JP2008306448A

JP2008306448A - 損失補償回路

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Publication number: JP2008306448A
Application number: JP2007151563A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhisa Yamada; 哲久山田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-06-07
Also published as: JP4936128B2

Abstract

【課題】損失補償回路の周波数特性を変えるためには、この回路を構成している抵抗やコンデンサ、インダクタンスの定数値を変えなければならない。そのため、ケーブルのばらつきに合わせて損失補償回路の特性を変えることが難しかったという課題を解決する。
【解決手段】周波数特性が異なり、ゲインを可変できるハイパスフィルタまたはローパスフィルタの出力を加算し、入力信号とこの加算した信号を加算するようにした。また、この加算した信号を可変ゲインアンプに入力するようにした。フィルタのゲインを変えるだけで損失補償回路の周波数特性を変えることができるので、補償回路の特性をケーブルのばらつきに合わせることができる。

【選択図】図１

Description

本発明は、同軸ケーブルなどの伝送路の損失を補償する回路に関し、ケーブルの損失特性に合わせて補償特性を可変することができる、損失補償回路に関するものである。

同軸ケーブル等の伝送路は、伝搬する信号の周波数の平方根に比例する導体損失を持つことが知られている。従って、周波数の平方根に比例してゲインが増大する補償回路を用いることにより、伝送路の導体損失を補償して、周波数特性を平坦にすることができる。

特許文献１には、このような損失補償回路の発明が記載されている。以下、特許文献１に記載されている発明を説明する。図６は特許文献１に記載された損失補償回路であり、３つの損失補償部１０〜１２を直列接続した構成を有している。同軸ケーブル等から伝送された信号は左端ＩＮから入力され、右端ＯＵＴから出力される。なお、ＩＮとＯＵＴは５０Ωで終端されているが、図６では記載を省略している。

損失補償部１０〜１２は同じ構成を有している。すなわち、抵抗Ｒ１とＲ２が直列接続され、この直列回路にコンデンサＣ１が並列接続されている。抵抗Ｒ１とＲ２の接続点には抵抗Ｒ３とインダクタンスＬ１の直列回路が接続され、このインダクタンスＬ１の他端は共通電位点に接続されている。なお、煩雑さを避けるために、損失補償部１１、１２では、Ｒ１〜Ｒ３、Ｃ１、Ｌ１の記載を省略している。

図７に、この損失補償回路の周波数特性を示す。損失補償部１０〜１２の各部品の定数を下記のように選択すると、損失補償部１０〜１２の周波数特性は（Ａ）〜（Ｃ）のようになる。損失補償部１０〜１２は直列接続されているので、損失補償回路の周波数特性は（Ａ）〜（Ｃ）の周波数特性を合成した（Ｄ）になり、周波数の平方根に比例してゲインが増大する特性が得られる。
損失補償部１０：
Ｒ１＝Ｒ２＝１．７７Ω、Ｒ３＝７０５．５８Ω、Ｃ１＝８００ｐＦ、
Ｌ１＝２μＨ
損失補償部１１：
Ｒ１＝Ｒ２＝４．４２Ω、Ｒ３＝２８０．９１Ω、Ｃ１＝４０ｐＦ、
Ｌ１＝１００ｎＨ
損失補償部１２：
Ｒ１＝Ｒ２＝１０．８９Ω、Ｒ３＝１０９．３４Ω、Ｃ１＝２ｐＦ、
Ｌ１＝５ｎＨ

図８に、特許文献１に記載された他の損失補償回路を示す。入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間には抵抗Ｒ４とＲ５の直列回路が接続され、この直列回路にコンデンサＣ３、および抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２の直列回路が並列に接続されている。また、抵抗Ｒ４とＲ５の接続点と共通電位点の間には、抵抗Ｒ７とインダクタンスＬ２の直列回路が接続されている。

図９にこの損失補償回路の周波数特性を示す。各部品の定数を下記のように選定すると、図８の損失補償回路の周波数特性はグラフ２０のように、高周波でゲインが高くなる特性を示す。ケーブルの減衰特性がグラフ２１であるとすると、ケーブルの減衰特性が損失補償回路で補償され、その合成特性はグラフ２２になる。すなわち、周波数５ＧＨｚまでほぼ平坦な特性が得られる。
Ｒ４＝Ｒ５＝１６．６Ω、Ｒ６＝８０Ω、Ｒ７＝６７Ω、
Ｃ２＝１２ｐＦ、Ｃ３＝５．６ｐＦ、Ｌ２＝３．３ｎＨ
米国特許第６，７３４，７５９号公報

しかしながら、このような損失補償回路には、次のような課題があった。伝送線路の損失量は、線路の材料、サイズ、または長さが変わると変化する。たとえ同じ型番の伝送路であっても、製造時のばらつきで材料やサイズ、長さが変わることがある。従って、実際に使用する伝送路の特性に合わせて、損失補償回路の特性も変化させなければならない。

しかし、図６または図８に記載された損失補償回路の特性は、用いる抵抗やコンデンサ、インダクタンスの値によって決まる。そのため、損失補償回路の特性を変えるためにはこれらの値を変えなければならず、現場で手軽に変えることは困難であるという課題があった。

また、用いることができる抵抗やコンデンサ、インダクタンスの値には制限があり、特性を微調整することが難しいという課題もあった。

従って本発明の目的は、手軽に特性を変化させることができ、かつ特性を微調整することができる損失補償回路を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
入力信号が入力され、周波数特性が異なり、かつゲインを可変することができる、少なくとも２つのハイパスフィルタと、
前記入力信号に関連する信号、および前記ハイパスフィルタの出力を加算する加算部と、
を具備したものである。周波数特性とゲインを簡単に変えることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記加算部の出力が入力され、ゲインを可変することができる可変ゲインアンプを具備したものである。周波数特性とゲインを独立に変えることができる。

請求項３記載の発明は、
入力信号が入力され、周波数特性が異なり、かつゲインを可変することができる、少なくとも２つのハイパスフィルタと、
このハイパスフィルタの出力を加算する第１の加算部と、
この第１の加算部の出力が入力され、ゲインを可変することができる可変ゲインアンプと、
この可変ゲインアンプの出力、および前記入力信号に関連する信号を加算する第２の加算部と、
を具備したものである。周波数特性とゲインを独立に変えることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、
前記ハイパスフィルタとして１次フィルタを用いたものである。フィルタの構成を簡単にできる。

請求項５記載の発明は、
入力信号が入力され、周波数特性が異なり、かつゲインを可変することができる、少なくとも２つのローパスフィルタと、
前記入力信号に関連する信号、および前記ローパスフィルタ出力の逆極性の信号を加算する加算部と、
を具備したものである。周波数特性とゲインを簡単に変えることができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、
前記加算部の出力が入力され、ゲインを可変することができる可変ゲインアンプを具備したものである。周波数特性とゲインを独立に変えることができる。

請求項７記載の発明は、
入力信号が入力され、周波数特性が異なり、かつゲインを可変することができる、少なくとも２つのローパスフィルタと、
このローパスフィルタの出力を加算する第１の加算部と、
この第１の加算部の出力が入力され、ゲインを可変することができる可変ゲインアンプと、
前記入力信号に関連する信号と前記可変ゲインアンプの出力が入力され、この入力信号に関連する信号と、前記ローパスフィルタ出力の逆極性の信号を加算する第２の加算部と、
を具備したものである。周波数特性とゲインを独立に変えることができる。

請求項８記載の発明は、請求項５乃至請求項７いずれかに記載の発明において、
前記ローパスフィルタとして１次フィルタを用いたものである。フィルタの構成が簡単になる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３、４、５、６、７および８の発明によれば、ゲインが可変できる複数のハイパスフィルタまたはローパスフィルタの出力を加算し、入力信号にこの加算値またはその逆極性の加算値を加算するようにした。

ハイパスフィルタまたはローパスフィルタのゲインを変えるだけで、損失補償回路の周波数特性およびゲインを変えることができる。そのため、損失補償回路のゲインと周波数特性をケーブルの損失特性に合わせることにより、補償後の周波数特性を平坦にすることができるという効果がある。

また、簡単に周波数特性とゲインを変えることができるので、ケーブルの特性にばらつきがあっても、ケーブルの実際の損失量に合わせることができ、正確に補償できるという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る損失補償回路の一実施例を示す構成図である。図１において、２０ば差動入力、差動出力の電流出力型バッファであり、入力信号が入力される。このバッファ２０の２つの出力端子は、抵抗２６、２７で電源Ｖ＋にプルアップされている。

２１〜２３は差動入力、差動出力の電流出力型のハイパスフィルタであり、バッファ２０に入力される入力信号が入力され、その出力端子はバッファ２０の出力端子と抵抗２６、２７の接続点に同相で接続される。すなわち、バッファ２０とハイパスフィルタ２１〜２３の非反転出力端子同士、反転出力端子同士が接続される。バッファ２０とハイパスフィルタ２１〜２３は電流出力なので、出力電流はこの接続点で加算される、すなわち点線で囲まれた２４が加算部に相当する。この加算された電流は、抵抗２６、２７で電圧信号に変換される。

２５はゲインを可変できる差動入力、差動出力の電流出力型可変ゲインアンプであり、加算部２４で加算され、抵抗２６、２７で電圧に変換された信号が入力される。この可変ゲインアンプの出力端子は、５０Ωの抵抗２８、２９で電源Ｖ＋にプルアップされている。この可変ゲインアンプ２５の出力が損失補償回路の出力になる。

ハイパスフィルタ２１〜２３は、差動入力、差動出力の電流出力型可変ゲインアンプＱ１、この可変ゲインアンプＱ１の２つの入力端子のそれぞれと共通電位点の間に接続された抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、入力信号の経路の途中に挿入されたコンデンサＣ１１、Ｃ１２で構成されている。このため、ハイパスフィルタ２１〜２３は、入力信号の高周波成分のみ通過させる１次高域通過フィルタとして動作する。なお、煩雑さを避けるために、ハイパスフィルタ２２、２３は、Ｑ１、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｃ１１、Ｃ１２の記載を省略している。

ハイパスフィルタ２１〜２３は、入力信号のうち、抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、コンデンサＣ１０、Ｃ１１で決まる折れ点周波数以上の周波数成分のみ通過させ、折れ点周波数以下の周波数成分を１次特性で減衰させる。また、可変ゲインアンプＱ１のゲインを調整することにより、出力信号の振幅を可変することができる。

ハイパスフィル２１内の抵抗Ｒ１０、Ｒ１１の抵抗値を１ｋΩ、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の容量値を１０ｐＦにすると、ハイパスフィルタ２１の折れ点周波数は１５．９ＭＨｚになる。同様に、ハイパスフィルタ２２内の抵抗Ｒ１０、Ｒ１１の抵抗値を３５０Ω、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の容量値を１ｐＦにすると、ハイパスフィルタ２２の折れ点周波数は４５４ＭＨｚになる。さらに、ハイパスフィルタ２３内の抵抗Ｒ１０、Ｒ１１の抵抗値を１５０Ω、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の容量値を０．２ｐＦにすると、ハイパスフィルタ２３の折れ点周波数は５．３ＧＨｚになる。

前述したように、バッファ２０、ハイパスフィルタ２１〜２３の出力は加算部２４で加算されて可変ゲインアンプ２５に入力される。ハイパスフィルタ２１〜２３は折れ点周波数以下の周波数成分を減衰させるので、加算部２４で加算された信号は、高周波成分が持ち上げられた特性を有する。この特性をケーブルの減衰特性と逆の特性に設定することにより、ケーブルの損失を補償することができる。また、可変ゲインアンプ２５のゲインを調整すると、周波数特性を変えないで出力振幅のみ変えることができる。

図２に差動入力、差動出力電流出力型可変ゲインアンプの構成の一例を示す。図２において、３０、３１はトランジスタであり、そのベースには入力信号が入力される。３２は電流源であり、その一端はトランジスタ３０、３１のエミッタに接続され、他端は負電源Ｖ−に接続される。出力信号は、トランジスタ３０、３１のコレクタから出力される。電流源３２の出力電流値を変えることにより、アンプのゲインを変えることができる。なお、この構成は一例であって、可変ゲインアンプＱ１として他の構成のアンプを用いることもできる。

図３に、この損失補償回路の特性を示す。図３において、４０はケーブルの減衰特性、４１は図１の損失補償回路の特性、４２は補償後の特性である。但し、ケーブルの減衰特性は絶対値で表している。なお、バッファ２０と可変ゲインアンプ２５のゲインを１、ハイパスフィルタ２１〜２３内の可変ゲインアンプＱ１のゲインをそれぞれ０．０４６７、０．１４３、０．５３３とした。この図からわかるように、補償後の特性４２は０〜６ＧＨｚの範囲で±０．１ｄＢ内に収まっている。

なお、損失補償回路の特性は、ハイパスフィルタ２１〜２３内の可変ゲインアンプＱ１のゲインを変えることにより、連続的に変化させることができる。例えば、ハイパスフィルタ２１のゲインを高くすると、低周波域で持ち上がる特性になり、ハイパスフィルタ２３のゲインを高くすると、高周波域で持ち上がる特性が得られる。また、可変ゲインアンプ２５のゲインを変化させると、周波数特性を変えないで出力振幅のみ変えることができる。可変ゲインアンプ２５のゲインは、例えば０．５〜１．６の範囲で可変できるようにされる。なお、抵抗やコンデンサの値、アンプのゲインはこの実施例に限られることはなく、補償特性に応じて任意に定めることができる。

補償対象のケーブルの損失特性に合わせてハイパスフィルタ２１〜２３内の可変ゲインアンプのゲイン、および可変ゲインアンプ２５のゲインを調整することにより、補償後の特性を平坦にすることができる。また、ケーブルの損失特性が変わってもゲイン調整だけで損失補償回路の特性を再調整することができるので、現場で簡単に調整することができる。

図４に本発明の他の実施例を示す。この実施例は、ハイパスフィルタの代わりにローパスフィルタを用いたものである。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図４において、５０〜５２はローパスフィルタである。ローパスフィルタ５０〜５２は、入力信号が入力される可変ゲインアンプＱ１、この可変ゲインアンプの入力端子と共通電位点の間に接続されるコンデンサＣ１３、Ｃ１４、および入力信号の経路途中に配置された抵抗Ｒ１３、Ｒ１４で構成されている。図１のハイパスフィルタ２１〜２３と比較すると、ローパスフィルタ５０〜５２は抵抗とコンデンサの位置が入れ替わっている。そのため、入力信号の低域周波数成分のみを通過させる１次低域通過フィルタの特性を有している。

ローパスフィルタ５０〜５２の出力は逆相でバッファ２０の出力端子と抵抗２６、２７の接続点に接続される。すなわち、バッファ２０の非反転出力端子とローパスフィルタ５０〜５２の反転出力端子、およびバッファ２０の反転出力端子とローパスフィルタ５０〜５２の非反転出力端子が接続される。バッファ２０、ローパスフィルタ５０〜５２の出力は電流なので、点線で囲まれた５３が加算部に相当する。

そのため、バッファ２０の出力をＶｂ、ローパスフィルタ５０〜５２の出力をそれぞれＶ５０〜Ｖ５２とすると、可変ゲインアンプ２５の入力Ｖは、
Ｖ＝Ｖｂ−（Ｖ５０＋Ｖ５１＋Ｖ５２）
になる。前述したように、ローパスフィルタ５０〜５２の出力は高周波成分が減衰した特性を有しているので、上式のＶは高周波成分が持ち上げられた周波数特性を有する。また、図１実施例と同様に、ローパスフィルタ５０〜５２内の可変ゲインアンプＱ１のゲインを調整することにより、この損失補償回路の周波数特性を変えることができる。さらに、可変ゲインアンプ２５のゲインを変えることにより、周波数特性を変えないで、出力振幅のみ変えることができる。

なお、図１、図４実施例で、可変ゲインアンプ２５を省略することもできる。この場合、損失補償回路のゲインはハイパスフィルタ２１〜２３、またはローパスフィルタ５０〜５２内の可変ゲインアンプＱ１のゲインを変えることにより行わなければならないので、ゲインのみを独立で変えることはできない。しかし、可変ゲインアンプ２５が不要になるので、構成を簡単にすることができる。

図５に他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。この実施例は、ハイパスフィルタ２１〜２３の出力の加算値を可変ゲインアンプに入力し、この可変ゲインアンプの出力とバッファ２０の出力を加算するようにしたものである。

図５において、ハイパスフィルタ２１〜２３の出力は互いに接続され、その接続点は抵抗６０、６１で電源Ｖ＋にプルアップされている。この接続点、すなわち点線で囲まれた６２が加算部であり、この加算部６２の出力電流は抵抗６０、６１で電圧に変換される。この電圧は可変ゲインアンプ６３に入力され、その出力は加算部でバッファ２０の出力と加算される。可変ゲインアンプ６２とバッファ２０の出力端子は同相で接続され、この接続点、すなわち点線で囲まれた６４が加算部に相当する。この実施例は、図１実施例の可変ゲインアンプ２５の位置を変えたものと考えることができ、ハイパスフィルタ２１〜２３のゲインを変えると周波数特性を変えることができ、可変ゲインアンプ６３のゲインを変えると、出力振幅を変えることができる。

図５実施例のハイパスフィルタ２１〜２３をローパスフィルタ５０〜５２に置き換えることもできる。図４実施例で説明したように、ローパスフィルタ５０〜５２の出力はバッファ２０の出力と逆相で加算しなければならない。そのため、ローパスフィルタ５０〜５２の出力の加算信号を逆相で可変ゲインアンプ６３に入力するか、加算部６４の接続を変えて、可変ゲインアンプ６３の出力を逆相でバッファ２０の出力と加算すればよい。さらに、可変ゲインアンプ６３内で、出力を反転するようにしてもよい。

なお、これらの実施例では可変ゲインアンプ２４、およびハイパスフィルタ２１〜２３、ローパスフィルタ５０〜５２内の可変ゲインアンプとして電流出力型のアンプを用いたが、電圧出力型のアンプを用いることもできる。この場合、アンプを用いた加算器、あるいは抵抗ネットワークで加算部を構成することができる。また、これらの実施例では差動入力、差動出力のアンプを用いたが、単一入出力のアンプを用いることもできる。

また、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタとして１次フィルタを用いたが、他の特性のフィルタを用いることもできる。要は、高周波成分または低周波成分を阻止する特性を有し、ゲインを変えることができるフィルタであればよい。さらに、フィルタの個数は３個に限られることはなく、２個以上なら何個でもよい。

本発明の一実施例を示す構成図である。可変ゲインアンプの構成図である。本発明の効果を説明するための特性図である。本発明の他の実施例を示す構成図である。本発明の他の実施例を示す構成図である。従来の損失補償回路の構成図である。従来の損失補償回路の特性図である。従来の損失補償回路の構成図である。従来の損失補償回路の特性図である。

符号の説明

２０バッファ
２１〜２３ハイパスフィルタ
２４、５３、６２、６４加算部
２５、６３、Ｑ１可変ゲインアンプ
２６〜２９、Ｒ１１〜Ｒ１４抵抗
３０、３１トランジスタ
３２電流源
４０〜４２周波数特性グラフ
５０〜５２ローパスフィルタ
Ｃ１１〜Ｃ１４コンデンサ

Claims

入力信号が入力され、周波数特性が異なり、かつゲインを可変することができる、少なくとも２つのハイパスフィルタと、
前記入力信号に関連する信号、および前記ハイパスフィルタの出力を加算する加算部と、
を具備したことを特徴とする損失補償回路。
前記加算部の出力が入力され、ゲインを可変することができる可変ゲインアンプを具備したことを特徴とする請求項１記載の損失補償回路。
入力信号が入力され、周波数特性が異なり、かつゲインを可変することができる、少なくとも２つのハイパスフィルタと、
このハイパスフィルタの出力を加算する第１の加算部と、
この第１の加算部の出力が入力され、ゲインを可変することができる可変ゲインアンプと、
この可変ゲインアンプの出力、および前記入力信号に関連する信号を加算する第２の加算部と、
を具備したことを特徴とする損失補償回路。
前記ハイパスフィルタは１次フィルタであることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の損失補償回路。
入力信号が入力され、周波数特性が異なり、かつゲインを可変することができる、少なくとも２つのローパスフィルタと、
前記入力信号に関連する信号、および前記ローパスフィルタ出力の逆極性の信号を加算する加算部と、
を具備したことを特徴とする損失補償回路。
前記加算部の出力が入力され、ゲインを可変することができる可変ゲインアンプを具備したことを特徴とする請求項５記載の損失補償回路。
入力信号が入力され、周波数特性が異なり、かつゲインを可変することができる、少なくとも２つのローパスフィルタと、
このローパスフィルタの出力を加算する第１の加算部と、
この第１の加算部の出力が入力され、ゲインを可変することができる可変ゲインアンプと、
前記入力信号に関連する信号と前記可変ゲインアンプの出力が入力され、この入力信号に関連する信号と、前記ローパスフィルタ出力の逆極性の信号を加算する第２の加算部と、
を具備したことを特徴とする損失補償回路。
前記ローパスフィルタは１次フィルタであることを特徴とする請求項５乃至請求項７いずれかに記載の損失補償回路。