(57)【要約】【課題】  電子移動度の高いＧａＡｓなどの高価な半導体スイッチを用いることなく高周波（極短）パルスを発生するパルス発生回路を得る。【解決手段】  直流電源１０１、この直流電源１０１に充電抵抗１０２を通して接続されたコンデンサ１０３、このコンデンサ１０３の充電エネルギーを放電する放電抵抗１０４、コンデンサ１０３と放電抵抗１０４との間に挿入され、制御信号により制御される半導体スイッチ１０５、および放電抵抗１０４の出力端に接続された増幅器１０６を備え、半導体スイッチ１０５を通してコンデンサ１０３から放電抵抗１０４へ放電をしたときに放電抵抗１０４の出力端に発生するパルスを増幅器１０６を通して取り出すようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源、該直流電源に充電抵抗を通して接続されたコンデンサ、該コンデンサの充電エネルギーを放電する放電抵抗、上記コンデンサと上記放電抵抗との間に挿入され、制御信号により制御される半導体スイッチ、および上記放電抵抗の出力端に接続された増幅器を備え、上記半導体スイッチを通して上記コンデンサから上記放電抵抗へ放電をしたときに上記放電抵抗の出力端に発生するパルスを上記増幅器を通して取り出すようにしたことを特徴とするパルス発生回路。
【請求項２】
上記半導体スイッチは、単極単投形のスイッチであることを特徴とする請求項１に記載のパルス発生回路。
【請求項３】
上記半導体スイッチは、上記コンデンサを充電抵抗側と放電抵抗側のいずれかに切換える単極双投形のスイッチであることを特徴とする請求項１に記載のパルス発生回路。
【請求項４】
上記半導体スイッチは、シリコン系の低周波用スイッチであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のパルス発生回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車載レーダに使用されるパルス発生回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルスレーダ装置として、特許文献１にて提案されているものがある。この装置は、同文献の図１に示すように、送出手段によってパルス状の信号を周期的に出力し、物標からの反射パルスを受信手段によって連続的に受信し、２値化手段によって２値化する。そしてサンプリング手段が、送出手段の送出タイミング後、一定の１つ又は複数のサンプリング点毎に2値化信号をサンプリングして０又は１のサンプリング値を得て、これをサンプリング点それぞれの点に対応する加算手段に与える。そこで、加算手段が送出手段による信号の所定の送出回数分ずつ０又は１のサンプリング値を加算する。所定回数分の加算処理が終了すると、判定手段が加算手段毎の加算値を加算回数で除算して得られる正規化加算値を所定の閾値と比較し、その大小に基づいて外部の物標からの反射信号が存在するか否かを判定し、これに基づいて外部の物標の有無を判定するものから構成されている。
【０００３】
しかしながら、送信・受信のアイソレーションが悪く、いわゆる漏れ波形が存在する場合、あるいはレドームがある場合、次のような理由により、従来の装置を用いて１０ｍ未満の距離に存在する物体の検出、およびその物体までの距離の測定を行うことは困難である。すなわち、従来の装置では、その送信パルス幅が距離にして１０mに相当する６６．７ｎｓであるので、１０ｍよりも近い距離に物体が存在する場合、漏れ波形あるいは２次レドームによる反射波と物体による反射波の波形が重なり合った波形が検出される。そのため、非送信中の受信レベル、いわゆるノイズレベルをもとに閾値を設定したのでは、漏れ波形の立ち上がりしか検出できず、本当に検出したい反射波の立ち上がりを検出することができなかった。
【０００４】
従来はこのような問題があり、近距離を検出することが困難であったが、近年、米国のＦＣＣ連邦通信委員会の規則が昨年改定され、これに従い、車載レーダにおいてＵＷＢ（Ultra Wide Band）技術の利用が可能となった。
【０００５】
ＵＷＢ技術が使用できることとなり、近距離を検出するための手段として、非特許文献１に記載のように、パルス幅を３５０ｐsといった非常に短いものにする方法が提案されている。しかしながら、この文献に記載されているように送信パルス幅を３５０ｐsまで短くすると、物体までの距離が約５ｃｍ以下の場合しか漏れ波形と反射波の波形が重ならないので、上述の課題は解決されるが、パルスを発生するためのパルス発生回路が、従来の単安定マルチバイブレーターや水晶振動子などの発振素子とロジックＩＣの組み合わせによるものが使用できなくなった。
【０００６】
ここで、ＵＷＢとは，数百ｐsecから数ｎsecの極めて短いパルスを用いて変調を行う通信方式のことで、高周波（極短）パルスを用いるため、極めて広い周波数帯域幅をもち、広範囲にスペクトルが拡散することから低い送信電力となり、他の機器に影響を及ぼさない特徴がある。
【０００７】
ゆえに従来のパルス発生回路では、入手しやすいシリコン系の半導体で構成されていたパルス発生回路が、高周波（極短）パルス、つまりパルス立ち上がりから立ち下がりまでが２ｎsec以下（周波数１００ＭＨｚ帯域以上）のパルスを発生させるために、高周波用の半導体デバイス、つまりガリウム砒素（以下ＧａＡｓ）などの元素を使用した電子移動度の速い半導体を使用せざるを得なくなった。
【０００８】
また、低周波で一般的に使用されているシリコン（以下Ｓｉと記す）系の元素記号をもった半導体デバイスで、前記高周波パルスを発生させる場合、市販されているＴＴＬ出力（０Ｖ〜５Ｖの電圧出力）のロジックＩＣで高周波パルス動作をさせることが不可能であり、ＥＣＬ(−０.８V〜−１.８Vの電圧出力)、ＰＥＣＬ(３.２V〜４.２Vの電圧出力)などの出力電圧レベル（インターフェイス）が違う半導体を使用しなくてはならなくなった。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−７２２３７号公報
【非特許文献１】W. Weidmann and D. Steinbuch, "HighResolution Radar for Short Range Automotive Applications", 28th EuropeanMicrowave Conference Amsterdam, 1998
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＧａＡｓなどの元素記号をもつ半導体を使用すると、価格が高いだけでなく、取り扱い自体も難しく、特に車載用になると環境性能（特にサージ）が厳しくなることもあり、半導体素子の入手性が悪く、また、信頼性の実績が少なく、量産するのが難しくなるという問題があった。
【００１１】
また、低周波で一般的に使用されているＳｉ系の元素記号をもった半導体デバイスで、高周波パルスを発生させる場合、ＥＣＬ、ＰＥＣＬ出力のデバイスを使用するので、出力電圧のレベル変換など素子単体の価格はもとより、それに付加する部品の価格が高くなるという問題があった。
【００１２】
また、ＥＣＬ、ＰＥＣＬなどのデバイスは、消費電流が多く、デバイスの発熱量が増加し、自身の環境性能をさらに悪化させるという問題があった。
【００１３】
また、高周波パルス動作ができるＳｉ系デバイスになると、Ｃ−ＭＯＳロジックＩＣ、コンパレータなど、２値化するデバイスはほとんど市販されておらず、トランジスタ、ＯＰアンプ（ただし、利得は１〜２倍程度まで）が存在する程度であり、入手困難であった。
【００１４】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたレーダ用パルス発生回路であり、安価で、かつ、例えば車載用として入手性、信頼性にそれほど難なく、しかも容易に構成できる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明に係るパルス発生回路は、直流電源、該直流電源に充電抵抗を通して接続されたコンデンサ、該コンデンサの充電エネルギーを放電する放電抵抗、上記コンデンサと上記放電抵抗との間に挿入され、制御信号により制御される半導体スイッチ、および上記放電抵抗の出力端に接続された増幅器を備え、上記半導体スイッチを通して上記コンデンサから上記放電抵抗へ放電をしたときに上記放電抵抗の出力端に発生するパルスを上記増幅器を通して取り出すようにしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のパルス発生回路は、電子移動度の速い、ＧａＡｓなどの半導体素子を使用することなく、コンデンサの充放電とシリコン系低周波用半導体スイッチだけで、高周波パルスを発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るパルス発生回路である。この発明に係るパルス発生回路は、所望の電圧を与える直流電源１０１と、この直流電源１０１に接続された充電抵抗１０２と、この充電抵抗１０２に接続された充放電波形発生用のコンデンサ１０３と、このコンデンサ１０３に一端が接続された半導体スイッチ１０５と、この半導体スイッチ１０５の他端に接続された放電抵抗１０４と、この放電抵抗１０４に接続された増幅器１０６とを有している。
【００１８】
半導体スイッチ１０５は例えばシリコン系の単極単投のスイッチで、制御端子ａに加わるパルス信号により開閉が制御されるようになされている。増幅器１０６は入力端に加わるパルスの増幅、インピーダンス変換、もしくは出力電圧リミットを行うための増幅器である。
【００１９】
次に動作を説明する。コンデンサ１０３は、半導体スイッチ１０５の制御端子ａに加わる図２(ａ)の制御パルスに同期して充放電される（図２（ｂ）参照）。半導体スイッチ１０５のオン時に充電コンデンサ１０３より半導体スイッチ１０５を通り、放電用抵抗１０４に放電された電流は、半導体スイッチ１０５の立ち上がり時間と、充電コンデンサ１０３と放電抵抗１０４との時定数できまる出力パルス（図２（ｃ）参照）を、増幅器１０６の出力端ｃを通して、高周波パルスとして出力する。
【００２０】
ここで、増幅器１０６から得られた高周波パルスの幅Pwは、立上がり期間Thuと立下がりThdとからなる。図３のように、パルス立ち上がりThuは、半導体スイッチ１０５の立ち上がり速度で決定され、パルス立下りThdは、半導体スイッチ１０５の抵抗や配線用パターンの抵抗等の抵抗成分をRon、放電抵抗１０４を抵抗値R2、充放電コンデンサ１０３を容量Cとすると、理想的には下記で決定する。
Pw＝Thu＋Thd
Thu＝半導体スイッチのスイッチング速度
Thd≒５×（R2＋Ron）×C
【００２１】
また、半導体スイッチ１０５がオンし、コンデンサ１０３のエネルギーが放電しきっても、充電抵抗１０２と放電抵抗１０４の比で出力電圧レベルが決定するため、放電後、早く半導体スイッチをオンからオフに戻さなくても不要な電圧を発生することがない。
【００２２】
ここで、放電後の増幅器１０６より出力される不要な出力電圧Voutは、電源電圧をVcc、充電抵抗１０２をR1、放電抵抗１０４をR2とすると、
Vout＝Vcc×R2／(R1+R2)
となり、R1≫R2としておけば、放電後の出力電圧Voutは、小さくなり、高速で、半導体スイッチをオフしなくても、出力Voutとして不要な電圧レベルを発生することがない。
【００２３】
また、増幅器１０６は、高周波用の演算増幅器（ＯＰアンプでエミッタフォロワを構成）であり、この増幅器１０６がない場合でもパルス発生可能であるが、後段に接続されるデバイス等へのインピーダンスマッチング、また、ＯＰアンプの電源電圧にパルス出力電圧が制限されるため、後段素子の保護などの目的で入れるほうが好ましい。
【００２４】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２を示すもので、半導体スイッチ４０５以外は図１と同様である。図１と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。半導体スイッチ４０５は単極双投のシリコン系低周波用スイッチであり、コンデンサ１０３の端子が充電抵抗１０２側と放電抵抗１０４側とに、端子ａに加わる信号（図５の（ａ）参照）に同期して切り替わる構成になっている。
【００２５】
次に動作を説明する。コンデンサ１０３が充電抵抗１０２側に接続されている間、充電抵抗１０２を通して充電されたコンデンサ１０３は、半導体スイッチ４０５の切換により充電抵抗１０２側から切り離されて放電抵抗１０４側へ接続され、放電抵抗１０４を通して放電し、そのときに生じるパルスを増幅器１０６から取り出す。図５はその様子を示すシーケンスである。図５（ａ）は半導体スイッチ４０５の制御端子ａに加わる制御パルス、（ｂ）はコンデンサ１０３の充放電電圧波形、（ｃ）は増幅器１０６の出力端子ｃから取り出されるパルス波形である。
【００２６】
本実施の形態では、半導体スイッチ４０５として単極双投スイッチを用いていることにより、充電抵抗１０２の抵抗値をより小さくすることができ、コンデンサ１０３へのエネルギー充電時間が短くなり、パルス送信周期を早めることができる。また、実施の形態１の構成で発生していた、エネルギー放電後の不要電圧がなくなり、かつ充電抵抗１０２の抵抗値R1と放電抵抗１０４の抵抗値R2を自由に設定できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
この発明は、車載レーダなどのパルス発生回路として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るパルス発生回路を示す回路図である。
【図２】図１の動作を説明する波形図である。
【図３】図１の回路で形成されるパルスを示す波形図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るパルス発生回路を示す回路図である。
【図５】図４の動作を説明する波形図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１  直流電源、                      １０２  充電抵抗、
１０３  コンデンサ、                    １０４  放電抵抗、
１０５  半導体スイッチ（単極単投形）、   １０６  増幅器、
４０５  半導体スイッチ（単極双投形）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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