JP4684112B2

JP4684112B2 - 三角波生成回路

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Publication number: JP4684112B2
Application number: JP2006022219A
Authority: JP
Inventors: 泰弘関口; 正樹廣森
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2026-01-31
Also published as: JP2007208400A; EP1813960B1; US20070182464A1; US7508243B2; EP1813960A1

Description

本発明は、矩形波区間と所定レベルの直流区間が繰り返される間欠矩形波信号を生成する矩形波生成回路と、基準信号と前記矩形波生成回路により生成された間欠矩形波信号に基づいて三角波区間と直流区間が繰り返される間欠三角波信号を生成する積分回路とからなる三角波生成回路に関し、例えば、車間距離の計測等を目的として車載され、目標物との相対速度及び距離を計測可能なＦＭ−ＣＷレーダにおける周波数変調信号を生成する三角波生成回路に関する。

従来、図１３に示すように、非反転入力端子に基準信号が入力され、反転入力端子に矩形波区間と所定レベルの直流区間が繰り返される間欠矩形波信号が入力されるオペアンプを用いた積分回路により、周波数変調信号としての三角波区間と直流区間が繰り返される間欠三角波信号が生成されていた。

このような三角波生成回路として、以下の特許文献１に記載されたような三角波生成回路が提案されており、前記三角波生成回路は出力回路にコンデンサを介挿することによって、生成した三角波に発生するオフセットを除去していた。

特開昭６２−１５２２１４号公報

しかし、上述した従来の積分回路では、基準信号が電源電圧を抵抗分割することにより生成されていたため、電源電圧が変動することによる影響が甚だしく、例えば、図１４に示すように、積分回路により生成される三角波にオフセットが発生するばかりか、基準信号レベルと間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルが異なることにより積分回路の出力信号が何れかにドリフトし、出力される間欠三角波信号に波形歪が生じるという問題があった。

このような三角波生成回路から出力される間欠三角波信号を、例えばＦＭ−ＣＷレーダにおける周波数変調信号として使用する場合には、検出ターゲットの誤差が大きくなり、その出力に基づく各種の制御に重大な影響を与える虞があるという問題があった。

また、上述のような問題は、回路設計上の不備のみならず積分回路の温度特性といった外部要因によって発生することもあることから、波形歪の頻度や大きさが不規則となり、コンデンサを追加する等の回路設計上の改良のみでは、安定した三角波生成を行うことができないという問題もあった。

本発明は、上述の従来欠点に鑑み、波形歪の無い正確な間欠三角波信号を生成できる三角波生成回路を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明による三角波生成回路の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、矩形波区間と所定レベルの直流区間が繰り返される間欠矩形波信号を生成する矩形波生成回路と、基準信号と前記矩形波生成回路により生成された間欠矩形波信号に基づいて三角波区間と直流区間が繰り返される間欠三角波信号を生成する積分回路とからなる三角波生成回路であって、前記積分回路から出力された間欠三角波信号の直流区間の始点及び終点の差分電圧に基づいて前記間欠三角波信号の波形歪を補正する三角波補正回路を備えてなる点にある。

上述の構成によれば、積分回路の入力である間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルと基準信号の信号レベルに信号レベルの差分が存在すると、前記信号レベルの差分が前記積分回路によって積分されることで、前記積分回路から出力された間欠三角波信号の直流区間の始点と終点の信号レベルに差分電圧が発生する。つまり、出力の前記差分電圧は入力の前記信号レベルの差分に基づいて発生するので、前記積分回路からの出力である前記差分電圧に基づいて、前記積分回路への入力の信号レベルを変更する補正を行うことで、前記間欠三角波信号の波形歪を補正することが可能となるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記三角波補正回路は前記差分電圧に基づいて前記基準信号の信号レベルを補正する点にある。

上述の構成によれば、基準信号の信号レベルを変更することによって、積分回路の入力である間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルと前記基準信号の信号レベルとの差分を是正することができるので、前記間欠三角波信号の波形歪を補正することが可能となるのである。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一又は第二特徴構成に加えて、前記三角波補正回路は前記差分電圧に基づいて前記間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルを補正する点にある。

上述の構成によれば、間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルを変更することによって、積分回路の入力である前記間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルと基準信号の信号レベルとの差分を是正することができるので、前記間欠三角波信号の波形歪を補正することが可能となるのである。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一又は第二特徴構成に加えて、前記三角波補正回路は前記差分電圧に基づいて前記間欠矩形波信号のオフセットレベルを補正する点にある。

上述の構成によれば、間欠矩形波信号のオフセットレベルを変更することは、前記間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルを変更することを包含しているので、積分回路の入力である前記間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルと基準信号の信号レベルとの差分を是正することができるので、前記間欠三角波信号の波形歪を補正することが可能となるのである。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記三角波補正回路は前記差分電圧に基づいて前記基準信号の信号レベルと前記間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルが等しくなるように補正する点にある。

上述の構成によれば、基準信号の信号レベルと間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルが等しくなれば、前記差分電圧は発生しないので、前記間欠三角波信号の波形歪を補正することが可能となるのである。

以上説明した通り、本発明によれば、波形歪の無い正確な間欠三角波信号を生成できる三角波生成回路を提供することができるようになった。

以下に本発明による三角波生成回路を、ＦＭ−ＣＷ（周波数変調連続波）方式レーダに適用した実施形態について説明する。

ＦＭ−ＣＷ方式レーダは、車両のフロントバンパー若しくはエンジンルームまたはリアバンパー等に搭載され、当該車両の前方を走行する他の車両との車間距離等に基づいて追従走行制御するための基準データや、当該車両の後方を走行する他の車両からの追突の危険性を判断するための基準データ等として用いられる。

ＦＭ−ＣＷ方式レーダは、図２に示すように、三角波区間と直流区間が繰り返される間欠三角波信号を生成する三角波生成回路１と、生成された前記間欠三角波信号を送信信号とローカル信号に分配する分配器２と、前記送信信号を外部の目標物体である自動車等に向けて放射する送信アンテナ３と、前記目標物体において反射した前記送信信号を受信信号として受信する受信アンテナ４と、前記受信信号と前記ローカル信号を混合する混合器５と、前記混合器５より出力された混合信号より基本波成分（ビート信号）のみを検出するローパスフィルタ６と、前記ビート信号より目標物体の速度ｖと目標物体までの距離Ｒを算出する演算部７を備えて構成されている。

前記分配器２において分波されたローカル信号は送信信号の一部であり、増幅手段２１において増幅されて、前記混合器５に向けて出力される。

前記ローパスフィルタ６において検出されるビート信号は、図３（ａ）に示すような送信信号と受信信号の差分をビート周波数ｆｒとした、図３（ｂ）に示すような信号である。尚、図３（ａ）において、Ｒは目標物体までの距離、ｃは光速、Δｆは周波数偏移幅、ｆ０は送信波の中心周波数、ｆｍは変調信号の周波数である。

目標物体が移動している場合のビート信号は、図４に示すように、ドップラー効果によりビート信号にドップラー周波数が重畳したものとなり、信号上昇区間の上昇ビート周波数ｆｂｕと信号下降区間の下降ビート周波数ｆｂｄが異なる周波数となる。

前記演算部７における目標物体の速度ｖと目標物体までの距離Ｒは以下のように算出する。すなわち、前記ローパスフィルタ６において検出されたビート信号の変調サイクルの信号上昇区間の上昇ビート周波数ｆｂｕ及び信号下降区間の下降ビート周波数ｆｂｄを〔数１〕と〔数２〕に代入して、目標物体の相対速度が零のときの目標物体ビート周波数ｆｒ及び目標物体の相対速度に基づくドップラー周波数ｆｄを求めて、前記目標物体ビート周波数ｆｒ及び前記ドップラー周波数ｆｄを〔数３〕と〔数４〕に代入して目標物体までの距離Ｒと目標物体の速度ｖを算出する。

以下、本発明の主要部である三角波生成回路１について説明する。前記三角波生成回路１は、図１に示すように、前記三角波生成回路１における全体の動作の制御や間欠矩形波の生成を行うマイクロコンピュータ１１と、前記間欠矩形波で構成される入力を積分して間欠三角波として出力する積分回路１２と、前記積分回路１２において前記間欠矩形波が積分される際の基準となる基準電圧を生成する基準電圧生成回路１３と、前記積分回路１２の出力を前記マイクロコンピュータ１１へ帰還させるための出力帰還回路１４と、前記積分回路１２の出力を前記分配器２へ送る前段階として直流成分の除去処理を行う出力回路１５とを備えて構成されている。

前記マイクロコンピュータ１１は、前記三角波生成回路１の動作の制御を行う制御部１１０と、間欠矩形波信号を生成する矩形波生成回路１１１と、後述する間欠三角波の波形歪を補正する三角波補正回路１１２と、入力してきたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１１３とを備えて構成されている。

前記矩形波生成回路１１１は、矩形波区間と所定レベルの直流区間が繰り返される間欠矩形波信号をデジタル信号として、例えば偏移幅３Ｖの矩形波を１０ｂｉｔで分解して、生成する。さらに、デジタル信号としての前記間欠矩形波信号を後述する積分回路１２において使用するためにアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換回路１１４を備えている。

前記三角波補正回路１１２と前記Ａ／Ｄ変換回路１１３については後述する。

前記積分回路１２は、例えば、図１に示すように、非反転入力端子に前記基準電圧が入力され、反転入力端子に前記間欠矩形波信号が入力されるオペアンプ１２１を用いた回路構成が挙げられる。尚、図１に示す構成では、前記マイクロコンピュータ１１と前記積分回路１２との間で影響を及ぼさないためのバッファとして電圧フォロワ１２２を介挿している。

前記基準電圧生成回路１３は、例えば、図５に示すように、５Ｖや１２Ｖ等の電源電圧Ｖｒｅｆを抵抗器１３１で分圧することで基準電圧を生成して、後段の前記積分回路１２へ接続するような回路構成が挙げられる。

前記出力帰還回路１４は、前記積分回路１２のアナログ信号である間欠三角波信号を前記マイクロコンピュータ１１へ帰還させる回路であり、例えば、図１に示すような回路構成が挙げられる。また、前記出力帰還回路１４を経由して前記マイクロコンピュータ１１へ帰還した前記間欠三角波信号は前記マイクロコンピュータ１１の内部でＡ／Ｄ変換回路１１３によってアナログ信号からデジタル信号へ変換される。

前記出力回路１５は、前記積分回路１２の出力を前記分配器２へ送る前に直流成分の除去処理を、図１に示すコンデンサＣ１を前記積分回路１２の後段に配置することによって行っている。

以下、前記三角波補正回路１１２について説明する。前記三角波補正回路１１２は、前記出力帰還回路１４によって前記マイクロコンピュータ１１へ帰還させられた前記間欠三角波信号における直流区間の始点及び終点の差分電圧に基づいて、前記間欠三角波信号の波形歪を補正するために、前記矩形波生成回路１１１において生成される間欠矩形波の直流区間の信号レベルが基準電圧と等しくなるような補正を行う。

例えば、図５に示すように、直流区間の信号レベルがＶＢ１、矩形波区間の偏移幅が２ａである前記間欠矩形波と、信号レベルがＶＡである基準電圧とを積分回路１２に入力すると、前記間欠矩形波の直流区間の信号レベルＶＢ１と前記基準電圧の信号レベルＶＡとの差分に応じて、直流区間の始点と終点の差分電圧がΔＶである間欠三角波信号が出力される。この場合において、前記三角波補正回路１１２は、下記の〔数５〕に示すように、前記差分電圧ΔＶに所定の係数ｋ１を乗じた値を、前記間欠矩形波の直流区間の信号レベルＶＢ１に対して加減算を行い、新たな直流区間の信号レベルＶＢ２として算出するような補正を行う。

尚、所定の係数ｋ１は、この係数ｋ１を用いて〔数５〕のような演算を行うことで得られた新たな間欠矩形波の直流区間の信号レベルが、前記基準電圧の信号レベルと等しくなることを目的として、前記基準電圧の信号レベルと前記間欠矩形波の直流区間の信号レベルとの様々な差分と、その差分に対して発生した前記間欠三角波の直流区間の始点と終点の差分電圧の様々な値とを統計処理することにより得られる係数である。

そして、前記矩形波生成回路１１１で生成された前記間欠矩形波は、その直流区間の信号レベルを、前記三角波補正回路１１２において算出された信号レベルＶＢ２とする補正、つまり直流区間の信号レベルをＶＢ１からＶＢ２に変更する補正を施されて、図６に示すような間欠矩形波を生成するのである。図６に示すような間欠矩形波は、直流区間においては前記基準電圧の信号レベルＶＡと等しいが、矩形波区間においては何ら補正されていないので、図６に示すような間欠矩形波を前記積分回路１２に入力した場合、図７に示すように、三角波区間におけるオフセットは発生しているが、直流区間におけるドリフトは発生していない間欠三角波が出力される。

また、上述の説明では、前記矩形波生成回路１１１で生成された間欠矩形波の直流区間の信号レベルをＶＢ１からＶＢ２に変更する補正を施して、図６に示すような間欠矩形波を生成したが、前記補正を直流区間のみに限定せずに矩形波区間における信号レベルもＶＢ１とＶＢ２の差分だけ変更する補正を施して、図８に示すような間欠矩形波を生成してもよい。つまり、前記補正は間欠矩形波のオフセットレベルを補正するのである。図８に示すような間欠矩形波は、直流区間において前記基準電圧の信号レベルＶＡと等しくなり、かつ矩形波区間においても前記基準電圧ＶＡを中心電圧とするよう補正されているので、図８に示すような間欠矩形波を前記積分回路１２に入力した場合、三角波区間におけるオフセットも直流区間におけるドリフトも発生していない間欠三角波、つまり、図１３に示す積分回路の出力におけるような間欠三角波が出力される。

尚、上述の補正処理により、通常は、前記信号レベルＶＢ２は前記基準電圧ＶＡと等しくなっているが、他の要因によって前記基準電圧ＶＡと信号レベルＶＢ２に差分が生じる場合もあるので、三角波補正回路１１２における上述の補正処理は、矩形波生成回路１１１の毎回の処理毎に実行する。

以下、ＦＭ−ＣＷ方式レーダの三角波生成回路１における三角波生成動作について図９に示すフローチャートに基づいて説明する。

矩形波生成回路１１１において間欠矩形波が生成されて（Ｓ１）、前記間欠矩形波が出力されると共に（Ｓ２）、基準電圧生成回路１３において基準電圧が生成されて出力される（Ｓ３）。

出力された前記間欠矩形波と前記基準電圧は、積分回路１２に入力される。前記積分回路１２において、前記間欠矩形波と前記基準電圧は、夫々、電圧フォロワ１２２を介した後、前記間欠矩形波はオペアンプ１２１の反転入力端子に入力され、前記基準電圧は前記オペアンプ１２１の非反転入力端子に入力されて、間欠三角波が生成されて出力される（Ｓ４）。

出力された前記間欠三角波は、出力回路１５を介して、分配器２と出力帰還回路１４へ出力される（Ｓ５）。

前記分配器２へ出力された前記間欠三角波は、前記分配器２において送信信号とローカル信号に分配されて、ＦＭ−ＣＷ方式レーダによって送受信処理が行われる（Ｓ５Ａ）。一方、前記出力帰還回路１４へ出力された前記間欠三角波は三角波補正回路１１２へ送られる（Ｓ５Ｂ）。

前記三角波補正回路１１２において、前記出力帰還回路１４からＡ／Ｄ変換回路１１３を介して入力された前記間欠三角波の直流区間の始点と終点を取得した上で（Ｓ６）、上述した〔数５〕を用いた方法によって補正値を算出する（Ｓ７）。そして、前記三角波生成回路１１１において、算出された補正値を反映した間欠矩形波を生成する（Ｓ８）。

このようにして、波形歪の無い正確な間欠三角波信号を生成できるようになるのである。

以下、別実施形態について説明する。上述の実施形態では、三角波補正回路１１２において間欠矩形波を補正する構成について説明したが、前記三角波補正回路１１２において基準電圧を補正する構成であってもよい。

詳述すると、本実施形態の三角波生成回路１は、図１０に示すように、基準電圧生成回路１３が基準電圧の信号レベルを可変設定できる構成となっており、前記基準電圧生成回路１３は三角波補正回路１１２によって制御されるように構成されている。

例えば、図１１に示すように、直流区間の信号レベルがＶＢ、矩形波区間の偏移幅が２ａである前記間欠矩形波と、信号レベルがＶＡ１である基準電圧とを積分回路１２に入力すると、前記間欠矩形波の直流区間の信号レベルＶＢと前記基準電圧の信号レベルＶＡ１との差分に応じて、直流区間の始点と終点の差分電圧がΔＶである間欠三角波信号が出力される。この場合において、前記三角波補正回路１１２は、下記の〔数６〕に示すように、前記差分電圧ΔＶに所定の係数ｋ２を乗じた値を、前記基準電圧の信号レベルＶＡ１に対して加減算を行い、新たな基準電圧の信号レベルＶＡ２として算出するような補正を行う。

尚、所定の係数ｋ２は、この係数ｋ２を用いて〔数６〕のような演算を行うことで得られた新たな基準電圧の信号レベルが、前記間欠矩形波の直流区間の信号レベルと等しくなることを目的として、前記基準電圧の信号レベルと前記間欠矩形波の直流区間の信号レベルとの様々な差分と、その差分に対して発生した前記間欠三角波の直流区間の始点と終点の差分電圧の様々な値とを統計処理することにより得られる係数である。

そして、前記基準電圧生成回路１３において生成される基準電圧は、その信号レベルを前記三角波補正回路１１２において算出された基準電圧の信号レベルＶＡ２とする補正を施されて、図１２に示すような間欠矩形波の中心電圧を構成するのである。また、前記基準電圧ＶＡ２は、前記間欠矩形波の直流区間の信号レベルＶＢと等しくなるので、図１２に示すような基準電圧を前記積分回路１２に入力した場合、三角波区間におけるオフセットも直流区間におけるドリフトも発生していない間欠三角波、つまり、図１３に示す積分回路の出力におけるような間欠三角波が出力される。

尚、上述した実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。

三角波生成回路の機能ブロック構成図ＦＭ−ＣＷ方式レーダの機能ブロック構成図（ａ）はＦＭ−ＣＷ方式レーダにおける送信信号と受信信号を示し、（ｂ）はＦＭ−ＣＷ方式レーダにおけるビート信号を示す説明図目標物体が移動している場合のビート信号を示す説明図積分回路に補正前の間欠矩形波を入力した場合の出力間欠三角波を示す説明図直流区間の信号レベルを補正した間欠矩形波を示す説明図積分回路に補正後の間欠矩形波を入力した場合の出力間欠三角波を示す説明図オフセットレベルを補正した間欠矩形波を示す説明図ＦＭ−ＣＷ方式レーダの三角波生成動作についてのフローチャート基準電圧の可変設定が可能な三角波生成回路の機能ブロック構成図積分回路に補正前の基準電圧を入力した場合の出力間欠矩形波を示す説明図信号レベルを間欠矩形波の中心電圧の信号レベルに補正した基準電圧を示す説明図基準電圧の信号レベルと間欠矩形波の直流区間の信号レベルが同一の場合の積分回路の入出力を示す説明図基準電圧の信号レベルと間欠矩形波の直流区間の信号レベルが異なる場合の積分回路の入出力を示す説明図

符号の説明

１：三角波生成回路
１２：積分回路
１３：基準電圧生成回路
１１１：矩形波生成回路
１１２：三角波補正回路

Claims

矩形波区間と所定レベルの直流区間が繰り返される間欠矩形波信号を生成する矩形波生成回路と、基準信号と前記矩形波生成回路により生成された間欠矩形波信号に基づいて三角波区間と直流区間が繰り返される間欠三角波信号を生成する積分回路とからなる三角波生成回路であって、前記積分回路から出力された間欠三角波信号の直流区間の始点及び終点の差分電圧に基づいて前記間欠三角波信号の波形歪を補正する三角波補正回路を備えてなる三角波生成回路。
前記三角波補正回路は前記差分電圧に基づいて前記基準信号の信号レベルを補正する請求項１記載の三角波生成回路。
前記三角波補正回路は前記差分電圧に基づいて前記間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルを補正する請求項１または２記載の三角波生成回路。
前記三角波補正回路は前記差分電圧に基づいて前記間欠矩形波信号のオフセットレベルを補正する請求項１または２記載の三角波生成回路。
前記三角波補正回路は前記差分電圧に基づいて前記基準信号の信号レベルと前記間欠矩形波信号の直流区間の信号レベルが等しくなるように補正する請求項１記載の三角波生成回路。