DE102011012027A1

DE102011012027A1 - Circuit device for frequency determination of output signal of oscillator for frequency modulated radar detector, performs frequency analysis of final signal, and determines output signal using frequency of final signal

Info

Publication number: DE102011012027A1
Application number: DE201110012027
Authority: DE
Inventors: Dr. Gruson Frank; Paul SCHNEBLI
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-30

Abstract

The circuit device has a frequency divider (2) to divide the output signal of oscillator (1) and output an intermediate signal. An auxiliary oscillator outputs an auxiliary signal, and a subtractor subtracts the auxiliary signal from the intermediate signal and outputs a final signal. A frequency analysis circuit (4) performs frequency analysis of the final signal, and a determining circuit determines the output signal using the frequency of the final signal. An independent claim is included for method for determination of frequency of output signal of oscillator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur genauen Bestimmung einer Frequenz. Sie findet beispielsweise in hochfrequenten, frequenzmodulierten Radarsensoren mit spannungsgesteuerten Oszillatoren Anwendung, bei denen eine Zuordnungstabelle („Look-up-table”) im Prozessor abgelegt wird, die jeder Ausgangsfrequenz eine Steuerspannung zuordnet. Zur Erstellung dieser Zuordnungstabelle werden beispielsweise feste Steuerspannungen vorgegeben, und die Ausgangsfrequenz wird über eine sehr genaue Frequenzmessung bestimmt. Alternativ wird die Steuerspannung so lange variiert, bis eine bestimmte Frequenz erreicht wird. Andere Verfahren sind denkbar. Die entsprechenden Frequenz/Spannungspaare werden dann in der Look-up-table” abgelegt. In allen Fällen ist eine sehr genaue Frequenzmessung notwendig.The invention relates to a device and a method for accurately determining a frequency. It is used, for example, in high-frequency, frequency-modulated radar sensors with voltage-controlled oscillators, in which a look-up table is stored in the processor, which assigns a control voltage to each output frequency. To generate this allocation table, for example, fixed control voltages are given, and the output frequency is determined by a very accurate frequency measurement. Alternatively, the control voltage is varied until a certain frequency is reached. Other methods are conceivable. The corresponding frequency / voltage pairs are then stored in the look-up table. In all cases, a very accurate frequency measurement is necessary.

Es ist Stand der Technik, ein hochfrequentes Ausgangssignal eines Oszillators (f1) über einen Frequenzteiler (2) auf eine niedrigere Endfrequenz zu teilen-geteilt, die dann mittels bekannter Verfahren, z. B. mathematischer Verfahren wie Counter, FFT etc., digitalisiert werden kann, beispielsweise in einem Mikrocontroller (uC). Im uC ist die „Look-up-table” abgelegt, mit welcher dann über eine Steuerspannungsleitung die Frequenz des Oszillators (f1) kontrolliert werden kann. Ein schematischer Schaltungsaufbau mit Frequenzquelle (1), Frequenzteiler (2) und Frequenzanalysator (4) der niedrigeren Frequenz ist in 1 dargestellt. Ein Fehler bei der Bestimmung der Endfrequenz von x% bedeutet einen Fehler bei der Bestimmung der Hochfrequenz von ebenfalls x%.It is state of the art, a high-frequency output signal of an oscillator (f1) via a frequency divider ( 2 ) to split to a lower end frequency, which is then divided by known methods, e.g. As mathematical methods such as counter, FFT, etc., can be digitized, for example, in a microcontroller (uC). In uC the "look-up table" is stored, with which then the frequency of the oscillator (f1) can be controlled via a control voltage line. A schematic circuit construction with frequency source ( 1 ), Frequency divider ( 2 ) and frequency analyzer ( 4 ) of the lower frequency is in 1 shown. An error in the determination of the final frequency of x% means an error in the determination of the high frequency of also x%.

Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Frequenz kostengünstig und mit großer Genauigkeit zu bestimmen. Diese Aufgabe wird anhand der Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung an.It is the object of the present invention to determine a frequency inexpensively and with great accuracy. This object is achieved by the features of independent claims 1 and 8. The subclaims specify preferred embodiments of the invention.

Das Hochfrequenzsignal (f1) wird zunächst auf eine Zwischenfrequenz durch Division durch den Divisor N geteilt, und es wird das Zwischensignal (f2) ausgegeben. Von dem Zwischensignal (f2) wird dann mit einem Frequenzsubtrahierer (3) ein Hilfssignal (f0) subtrahiert und so die Frequenz abermals vermindert. Das niederfrequente Endsignal (f3 = f2 – f0) wird mit geeigneten Auswertemitteln (4) analysiert. Aus der Frequenz des Endsignals (f3) wird die Frequenz des Hochfrequenzsignals (f1) durch Addition der Frequenz des Hilfssignals (f0) und Multiplikation mit dem Divisor N des Frequenzteilers (2) bestimmt. Um die Kosten einer Frequenzanalyse gering zu halten, wird bevorzugt ein Subtrahierer mit einem Divisor N > 4 eingesetzt. Der Schaltungsaufbau einer solchen Anordnung ist in 2 dargestellt.The high-frequency signal (f1) is first divided to an intermediate frequency by dividing by the divisor N, and the intermediate signal (f2) is output. The intermediate signal (f2) is then used with a frequency subtractor ( 3 ) subtracts an auxiliary signal (f0) and thus reduces the frequency again. The low-frequency end signal (f3 = f2-f0) is determined with suitable evaluation means ( 4 ) analyzed. From the frequency of the end signal (f3), the frequency of the high-frequency signal (f1) by adding the frequency of the auxiliary signal (f0) and multiplication with the divisor N of the frequency divider ( 2 ) certainly. In order to keep the cost of a frequency analysis low, a subtractor with a divisor N> 4 is preferably used. The circuit structure of such an arrangement is in 2 shown.

Ist die Bestimmung des niederfrequenten Ausgangssignals mit einem Fehler von x% behaftet, so ist der resultierende Fehler bei der Bestimmung der Hochfrequenz y% mit y << x.If the determination of the low-frequency output signal is subject to an error of x%, then the resulting error in the determination of the high-frequency y% is with y << x.

Bei einer beispielhaften Implementierung mit
f1 = 25000 MHz
N = 2048
f0 = 12 MHz
führt ein Fehler bei der Bestimmung der Endfrequenz von 10% lediglich zu einem Fehler in der Bestimmung der Hochfrequenz f von 0,17%. Dies ist eine Genauigkeitsverbesserung um den Faktor 59.In an example implementation with
f1 = 25000 MHz
N = 2048
f0 = 12 MHz
An error in the determination of the final frequency of 10% merely leads to an error in the determination of the high frequency f of 0.17%. This is an accuracy improvement by a factor of 59.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist in 3 dargestellt. Es wird der Subtrahierer (3) durch ein einfaches logisches Gatter (3a), z. B. AND, XOR, ...-Gatter, mit nachgeschaltetem Tiefpassfilter (3b) realisiert. Eine besondere Implementierung ist hierbei die Verwendung eines XOR Gatters (3a), da das XOR Gatter – neben der erwünschten Differenz der beiden Eingangsfrequenzen – als Nebenprodukt lediglich die Summe der beiden Eingangsfrequenzen liefert und keine weiteren Nebenprodukte. Die unerwünschte Summe der beiden Eingangsfrequenzen kann kostengünstig durch einen nachgeschalteten Tiefpassfilter (3b) entfernt werden. Die Verringerung des Signalpegels kann durch Verwendung eines Komparators (3c) oder Verstärkers kompensiert werden.A preferred embodiment of the invention is in 3 shown. It becomes the subtractor ( 3 ) by a simple logic gate ( 3a ), z. B. AND, XOR, ... gate, with downstream low-pass filter ( 3b ) realized. A special implementation here is the use of an XOR gate ( 3a ), since the XOR gate - in addition to the desired difference of the two input frequencies - as a by-product only provides the sum of the two input frequencies and no further by-products. The undesirable sum of the two input frequencies can be inexpensively by a downstream low-pass filter ( 3b ) are removed. The reduction of the signal level can be achieved by using a comparator ( 3c ) or amplifier can be compensated.

Der Hilfsoszillator (0) wird bevorzugt mittels eines einfachen Inverters und eines Quarzkristalls gebildet. Ein Beispiel ist der Pierce Oszillator, welcher einen Quarzkristall in Parallelresonanz und einen Inverter verwendet. Die Schwingfrequenz der Schaltung wird im Wesentlichen durch die Parallel-Resonanzfrequenz des Quarzkristalls bestimmt und kann durch die beiden Kapazitäten gegen Masse noch leicht abgestimmt werden. Diese Anordnung ist sehr kostengünstig und liefert eine sehr genaue Hilfsfrequenz f0. Ein weiterer Inverter kann als Trenn-Verstärker (Buffer) zwischen Hilfsoszillator und Subtrahierer dienen. Idealerweise wird dann ein „Dual Inverter” verwendet.The auxiliary oscillator ( 0 ) is preferably formed by means of a simple inverter and a quartz crystal. An example is the Pierce oscillator, which uses a quartz crystal in parallel resonance and an inverter. The oscillation frequency of the circuit is essentially determined by the parallel resonance frequency of the quartz crystal and can be easily tuned by the two capacitances to ground. This arrangement is very inexpensive and provides a very accurate auxiliary frequency f0. Another inverter can serve as a separation amplifier (buffer) between the local oscillator and subtractor. Ideally then a "dual inverter" is used.

Claims

Circuitry for frequency determination comprising: - Oscillator ( 1 ) for generating an output signal (f1) - a frequency divider ( 2 ) for dividing the output signal (f1), which outputs an intermediate signal (f2), - an auxiliary oscillator ( 0 ), which outputs an auxiliary signal (f0), - a frequency subtractor ( 3 ), which subtracts the auxiliary signal (f0) from the intermediate signal (f2) and thus generates an end signal (f3), - means for frequency analysis ( 4 ) of the end signal (f3), - means for determining the output signal (f1) based on the frequency of the end signal (f3).

Circuit arrangement according to claim 1, wherein the frequency subtracter ( 3 ) comprises a digital logic gate.

Circuit arrangement according to claim 2, wherein the gate is formed as an XOR gate.

Circuit arrangement according to claim 2 or 3, wherein the digital logic gate, a low-pass filter is connected downstream.

Circuit arrangement according to claim 4, wherein the low-pass filter, a comparator is connected downstream.

Circuitry according to claim 1, wherein the auxiliary oscillator comprises an inverter and a quartz crystal.

Circuit arrangement according to claim 6, wherein a further inverter is arranged as a separating amplifier between the local oscillator and the subtractor.

Method for frequency determination, wherein - an output signal (f1) is a frequency divider ( 2 ) which outputs the frequency-divided output signal as an intermediate signal (f2) and - subtracts an auxiliary signal (f0) from the intermediate signal (f2) and outputs an end signal (f3) and - analyzes the frequency of the end signal (f3) and from this the Frequency of the output signal (f1) is determined.