SE513576C2 - Förfarande och anordning för styrning av en oscillator - Google Patents

Description

2 5 'l 5 5 7 6 linjäriseringsloopens oscillator och vars ena ingång är kopplad till en klockreferens och vars andra ingång är ansluten till utgången på Iinjäriseringsloopens oscillator via en variabel frekvensdelare. Med fördel utgörs därvid den variabla frekvensdelaren av en l/n-räknare. Införandet av digitala medel medger generering av en extremt linjär ramp på utgången av linjäriseringsloopens oscillator.

Enligt ett lämpligt utförande är 1/n-räknarens räkneintervall n inrättat att ändras med ett fast mönster.

Enligt ytterligare ett utförande av anordningen enligt uppfinningen innefattar oscillatorloopen en fasdetektor vars utgång är kopplad till den styrda oscillatorn via ett loopfilter och vars ena ingång är ansluten till utgången på linjäriseringsloopens oscillator via en första frekvensdelare, och vars andra ingång är ansluten till utgången på en blandare via en andra frekvensdelare, vilken blandare på ingångssidan är ansluten till utgången på den styrda oscillatorn och utgången på en ytterligare oscillator. Genom oscillatorloopens stora bandbredd erhålls hög undertryckning av fasbrus i oscillatorn. Oscillatorfrekvensen blir också oberoende av variationer i belastningsimpedansen, så kallad pulling.

Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare medelst ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, där: Figur l visar ett schematiskt blockschema över en radaranordning med en anordning enligt uppfinningen för styrning av en oscillator.

Figur 2 visar ett utföringsexempel i schematisk blockschemaform på en oscillatorstyranordning enligt uppfinningen.

Figur 3 visar utföringsexemplet enligt figur 2 i mer detaljerad block- schemaform.

Figur 4 visar ett exempel på ett idealt linjärt frekvenssvep erhållet från oscillatorstyranordningens linjäriseringsloop att användas som referens- signal till oscillatorstyranordningens oscillatorloop. 3 5 'l 3 5 7 6 Figur 5 visar en tabell med exempel på frekvensvärden för en ingående spänningsstyrd oscillator och motsvarande divisionsfaktorer.

Den i figur 1 visade radaranordningen 4, som lämpar sig för användning i bilradarutrustning, innefattar en antenn 6, en sändardel 7 och en mottagardel 8. Radaranordningen arbetar företrädesvis med FM/CW- teknik. Antennen 6 monteras företrädesvis i fordonets front. I sändardelen ingår en oscillatorstyranordning 9 och en oscillator 10.

Oscillatorn alstrar företrädesvis en signal inom gigahertzområdet, t ex 77GHz, som via en riktkopplare 11 och en cirkulator 12 tillförs antennen 6. Oscillatorn 10 kan utgöras av en GUNN-diodoscillator eller annan i sammanhanget lämplig oscillator. Av antennen mottagen reflekterad signal förs via cirkulatorn 12 till en blandare 13, där den mottagna signalen blandas med den utsända signalen. Efter förstärkning 14, filtrering 15 och signalbehandling 16, kan bl a avståndet r och riktningen ot till det framförvarande fordonet erhållas enligt kända radarprinciper, liksom om så krävs information om det framförvarande fordonets hastighet och acceleration.

Den i figur 2 visade oscillatorstyranordningen 9 innefattar två faslåsningsloopar 20, 40, fortsättningsvis benämnda linjäriseringsloop 20 resp. oscillatorloop 40. l linjäriseringsloopen 20 ingår en fasdetektor 21.

Fasdetektorns ena ingång är ansluten till en referenssignal Fref levererad av blocket 22 och den andra ingången är ansluten till utgången på en spänningsstyrd oscillator 23 via en frekvensdelare 24 i form av en l/n- räknare. Utsignalen på fasdetektorn 21 styr via ett loopfilter 25 den spänningsstyrda oscillatorn 23. 1/n-räknaren 24 fungerar som en variabel frekvensdelare. l samverkan genererar de i linjäriseringsloopen ingående komponenterna en signal i form av linjära frekvenssvep på den spänningsstyrda oscillatorns 23 utgång som idealt kan ha det i figur 4 visade utseendet.

Enligt figur 4, som visar frekvensen fhos utsignalen på den spännings- styrda oscillatorn 23 som funktion av tiden, erhålls idealt ett linjärt frekvenssvep som startar vid tidpunkten tQ och slutar vid tidpunkten t1.

Vid tidpunkten ti återgår signalen till utgångsnivån som gällde vid tidpunkten t0 för att sedan ligga kvar på denna utgångsnivå fram till 4 5 1 3 5 7 6 tidpunkten tg då ett nytt frekvenssvep startas och varar till tidpunkten t3.

Förloppet upprepas fortsättningsvis på motsvarande sätt.

Signalen på den spänningsstyrda oscillatorns 23 utgång utnyttjas som referenssignal i oscillatorloopen 40 och tillförs ingången på en fasdetektor 42 via en frekvensdelare 43. Den andra ingången på fasdetektorn 42 är via en annan frekvensdelare 44 ansluten till en blandare 45. Blandaren 45 har sin ena ingång ansluten till oscillatorn 10 och den andra ingången ansluten till en fast avstämd oscillator 46. På utgången av blandaren 45 erhålls en mellanfrekvenssignal IF.

Fasdetektorn 42 styr via ett loopfilter 47 oscillatorn 10.

Oscillatorstyranordningen beskrivs nu i mer detaljerad blockschemaform under hänvisning till figur 3.

I överensstämmelse med figur 3 blandas utsignalen på GUNN- diodoscillatorn 10 med utsignalen från oscillatorn 46 för att generera en mellanfrekvenssignal IF. Oscillatorns 10 utsignal ligger lämpligen i gigaherzområdet och den genererade mellanfrekvenssignalen ges en frekvens under 1 GHz.

Mellanfrekvenssignalen delas med Nl i frekvensdelaren 44 och matas till fasdetektorn 42 där signalen jämförs med en signal från den spännings- styrda oscillatorn 23 fungerande som en referensoscillator. Fasdetektom 42 alstrar en utsignal i form av en felsignal som korrigerar Gunn- diodoscillatorns frekvens. Innan fasdetektorns 42 utsignal når GUNN- diodoscillatorn genomgår den filtrering i en loopfilterförstärkare 53 och isoleras genom ett buffertförstärkarsteg 54.

För att maximera oscillatorns 23 Q-värde baseras oscillatorkretsen på en avstämd L-C-resonanskrets. En buffertförstärkare 48 isolerar den spänningsstyrda oscillatorn 23 från fasdetektorn 42 och förstärker utsignalen från den spänningsstyrda oscillatorn. Härigenom förhindras s k pulling. En frekvensdelare 43 delar utsignalen från den spänningsstyrda oscillatorn med N2. 5 5 3 5 7 6 En sampel- och hållkrets 49 avkainner styrspänningen på en kondensator 50 innan frekvenssvepet startar och laddar tillbaka spänningen på kondensatorn när frekvenssvepet är över. Kretsen 49 öppnar även kontakten 51 när svepet är över och sluter kontakten när linjäriserings- loopen låsts in. Genom kretsen 49 åstadkoms en snabb återgång av GUNN-diodoscillatorns frekvens och undviks att oönskade frekvenser sänds ut under linjäriseringsloopens inlåsningsperiod.

För att skydda GUNN-diodoscillatorn mot höga transientspänningar finns en skyddskrets 52, som jordar spänningen om GUN N -diodoscillatorns spänning blir för hög.

I linjäriseringsloopen åstadkoms frekvenssvepet enligt följande. Den genom buffertförstärkaren 48 isolerade oscillatorsignalen matas till frekvensdelaren 24 i form av en l/n-räknare som räknar n steg (n=Nmin) och sedan ger en puls till fasdetektorn 21. Fasdetektorn jämför pulsen med en klockreferens från en kristallstyrd referensoscillator 26. I det visade utförandet genererar referensoscillatorn 26 en högfrekvent klockfrekvens som sedan frevensdelas till l MHz i en frekvensdelare 36.

Räknaren 24 räknar sedan åter till n=Nmin och avger en puls till fas- detektorn 21. Den andra pulsen från räknaren laddar in ett nytt värde i räknaren, n=Nmin+l. Räknaren räknar nu en extra cykel innan den avger pulsen till fasdetektorn, dvs den spänningsstyrda oscillatorn tvingas till en högre frekvens enligt ett fast mönster. En mängd andra exempel på fasta mönster är tänkbara. Detta förlopp fortgår tills tidskontrollkretsen 27 stoppar förloppet och därefter laddar l/n-räknaren med ett mönster av större steg som på ett snabbt och kontrollerat sätt återför räknaren till utgångsvärdet n= Nmin. Detta värde bibehålls tills tidskontrollkretsen får en synkroniseringssignal på ingången 39 och åter startar upp räkne- proceduren. Det kan i sammanhanget noteras att logiken som styr divisionsfaktorn n måste vara snabb nog så att värdet n kan ändras utan att förlora någon cykel från den spänningsstyrda oscillatorn. Detta innebär att ett nytt värde på n måste laddas under tiden räknaren räknar. I figur 5 visas en tabell med ett exempel på några värden på den önskade oscillator-frekvensen, VCO-frekvensen, och divisionsfaktorn n. Det första värdet på n i tabellen motsvaras av värdet Nmin ovan. 6 515 576 Fasdetektorns 21 utgång utgörs av en laddningspump med en utström 10 som korrigerar felförstärkarens 29 utspänningssvep. Utsignalen filtreras därefter i förstärkar- och elliptiska filter 30 för att avlägsna rester av klockreferensen från referensoscillatorn 26 i den spänningsstyrda oscillatorns inspänning.

Studeras tabellen i figur 5, tredje raden, finner man att förhållandet mellan den önskade VCO-frekvensen och divisionsfaktorn n inte är l MHZ. Räknaren 24 räknar en fjärdedels VCO-period för lite innan den ger en utpuls till fasdetektorn 21. För att kompensera för detta fel har en ytterligare laddningspump 28 lagts till i blockschemat. Laddningspumpen 28 är anordnad att vara aktiv under en VCO-period med en utström 10/4.

Kompensationssignalen tillförs för varannan utpuls från räknaren 24.

Tillförandet av kompensationssignal styrs av tidskontrollkretsen 27 i samverkan med en räknare 35 (1/N4-räknare) Den loopbandbredd som krävs är beroende av den spänningsstyrda oscillatorns 23 linjäritet, men 50 kHz bedöms vara tillräckligt.

En alternativ metod att snabbt återföra frekvensen till utgångsvärdet är att utnyttja en sampel -och hållkrets 31 som avkänner spänningen hos en kondensator 32 när frekvenssvepet startar. När frekvenssvepet slutar öppnas en kontakt 33 och kondensatorn 32 urladdas tills den når spänningen i sampel- och hållkretsen 31. Då sluts kontakten 33 och loopen försöker låsa in den spänningsstyrda oscillatorn 23. Kretsen 31 stödjer linjäriseringsloopen under frekvensåtergången efter frekvenssvepet och underlättar snabb inlåsning.

En rampgenerator 34 integrerar en likspänning Uref för att alstra en spänningsramp som adderas till styrspänningen. Spänningsrampen alstras under frekvenssvepet. När svepet slutar sluts en kontakt 37 för att urladda en över rampgeneratorn 34 liggande kondensator 38. När svepet startar skall kontakten vara öppen. Syftet med denna ramp är att reducera felsignalen från fasdetektorn 21 och minska transienten när svepet startar.

Claims (12)

10 15 20 25 30 513 576 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för styrning av en i ett bilradarsys- tem ingående oscillator för generering av ett linjärt frekvenssvep under utnyttjande av faslåsningsloop, k ä n n e t e c k n a t par (20,40) (20), ett linjärt frekvens-svep och den andra faslàsningsloopen (40), loopen genererade linjära frekvenssvepet som en referens- (20) sas till en lägre bandbredd än oscillatorloopen (40). av att minst två faslåsningsloo- bildas, varvid den ena faslåsningsloopen linjäriseringsloopen, utnyttjas för att generera oscillatorloopen, utnyttjar det i linjäriserings- signal, och varvid linjäriseringsloopen bandbegrän- k ä n n e - (20) bandbe- gränsas till en bandbredd av storleken 50 kHz.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, t e c k n a t av att linjäriseringsloopen

3. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t (20) på en lägre frekvens än oscillatorfrekvensen för den av att det i linjäriserings- loopen genererade linjära frekvenssvepet genereras styrda oscillatorn.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att oscillatorfrekvensen för den styrda oscillatorn (10) hålls inom gigahertzområdet och företrädesvis är ca 77 GHz.

5. Anordning för styrning av en i ett bilradarsystem ingående oscillator för generering av ett linjärt fre- kvenssvep under utnyttjande av faslåsningsloop, k ä n- n e t e c k n a d av att anordningen innefattar minst två faslásningsloopar (20,40), varvid den ena faslås- ningsloopen (20), linjäriseringsloopen, är inrättad att generera ett linjärt frekvenssvep och den andra faslås- ningsloopen (40), oscillatorloopen, är inrättad att ut- nyttja det i linjäriseringsloopen genererade linjära fre- kvenssvepet som en referenssignal, och varvid linjärise- ringsloopen (20) har lägre bandbredd än oscillatorloopen 10 15 20 25 30 35 513 576 (40).

6. Anordning enligt patentkravet 5, k ä n n e - t e c k n a d av att linjäriseringsloopen (20) har en bandbredd av storleken 50 kHz.

7. Anordning enligt patentkravet 5 eller 6, k ä n - (10) har en oscillatorfrekvens inom gigaherzområdet och företrä- n e t e c k n a d av att den styrda oscillatorn desvis är ca 77 GHz.

8. Anordning enligt något av patentkraven 5-7, (20) vars utgång via ett loop- av att linjäriseringsloopen (21) är kopplad till en styringång på linjärise- k ä n n e t e c k n a d innefattar en fasdetektor filter (25) ringsloopens oscillator (23) och vars ena ingång är kopp- lad till en klockreferens (22) ansluten till utgången på linjäriseringsloopens oscilla- (23) (24).

9. Anordning enligt patentkravet 8, k ä n n e - (24) och vars andra ingång är tor via en variabel frekvensdelare t e c k n a d av att den variabla frekvensdelaren utgörs av en l/n-räknare.

10. Anordning enligt patentkravet 9, k ä n n e - t e c k n a d av att l/n-räknarens (24) räkneintervall n är inrättat att ändras med ett fast mönster.

11. ll. Anordning enligt något av patentkraven 5-10, (40) vars utgång är kopplad till av att oscillatorloopen in- (42) den styrda oscillatorn (10) via ett loopfilter (47) och k ä n n e t e c k n a d nefattar en fasdetektor vars ena ingång är ansluten till utgången på linjärise- ringsloopens oscillator via en första frekvensdelare (43) och vars andra ingång är ansluten till utgången på en blandare (45) (44), blandare (45) på ingångssidan är ansluten till utgången via en andra frekvensdelare vilken på den styrda oscillatorn (10) och utgången på en ytter- ligare oscillator (46).

12. Användning av två faslåsningsloopar (20,40) (10) system med en radar av FM/CW-typ, för generering av ett för styrning av en oscillator ingående i ett bilradar- linjärt frekvenssvep, varvid en första faslåsningsloop tvz?2;ss;23.:o: (20) av ett linjärt (40) nämnda linjära utnyttjas utnyttjas 513 576 j. såsom linjäriseringsloop genom alstrande frekvenssvep och en andra faslåsningsloop såsom oscillatorloop under användande av frekvenssvep som en referenssignal.