术：
使用了FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave :频率调制连续波)信号的雷达装置，接收从发送机发送且由对象物反射了的FMCW信号，对该接收信号和在该接收时发送的发送信号进行乘法运算。这里，乘法器的输出信号频率由两信号时间差决定的，因此能够求出与对象物的距离、相对速度等。
雷达用途的FMCW信号要求频率相对于时间几乎直线地变化的特性。以往，公知有如下方法将压控振荡器的输出信号的频率转换为电压，与从外部输入的三角波状的电压信号进行比较，使用其误差来获得高的线性特性。或者公知有如下方法等使用环带宽窄的相位同步电路对三角波的基准信号的频率进行倍频，将该倍频后的信号作为环带宽宽的相位同步电路的基准信号而使用。
发明内容
但是，在以往的方法中，存在如下问题压控振荡器的相位噪声的抑制、FMCff信号的线性的维持困难，另外需要修正误差的单元。实施方式的信号生成电路、雷达装置，其目的在于提供一种能够获得低噪声、高频率精度且高线性的FMCW信号的信号生成电路、雷达
>J-U装直。用于实现本发明的目的的第一方面的发明为一种信号生成电路，其特征在于，具备振荡器，通过模拟控制信号来控制振荡信号的频率；数字相位检测部，检测上述振荡信号的相位信息并输出数字的相位信息；第I微分部，对上述数字的相位信息进行微分并输出数字的频率信息；比较部，比较设定上述振荡频率的频率设定码与上述数字的频率信息并输出数字的频率误差信息；低通滤波器，去除上述数字的频率误差信息的高频分量；D/A转换部，将去除了高频分量的上述数字的频率误差信息转换为模拟的频率误差信息；以及积分器，对上述模拟的频率误差信息进行积分并转换为模拟的相位误差信息，将该模拟的相位误差信息作为上述模拟控制信号而输出。第二方面的发明为一种雷达装置，其特征在于，具备第一方面的发明的信号生成电路；发送部，将上述振荡信号作为发送信号而发送；混频器，将上述发送部发送的发送信号由探测对象反射而返回的接收信号以及上述发送信号进行乘法运算并生成拍频信号；以及运算部，运算上述拍频信号并生成到上述探测对象的距离数据。
图I是表示第I实施方式的信号生成电路的结构的框图。图2A是表示图I所示的信号生成电路的频率设定码的图。图2B是表示图I所示的信号生成电路的输出信号的频率的图。图3是表示第I实施方式的信号生成电路中的传递特性的框图。图4是表示第2实施方式的信号生成电路的结构的框图。图5A是表不图4所不的彳目号生成电路的频率设定码的图。图5B是表不图4所不的彳目号生成电路的频率设定码的斜率的图。图5C是表示图4所示的信号生成电路的振荡频率可变码的图。 图是表示图4所示的信号生成电路的振荡频率的图。图6是说明第2实施方式中的增益归一化的图。图7是说明第2实施方式中的模拟电路部的增益的图。图8是表示第3实施方式的信号生成电路的结构的框图。图9是表示第4实施方式的信号生成电路的结构的框图。图10是说明第2 第4实施方式中的增益校准的流程图。图11是说明第2 第4实施方式中的增益校准的其它例子的流程图。图12是说明第5实施方式中的雷达装置的框图。
具体实施例方式为了解决上述课题，实施方式的信号生成电路具有通过模拟控制信号来控制振荡信号的频率的振荡器。该信号生成电路具备数字相位检测部，检测振荡信号的相位信息并输出数字的相位信息；第I微分部，对数字的相位信息进行微分并输出数字的频率信息；t匕较部，比较设定振荡频率的频率设定码与数字的频率信息并输出数字的频率误差信息；以及低通滤波器部，去除数字的频率误差信息的高频分量。而且，该信号生成电路具备D/A转换部，将去除了高频分量的数字的频率误差信息转换为模拟的频率误差信息；以及积分器，对模拟的频率误差信息进行积分而转换为模拟的相位误差信息、并将该模拟的相位误差信息作为模拟控制信号而输出。(第I实施方式)下面，参照图I 图3详细地说明第I实施方式的信号生成电路。如图I所示，第I实施方式的信号生成电路I具备压控振荡器5 (VC05)，使振荡频率根据模拟的控制电压而变化；分频器10，以规定的分频数N对VCO 5的输出信号进行分频；数字相位检测器15，从分频器10的输出信号中检测相位信息并输出数字相位信息；以及微分器20，对数字相位检测器15输出的数字相位信息进行微分并转换为数字频率信息。另外，实施方式的信号生成电路I具备码生成部25，生成规定的频率设定码；匕匕较器30 (减法器)，比较微分器20输出的数字频率信息与码生成部25生成的频率设定码并输出数字的误差信息；低通滤波器35 (LPF 35)，抑制包含在该误差信息中的高频分量；电流输出DA变换器50 (电流输出DAC 50)，将数字的误差信息转换为模拟的误差信息并作为模拟电流而输出；以及积分器55，对电流输出DAC 50的输出电流进行积分并生成VCO 5的控制电压。此外，实施方式的信号生成电路I也可以具备可变增益器40 (或者可变衰减器)，放大(或者衰减)LPF 35的输出；以及乘法器45，对可变增益器40的输出与任意的值进行乘法运算。VCO 5根据控制电压Vrfrt而生成具有频率相对于时间直线地增减的特性的FMCW信号。图2A表示VCO 5的振荡信号的一个例子，表示振荡频率相对于时间锯齿状地增减的样子。VCO 5的振荡信号用于雷达等，具有例如毫米波带等非常高的频率。分频器10以规定的分频比N对VCO 5的振荡信号进行分频。一般，能够通过数字相位检测器直接检测信号的相位的情况以几GHz左右的频率为极限。因此，分频器10起到将VCO 5的振荡信号降频到能够通过数字相位检测器检测相位的程度的作用。例如，在VCO5的振荡信号被使用为77GHz带的毫米波雷达的FMCW信号的情况下，分频器10对该振荡信号进行32分频而转换为2. 4GHz左右的频率的信号。数字相位检测器15针对系统的基准信号Ref的每个周期检测分频器10的输出信号的相位信息，并以数字码进行输出。数字相位检测器15例如能够通过计数器电路、时间数字转换器(TDC Time-to-Digital Converter)、或者组合它们来实现,其中该计数器电路对所输入的信号的脉冲数进行计数并输出，该时间数字转换器检测所输入的信号的上升沿 与基准信号Ref的上升沿的时间差并以数字码进行输出。微分器20对数字相位检测器15输出的数字的相位信息进行微分并转换为数字的
频率信息。码生成部25生成数字信号并作为频率设定码而输出，该数字信号具有与VC05的振荡信号的相对于时间的频率变化相对应的值。频率设定码具有与VC05应该振荡的频率变化相对应的值的变化，例如如图2B所示那样以三角波、锯齿波状进行变化。S卩，如果设图I所示的电路的负反馈环的增益充分高，则微分器20输出的频率信息追踪该频率设定码而变化，因此VC05的输出频率也与频率设定码相同地以三角波、锯齿波状进行变化。比较器30运算码生成部25生成的频率设定码与微分器20输出的频率信息的差分、并作为误差信息而输出。LPF 35是去除包含于误差信息的高频分量的滤波器，作为PLL电路的LPF而发挥功能。可变增益器40对从LPF35输出的误差信息的振幅分量进行放大/衰减处理，使其成为规定的电平。乘法器45具有根据需要对误差信息乘以规定的系数的功能。可变增益器40以及乘法器45在第I实施方式中也可以省略。电流输出DAC 50将所输入的数字的误差信号转换为模拟的误差信号、并作为模拟电流而输出。积分器55例如由电容器等构成，起到将电流输出DAC 50输出的电流转换为电压的作用。通过积分器55进行转换后的电压作为控制电压Vrtrt被提供给VCO 5。此外，电流输出DAC也能够通过电压输出DAC来实现。这种情况下，积分器55只要通过由运算放大器电路、电阻器、电容器构成的模拟电压积分器构成并将其输出设为VCO5的控制电压即可。在比较器30输出的误差信息为固定且正的值的情况下,在构成积分器55的电容器中流入固定的电流，因此能够获得相对于时间以固定的比例增加的控制电压其结果是VC0 5生成频率相对于时间单调地变高的振荡信号。从数字相位检测器15到电流输出DAC 50的各要素的运算是数字信息(数字信号)的运算，使用数字电路来实现。因而，通过数字处理来实现对VCO 5的振荡频率的线性性能带来影响的要素，所以不需要电阻器、电容器等模拟无源元件，电路、FMCW信号的稳定性得到提高。另外，不产生由无源元件的元件偏差等引起的误差，因此能够实现高精度的运
笪此外，到积分器55为止还能够由数字电路来实现。这种情况下，只要采用通过电压输出的DA变换器将进行积分后的数字码转换为模拟控制电压、或使用积分后的数字码直接控制数字控制振荡器(DCO digitally Controlled Oscillator :数字控制振荡器)的方式即可。其中，在将实施方式的信号生成电路I用于FMCW雷达的情况下，需要使VCO的控制信号相对于时间几乎直线地变化。在如图I所示那样由电容器等的模拟电路来实现积分器55的情况下，只要电流输出的数字模拟变换器构成为相对于时间输出几乎固定的电流即可，因此能够以较低的动作速度来实现。即，通过电流输出DAC以及模拟的积分器的组合来生成VCO的控制电压时，能够削减功耗、抑制失真、获得精度高的振荡信号。(第I实施方式的动作)接着，参照图3说明第I实施方式的信号生成电路I的动作。图3表示图I所示的信号生成电路I的传递函数。在图3中,(pFMCW是FMCW信号的相位噪声，(pR是基准信号Ref的相位噪声，(PnR是基准信号的相位噪声，N是分频器10的分频数，(PnTDC是由数字相位检测器15产生的量化噪声，Hut是LPF 35的传递函数，Dgain是可变增益器40的增益以及乘法器45的增益之乘积，Kdac是电流输出DAC 50的增益，(pnDAC是由电流输出DAC 50产生的量化噪声，Ks是积分器55的增益，fref是基准信号的频率，Kvaj是VCO 5的增益，(pnvco是由VCO 5产生的相位噪声。图3中的开环传递函数以数式I来表示。
权利要求
1.一种信号生成电路，其特征在于，具备 振荡器，通过模拟控制信号来控制振荡信号的频率； 数字相位检测部，检测上述振荡信号的相位信息并输出数字的相位信息； 第I微分部，对上述数字的相位信息进行微分并输出数字的频率信息； 比较部，比较设定上述振荡频率的频率设定码与上述数字的频率信息并输出数字的频率误差息； 低通滤波器，去除上述数字的频率误差信息的高频分量； D/A转换部，将去除了高频分量的上述数字的频率误差信息转换为模拟的频率误差信息；以及 积分器，对上述模拟的频率误差信息进行积分并转换为模拟的相位误差信息，将该模拟的相位误差信息作为上述模拟控制信号而输出。
2.根据权利要求I所述的信号生成电路，其特征在于，还具备 第2微分部，对上述频率设定码进行微分； 增益运算部，运算输入到上述D/A转换部的信息以及上述第2微分部进行微分后的上述频率设定码的微分值信息之比；以及 乘法运算部，对去除了高频分量的上述数字的频率误差信息乘以上述增益运算部的运晳社里异知米。
3.根据权利要求2所述的信号生成电路，其特征在于， 上述增益运算部根据上述频率设定码所表示的变化量变化的前后各自的输入到上述D/A转换部的信息以及上述第2微分部进行微分后的上述频率设定码的微分值信息来运算上述比。
4.根据权利要求I所述的信号生成电路，其特征在于， 还具备码生成部，该码生成部生成上述频率设定码并输入到上述比较部。
5.一种雷达装置，其特征在于，具备 权利要求I 4中的任意一项所述的信号生成电路； 发送部，将上述振荡信号作为发送信号而发送； 混频器，对上述发送部发送的发送信号由探测对象反射而返回的接收信号以及上述发送信号进行乘法运算并生成拍频信号；以及 运算部，运算上述拍频信号并生成到上述探测对象的距离数据。
全文摘要
提供一种信号生成电路、雷达装置，能够获得低噪声、高频率精度且高线性的FMCW信号。实施方式的信号生成电路具有通过模拟控制信号来控制振荡信号的频率的振荡器。该信号生成电路具备数字相位检测部，检测振荡信号的相位信息并输出数字的相位信息；第1微分部，对数字的相位信息进行微分并输出数字的频率信息；比较部，比较设定振荡频率的频率设定码与数字的频率信息并输出数字的频率误差信息；低通滤波器，去除数字的频率误差信息的高频分量；D/A转换部，将去除了高频分量的数字的频率误差信息转换为模拟的频率误差信息；以及积分器，对模拟的频率误差信息进行积分并转换为模拟的相位误差信息，将该模拟的相位误差信息作为模拟控制信号而输出。
文档编号H03B5/32GK102832884SQ20121006928
公开日2012年12月19日 申请日期2012年3月15日 优先权日2011年6月16日
发明者小林由佳, 樱井宏树 申请人:株式会社东芝