JP3661573B2

JP3661573B2 - 電圧制御発振器、電圧制御発振器装置およびレーダ装置

Info

Publication number: JP3661573B2
Application number: JP2000223122A
Authority: JP
Inventors: 一政春田; 貞夫山下
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-07-24
Also published as: DE10135290A1; US6535072B2; US20020024396A1; JP2002043844A; DE10135290B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電圧制御発振器、電圧制御発振器装置およびそれを備えたレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車載レーダなどのレーダ装置において、装置の信頼性を確保するために、正常動作が行われているか否かの検知が重要である。
【０００３】
そこで、従来、▲１▼特開平５−３４１０３２号、▲２▼特開平６−５９０２３号、および特開平６−８８８７０号が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のレーダ装置においては次に挙げるような問題があった。
▲１▼のレーダ装置は、発振器から出力される高周波信号を逓倍する逓倍器のドレイン電圧を検出して、その値から故障の検知を行うようにしたものであるが、発振有無の状態しか検知できず、正常に変調されているか否かの検知はできない。また、逓倍器を用いずに、直接波で発振させるような構成には適用できない。
▲２▼のレーダ装置は、回路全体の電流変化量で故障を検知するものであるため、電流の流れる素子の故障しか検知できず、その他の故障による発振不能状態は検知できない。また故障の判断基準の設定自体が非常に困難である。
▲３▼のレーダ装置は、発振器や逓倍器を構成するトランジスタのゲート電流の有無によって故障を検知するものであるので、ゲート端子を有する半導体素子の故障しか検知できず、その他の原因による発振不能状態は検知できない。
【０００５】
この発明の目的は、上述した問題を解消して、発振周波数の制御（変調）の不能の検知を可能とし、電流のほとんど流れない素子についての故障も検知できるようにし、またゲート端子を備えない半導体素子を用いた回路においても発振不能状態の故障を検知できるようにした電圧制御発振器、電圧制御発振器装置およびそれを備えたレーダ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の電圧制御発振器は、発振素子を接続した線路に対して直接に、または共振器を介して間接に、電圧によりリアクタンスが変化する可変リアクタンス素子を接続して電圧制御発振器を構成するが、可変リアクタンス素子に前記制御用電源からの電圧が印加されていない状態における電圧制御発振器の故障有無を検知するための可変リアクタンス素子による検波信号を出力する手段と、前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを変化させて前記発振素子の発振周波数を制御するための電圧を供給する制御用電源と、前記可変リアクタンス素子と前記制御用電源との間に設けられたスイッチと、を備え、スイッチのオン状態では、可変リアクタンス素子に電圧を印加されて、可変リアクタンス素子のリアクタンスの変化により前記発振素子の前記発振周波数を制御させ、スイッチのオフ状態では、可変リアクタンス素子への電圧が印加されず、検波信号を信号出力手段により出力させる。すると、スイッチがオフ状態で、可変リアクタンス素子が正常で、さらに発振素子が発振状態であるとき、上記可変リアクタンス素子に検波信号が現れるので、その信号をモニタリングすることによって、発振状態で且つ可変リアクタンス素子が正常であるか否かを検知できるようにする。
【０００７】
また、この発明の電圧制御発振器は、上記発振素子に流れる電流を検出するための信号出力手段を更に設ける。これにより、発振不能状態が発振素子の故障によるものであるのか否かの検知、および発振素子の故障のモードについての検知をも可能とする。更に上記可変リアクタンス素子による検波信号のモニタリングと発振素子に流れる電流のモニタリングとの組み合わせによって、可変リアクタンス素子と発振素子のそれぞれの故障状態を検知可能とする。
【０００８】
また、この発明の電圧制御発振器は、上記発振素子が接続された線路に弱結合するピックアップおよびそのピックアップによる検出信号を検波するダイオードを設ける。この検波信号は、電圧制御発振器の実際の稼動中でも用いることができるので、これにより常時監視を可能とする。
【０００９】
また、この発明の電圧制御発振器装置は、上記の何れかの信号出力手段により出力された信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、そのＡ／Ｄ変換器の出力データを入力し、電圧制御発振器を制御する。これにより電圧制御発振器を制御する制御回路側で発振器の状態をモニタリング可能とし、電圧制御発振器を備えた電圧制御発振器装置全体を、電圧制御発振器の正常／異常状態に応じて適切に動作させ得るようにする。
【００１０】
また、この発明のレーダ装置は、上記電圧制御発振器と、その発振信号を送信し、物標からの反射信号を受信する送受信手段とを備える。これにより、電圧制御発振器の正常状態における物標探知を行えるようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る電圧制御発振器の構成を図１を参照して説明する。
図１は二つの例について示している。（Ａ）において、３は、マイクロストリップラインによる主線路であり、その一端にＦＥＴである発振素子１のゲートを接続している。また他端には終端抵抗６を接続している。発振素子１のソースと接地との間にはマイクロストリップラインによる線路７を設けている。また、ドレインにはインダクタ８および電流モニタ１６を介してバイアス電圧Ｖ_Dを印加するようにしている。また、マイクロストリップラインによる出力線路９を介して発振信号を出力するように構成している。
【００１２】
上記主線路３の所定位置には、誘電体共振器５を結合させるように配置している。また共振器５の近傍に、所定位置を結合させるようにマイクロストリップラインによる副線路４を配置している。この副線路４の一端と接地との間にバラクタダイオードなどの可変リアクタンス素子２を接続している。また副線路４には、インダクタ１０およびスイッチ回路１９を介して、可変リアクタンス素子２に対する制御電圧を供給する回路を接続している。更に、インダクタ１０の一端と接地との間に電圧モニタ１５を設けている。
【００１３】
上記発振素子１は負性抵抗素子として作用し、この回路全体が帯域反射型発振器として作用する。上記線路７の共振線路としての線路長、主線路３に対する共振器５の結合位置および共振器５の共振周波数によって発振周波数が定まる。また可変リアクタンス素子２のキャパシタンスによって、共振器５に装荷されるキャパシタンスが変化し、共振器５の共振周波数が変化し、その結果、発振周波数が変化するので、可変リアクタンス素子２に対する制御電圧Ｖｃによって、発振周波数が制御される。
【００１４】
図１の（Ａ）に示した電圧制御発振器の通常状態では、スイッチ回路１９がオン状態であり、制御電圧Ｖｃが可変リアクタンス素子２に印加される。故障有無検知時においては、スイッチ回路１９はオフ状態とする。この時、主線路３→共振器５→副線路４→可変リアクタンス素子２の経路で、可変リアクタンス素子２に発振信号が供給される。従って、可変リアクタンス素子２の図におけるカソードから検波信号が電圧モニタ１５へ与えられる。従ってこの故障有無検知時において、電圧モニタ１５でモニタリングする電圧レベルが所定レベルを超えている時、正常な発振状態であるものと見なせる。また、略０であれば発振していないか、可変リアクタンス素子２がオープンモードまたはショートモードの故障であるものと見なすことができる。
【００１５】
一方、図１の（Ａ）において、電流モニタ１６は発振素子１のドレイン電流を常に検出するので、もし電流値が略０なら、発振素子１がオープンモードの故障であるものと見なせる。また、電流が所定値より大きければ、発振素子１がショートモードの故障であるものと見なせる。
【００１６】
従って、発振素子１に流れる電流を検出する電流モニタ１６によって、発振素子１の故障有無を検知するとともに、発振素子１に流れる電流が正常範囲内であるとき、すなわち発振しているものと見なせるとき、電圧モニタ１５による可変リアクタンス素子２の検波信号レベルが正常範囲内でなければ、可変リアクタンス素子２のオープンまたはショートモードの故障であるものと見なせる。
【００１７】
図１の（Ｂ）は（Ａ）に示した電圧制御発振器における故障検知のためのモニタリング部分の構成をより具体的に示したものである。ここで２８は可変リアクタンス素子２による検波信号を増幅する増幅回路、２９はその増幅信号を平滑する平滑回路である。この構成により、モニタ用端子１２には、故障有無検知時に発振出力のレベルに応じた直流電圧が得られる。
【００１８】
一方、発振素子１のドレイン電流が流れる電流路に電流検出抵抗１１を挿入し、その両端にモニタ用端子１３，１４を設けている。このモニタ用端子１３，１４のそれぞれと接地との間の電圧を検出すれば、その電圧差が発振素子１に流れる電流に比例した電圧となる。
【００１９】
従って、図１の（Ａ）に示した場合と同様に、図１の（Ｂ）に示したモニタ用端子１２の出力電圧およびモニタ用端子１３，１４の電圧差に基づいて、発振素子１の故障および可変リアクタンス素子２の故障の有無を検知する事ができる。
【００２０】
次に、第２の実施形態に係る電圧制御発振器の構成を図２に示す。この例では、発振素子としてガンダイオード２１を設けている。また、主線路に結合させる共振器は備えていない。図２において２３は主線路であり、その一端と接地との間にガンダイオード２１を設け、ガンダイオード２１に対するバイアス電圧Ｖｂを電流モニタ１６を介して印加するようにしている。２４は副線路であり、この副線路２４と主線路２３との所定位置の間に、可変リアクタンス素子であるバラクタダイオード２を接続している。そして、バラクタダイオード２に対する制御電圧Ｖｃを、スイッチ回路１９を介して印加するようにしている。更に、スイッチ回路１９をオフ状態として、バラクタダイオード２による検波信号を電圧モニタ１５でモニタリングできるようにしている。
【００２１】
このような構成の電圧制御発振器においても、故障有無検知時において、バラクタダイオード２による検波信号のレベルが略０であれば発振していないか、バラクタダイオード２自体が故障であるものと見なせる。またガンダイオード２１に流れる電流値が略０であれば、ガンダイオード２１がオープンモードの故障であるものとして見なせ、電流値が所定範囲を超える値であれば、ガンダイオード２１がショートモードの故障であるものと見なせる。
【００２２】
尚、図２に示した例では、電流モニタ１６を電流計、電圧モニタ１５を電圧計の記号で表したが、図１の（Ｂ）に示した場合と同様に、バラクタダイオード２による検波信号は増幅回路および平滑回路を介して直流電圧信号として取り出すようにしてもよい。また、ガンダイオード２１に流れる電流路に電流検出抵抗を挿入し、その両端の降下電圧を検出するようにしてもよい。
【００２３】
次に、第３の実施形態に係る電圧制御発振器の構成を図３に示す。この例では、図２に示した回路に対し、主線路２３に結合するピックアップ２６を設け、このピックアップ２６による検出信号を検波するショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）２５、その検波信号を増幅する増幅回路２８およびその増幅信号を平滑する平滑回路２９を設けている。
【００２４】
ピックアップ２６はマイクロストリップラインから成る主線路２３の所定位置に近接配置した線路パターンであり、主線路２３と弱結合する。従ってスイッチ回路１９の状態に関わらず、発振状態であれば常にショットキーバリアダイオード２５から検波信号が出力され、これが増幅され平滑化されることによって、モニタ用端子２７に所定の直流電圧レベルが発生する。従ってモニタ用端子２７の出力電圧レベルによって発振有無の状態を検知し、発振状態の時の電圧モニタ１５によってバラクタダイオード２の故障有無の状態を検知し、電流モニタ１６によってガンダイオード２１の故障有無の状態を検知することができる。更にバラクタダイオード２およびガンダイオード２１がそれぞれ正常であるものと見なせるときに、モニタ用端子２７の出力電圧が略０であれば、ショットキーバリアダイオード２５がオープンモードまたはショートモードの故障であるものと見なせる。
【００２５】
次に、第４の実施形態に係るレーダ装置の構成を図４および図５を参照して説明する。
図４においてＶＣＯで示す部分が第２または第３の実施形態で示した何れかの電圧制御発振器である。Ｖｂは図２または図３に示したガンダイオード２１に対するバイアス電圧の電源であり、その電流路に電流検出抵抗Ｒを直列に接続している。この電流検出抵抗Ｒの両端の電圧はスイッチ回路ｓｗ１を介してＡ／Ｄ変換器３３へ与えるようにしている。Ａ／Ｄ変換器３３はスイッチ回路ｓｗ１の選択に応じた、抵抗Ｒの何れか一方の電圧をデジタルデータに変換する。３４はＤ／Ａ変換器であり、デジタル信号処理回路３５から与えられる制御データに応じた電圧信号を発生し、スイッチ回路ｓｗ２を介して電圧制御発振器ＶＣＯの制御電圧Ｖｃとして与える。Ａ／Ｄ変換器３１は、スイッチ回路ｓｗ２がオフ状態の時のバラクタダイオード２の検波信号をデジタルデータに変換してデジタル信号処理回路３５へ与える。また、デジタル信号処理回路３５は通常時にスイッチ回路ｓｗ２をオン状態、故障有無検知時に、これをオフ状態に切り替える。電圧制御発振器ＶＣＯの出力信号は、マイクロストリップラインからＮＲＤガイド（非放射性誘電体線路）に変換して、ＮＲＤガイドによるカップラＣＰＬ、サーキュレータＣＩＲを介してアンテナＡＮＴへ供給するようにしている。これによりアンテナからミリ波信号を送信する。物標からの反射波を受けると、その受信信号をサーキュレータＣＩＲを介してミキサＭＩＸへ導く。このミキサＭＩＸにはカップラＣＰＬから取り出したローカル信号Ｌｏを与えて、中間周波信号ＩＦに変換する。増幅回路３６はこの中間周波信号ＩＦを増幅し、Ａ／Ｄ変換器３２はこれをデジタルデータに変換してデジタル信号処理回路３５へ与える。
【００２６】
上記デジタル信号処理回路３５は、定期的にスイッチ回路ｓｗ２をオフしＡ／Ｄ変換器３１の出力値を所定値と比較することにより、発振状態にあるか否かの判定を行う。また、スイッチ回路ｓｗ２をオン状態とし、Ａ／Ｄ変換器３４に変調用のデータを順次与えることによって、送信信号を変調し、Ａ／Ｄ変換器３２からのデータ列を基に、アンテナから物標までの距離および相対移動速度を算出する。これらの結果を上位システムへ与える。
【００２７】
図５は、図４に示したミリ波レーダを用いた車両自動制御システム全体の構成を示すブロック図である。
ここでミリ波レーダ１０１は図４に示した装置であり、電子制御部１００は図４における上位システムである。この電子制御部１００は、ミリ波レーダの詳細な故障情報を受け取り、表示部１０２へ表示データとして与える。１０４は電子制御スロットル、１０５はブレーキアクチュエータである。ＡＣＣ制御部１０３は、この電子制御スロットル１０４およびブレーキアクチュエータ１０５を制御する。
【００２８】
このように、ミリ波レーダ１０１からの情報に基づいて、ＡＣＣ制御部１０３は、前方までの距離および前方車両との相対速度の情報に基づいて電子制御スロットルおよびブレーキアクチュエータの自動制御を行う。もし、電子制御部１００がミリ波レーダ１０１から故障情報を受けると、電子制御部１００はＡＣＣ制御部１０３に対してコントロールオフのコマンドを与える。ＡＣＣ制御部１０３はコントロールオフコマンドを受けると、電子制御スロットル１０４およびブレーキアクチュエータ１０５の自動制御を停止し、運転者によるマニュアルモードに切り替える。または、スロットルを自動的に絞って、速度が現在以上に増加しないように制御する。
【００２９】
なお、図４に示した例では、電圧制御発振器ＶＣＯのバラクタダイオード２による検波信号に基づいて故障検知を行なう例を示したが、図３などに示したように、発振素子に流れる電流値に基づいて発振素子の故障検知を行い、またショットキーバリアダイオード２５による検波信号に基づいて発振状態の有無を検知するようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、可変リアクタンス素子に現れる検波信号をモニタリングすることによって、その検波信号の有無によって、発振状態で且つ可変リアクタンス素子が正常であるか否かの検知が確実にできるようになる。
【００３１】
また、この発明によれば、発振素子に流れる電流を検出するための信号出力手段を更に設けることにより、発振不能状態が発振素子の故障によるものであるのか否かの検知、および発振素子の故障のモードについての検知をも可能となる。更に上記可変リアクタンス素子による検波信号のモニタリングと発振素子に流れる電流のモニタリングとの組み合わせによって、可変リアクタンス素子と発振素子のそれぞれの故障状態が検知可能となる。
【００３２】
また、上記発振素子が接続された線路に弱結合するピックアップおよびそのピックアップによる検出信号を検波するダイオードを設けたことにより、電圧制御発振器の実際の稼動中でも常時監視が可能となる。
【００３３】
また、上記の何れかの信号出力手段により出力された信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、そのＡ／Ｄ変換器の出力データを入力し、電圧制御発振器を制御することにより電圧制御発振器を制御する制御回路側で発振器の状態がモニタリング可能となり、電圧制御発振器を備えた電圧制御発振器装置全体が、電圧制御発振器の正常／異常状態に応じた適切な動作が可能となる。
【００３４】
また、上記電圧制御発振器と、その発振信号を送信し、物標からの反射信号を受信する送受信手段とを備えることにより、電圧制御発振器の正常状態における物標探知が確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る電圧制御発振器の構成を示す図
【図２】第２の実施形態に係る電圧制御発振器の構成を示す図
【図３】第３の実施形態に係る電圧制御発振器の構成を示す図
【図４】第４の実施形態に係る電圧制御発振器装置およびミリ波レーダの構成を示す図
【図５】同ミリ波レーダを用いた車両自動制御システムの構成を示すブロック図
【符号の説明】
１−ＦＥＴ（発振素子）
２−バラクタダイオード（可変リアクタンス素子）
３，２３−主線路
４，２４−副線路
５−共振器
６−終端抵抗
７−線路
８，１０−インダクタ
９−出力線路
１１−電流検出抵抗
１２，１３，１４−モニタ用端子
１５−電圧モニタ
１６−電流モニタ
１９−スイッチ回路
２１−ガンダイオード
２５−ショットキーバリアダイオード
２６−ピックアップ
２７−モニタ用端子
３５−デジタル信号処理回路

Claims

発振素子を接続した線路に対して直接に、または共振器を介して間接に、電圧によりリアクタンスが変化する可変リアクタンス素子を接続した電圧制御発振器において、
前記可変リアクタンス素子に電圧を印加して前記リアクタンスを変化させ、当該電圧制御発振器の発振周波数を制御する制御用電源と、前記可変リアクタンス素子に前記制御用電源からの電圧が印加されていない状態において、当該電圧制御発振器の故障有無を検知するための前記可変リアクタンス素子による検波信号を出力する信号出力手段と、前記可変リアクタンス素子と前記制御用電源との間に設けられたスイッチと、を備え、
前記スイッチのオン状態は、前記可変リアクタンス素子に前記制御用電源からの電圧が印加され、該可変リアクタンス素子のリアクタンスの変化により前記発振周波数が制御される状態であり、前記スイッチのオフ状態は、前記可変リアクタンス素子に前記制御用電源からの電圧が印加されず、前記信号出力手段により前記検波信号が出力される状態であることを特徴とする電圧制御発振器。
前記発振素子に流れる電流を検出するための信号を出力する信号出力手段を設けた請求項１に記載の電圧制御発振器。
前記発振素子が接続された線路に弱結合するピックアップ、該ピックアップによる検出信号を検波するダイオードおよび該ダイオードによる検波信号を出力する信号出力手段を設けた請求項１または２に記載の電圧制御発振器。
請求項１、２または３に記載の信号出力手段より出力された信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器の出力データを入力し、前記電圧制御発振器を制御する制御手段とを備えた電圧制御発振器装置。
請求項１、２または３に記載の電圧制御発振器と、当該電圧制御発振器の発振信号を送信し、物標からの反射信号を受信する送受信手段とを備えたレーダ装置。