[发明专利]用于生成形成宽带频率斜坡的高频输出信号的电路装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生成形成宽带频率斜坡的高频输出信号的电路装置，具有参考振荡器、相位检测器、优选环路滤波器、用于生成输出信号的压控振荡器（＝VC振荡器）、分频器、下混频器、以及用于生成本地振荡器信号的本地振荡器，其中参考振荡器、相位检测器、必要时环路滤波器、VC振荡器、分频器以及下混频器属于相位调节回路，分频器和下混频器处于相位调节回路的反馈路径中，下混频器将输出信号和本地振荡器信号混合，并且输出信号的频率可以通过改变分频器的分频比被调节。

背景技术

用于生成形成宽带频率斜坡的高频输出信号的电路装置是多重公知的（参见德国公开文献 100 65 657和10 2004 032 130、美国专利文献5,642,066和美国公开文献2008/0061891以及文献引用“A High Precision 24-GHz FMCW Radar Based on a Fractional-N Ramp-PLL”，IEEE TRANSACTION ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT,第52卷，NO.2，2003年4月，“SiGe Bipolar VCO With Ultra-Wide Tuning Range at 80 GHz Center Frequency”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, 第44卷，NO.10，2009年10月）。

所述类型的电路装置被用于现代FMCW雷达系统——即用于调频连续波雷达、用于具有高精度、分辨率和动态特性的距离和速度测量。缩写FMCW源自英语术语Frequency Modulated Continues Wave（调频连续波）（参见维基百科“FMCW雷达”）。

对于FMCW系统来说需要一种电路装置，该电路装置的高频输出信号具有周期性、线性地上升和/或下降的频率。所述类型电路装置的高频输出信号——其频率具有周期性、线性地上升和/或下降的频率——在上面用频率斜坡来表示并且在后面也用斜坡来表示。

针对具有高局部分辨率和良好天线波束的应用，近年来对毫米波范围中的频带进行了标准化。针对汽车应用，开放了76GHz至81GHz的频带，并且针对工业液面测量，甚至开放了10GHz宽的从75GHz至85GHz的频带。

图1示出属于现有技术的所述类型的电路装置，其具有参考振荡器1、相位检测器2、环路滤波器3、用于生成高频输出信号的压控振荡器——即VC振荡器4、分频器5以及控制单元6。

图2a示出了高频输出信号、即输出信号的频率f随时间t的所期望的线性频率斜坡。而图2b示出了VC振荡器的调谐特征曲线的典型非线性变化曲线。

在图1所示的属于现有技术的电路装置中，作为参考振荡器1设置有石英振荡器，并且相位检测器2、环路滤波器3、VC振荡器4、分频器5和控制单元6形成相位调节回路（通常英语缩写为：PLL）。在根据图1的电路装置中，实现了常见的单环路PLL。在此，在假定利用环路滤波器3进行稳定调节的情况下，相位检测器2处的两个输入信号的相位差被调节为0。

下面将用N表示分频因子的倒数值。因此，分频器5处的输出频率对应于输入频率的N倍：

为了生成频率斜坡，在最简单的情况下通过控制单元6将分频器5在每个脉冲节拍提高一个值。通过环路滤波器3的平滑低通特性，由此得出线性化的频率斜坡。分数的分频因子序列的使用还允许改变合理的值，并且由此在选择频率斜坡的斜率及其时长时实现进一步的自由度。

现在在下面根据环路放大来观察之前所述的相位调节回路的调节和稳定特性。

针对相位检测器2得出平均输出电压，该平均输出电压以K_PD与两个输入信号（即来自参考振荡器1的输入信号和来自分频器5的输入信号）的相位差成比例。相位检测器2的输出电压在环路滤波器3中被滤波，并且输送给VC振荡器4作为其输入电压。VC振荡器4于是输出高频输出信号，其频率对应于输入电压——即来自相位检测器2的被环路滤波器3滤波的输出电压。图2b中示出了VC振荡器4处的输入电压与VC振荡器4的高频输出信号的频率之间的关联。

VC振荡器4处的输入电压与VC振荡器4的高频输出信号的频率之间的关联可以在工作频率附近被线性化地通过比例因子K_VCO来描述。因此，针对VC振荡器4，相对于其具有K_VCO/s的输出相位，得出积分特性。如果在相位调节回路、即反馈路径中加入分频器5的分频因子，则得出整个调节回路的环路放大：