JP2011019215A

JP2011019215A - マルチバンド結合回路

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Publication number: JP2011019215A
Application number: JP2010140833A
Authority: JP
Inventors: Claire Laporte; ラポルトクレール; Hilal Ezzedine; エジディンヒラル
Original assignee: STMicroelectronics Tours SAS
Current assignee: STMicroelectronics Tours SAS
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-01-27
Also published as: FR2947400B1; US8384494B2; US20110001575A1; CN101938272B; EP2267910A3; EP2267910A2; CN101938272A; FR2947400A1

Abstract

【課題】マルチバンド結合回路において、結合構造のサイズを減少させ、測定の信頼度を向上させる。
【解決手段】分散型マルチバンド結合回路は、周波数帯の数nの第１端子及び第２端子と第３端子及び第４端子と周波数帯の数nの分散型結合器とを備え、全ての結合器は同一であり最高周波数帯に応じた大きさを有し、各結合器は、関連した周波数帯で送信される信号を送るための第１及び第２ポート間に設けられた導電性第１線路と、第３ポートと第４ポートとの間に設けられて導電性第１線路に結合された導電性第２線路とを含み、結合回路は、結合器の第３ポート間に縦続接続された第１組の抵抗性スプリッタを更に備え、第１の結合器に関連付けられた第１組の抵抗性スプリッタの端子が第３端子に接続される。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般的には電子工業に関し、具体的にはトランシーバシステムに関する。本発明は、更に具体的にはマルチバンド双方向性結合器に関する。

結合器は、一般的には、いわゆる主伝送線路又は第１伝送線路に存在する電力の一部をサンプリングして、サンプリングした電力を、近くに設けられたいわゆる別の結合線路又は第２線路に向けて送るために用いられている。結合器が個別の受動素子（集中素子型結合器）から形成されているか、又は相互に結合されるほど十分近い複数の導電線（分散型結合器）から形成されているかに応じて、結合器は２つのカテゴリーに区分され得る。本発明は、第２のカテゴリーの結合器に関する。主伝送線路のポートが、一般的にはIN（入力）及びOUT （出力）として示されている。結合線路のポートが、一般的にはCPLD（結合）及びISO （アイソレーション）として示されている。

多くの適用例では、伝送線路を介して伝送された電力の一部が、例えば、伝送システムの増幅器の電力制御、アンテナの反射に関する損失に応じた送信機用増幅器の線形性制御、アンテナの動的な整合等のためにサンプリングされる必要がある。

結合器の主なパラメータは、
主伝送線路のポートINとポートOUT との間の伝送損失を表す挿入損失（結合器の他の２つのポートCPLD及びポートISO が50オームのインピーダンスで負荷をかけられている間に、挿入損失が定義される）、
ポートINとポートCPLDとの間の伝送損失を表わす結合度（２つのポートOUT 及びポートISO が50オームのインピーダンスで負荷をかけられている間に、結合度が定義される）、
ポートINとポートISO との間の伝送損失を表わすアイソレーション（他の２つのポートOUT 及びポートCPLDが50オームのインピーダンスで負荷をかけられている間に、アイソレーションが定義される）、及び
ポートINからポートISO への伝送損失とポートINからポートCPLDへの伝送損失との差を表わす方向性
である。

理論的には、理想的な結合器は無限の方向性を示しており、すなわち、信号が主伝送線路の入力ポートから出力ポートに送られるとき、電力はこの主伝送線路の出力ポートの前に設けられた第２線路のポートに存在しない。実際には、第２線路のアクセスで回収される電力により、主伝送線路の電力が流れる方向が決定され得るとき、結合器の方向性が十分である（一般的には20dBm より大きい）として、結合器は方向性であるといえる。結合器の第２線路の２つのポートが電力情報を同時に得るために用いられるとき、結合器は双方向性であるといえる。

無線トランシーバ装置が、複数の周波数帯で作動可能になってきている。これは、例えば、携帯電話が２周波数帯から３周波数帯に更には４周波数帯まで進歩している移動式電話通信の場合である。

そのため、一続きのトランシーバは、装置が送信モード及び受信モードの両方で複数の周波数帯を処理可能である本数分パスを備えている。各パスは、処理されるべき周波数帯に応じてサイズが調整される結合器と関連付けられている。特に、主伝送線路及び第２線路の長さがこの周波数帯によって決まる。

仏国特許出願公開第２００７／５９１８５号明細書

このように結合器のサイズを夫々調整する必要性が、製造を複雑にしている。更に、長さが異なる結合器では、結合器毎に方向性が異なり、望ましくない。

結合器では、結合器の第２線路の２つポートと結合器の主伝送線路の出力ポートとが完全に整合する場合、漂遊反射が生じない。このような完全な整合は、実際には残念ながら得られない。特に、電力の一部が結合度によってサンプリングされるポートはほとんど理想的に整合することはない。その結果、漂遊反射は、回収された情報の誤りを生成する。

情報をサンプリングする結合器の第２線路のポートの不整合には、様々な原因があり得る。ほとんどの場合、結合器は、他の回路に関連付けられるべく（例えばプリント回路タイプの）絶縁基板に配置されている。そのため、測定ポートの完全な整合（一般的には50オーム）を確保することが不可能である。また、結合器のサイズが異なる場合、この整合は結合器によって異なる危険がある。

従って、本発明の少なくとも１つの実施形態は、パス毎に１つの結合器を用いて、マルチバンド無線トランシーバ構造の欠点の全て又は一部を克服することを目的とする。

本発明の実施形態の目的は、マルチバンド結合構造のサイズを減少させることである。

本発明の実施形態の別の目的は、測定ポートに接続された回路の整合の変化に、測定をほとんど反応させないか又は全く反応させないことにより測定の信頼度を向上することである。

これらの目的及び他の目的の全て又は一部を達成するために、本発明の一実施形態は、分散型マルチバンド結合回路において、
周波数帯の数に等しい数n の第１端子及び第２端子と、
第３端子及び第４端子と、
周波数帯の前記数と等しい数n の分散型結合器と
を備えており、
全ての前記結合器は、同一であり、最高周波数帯に応じた大きさを有しており、各結合器は、関連した周波数帯で送信されるべき信号を送るための第１及び第２ポート間に設けられた導電性第１線路と、第３ポートと第４ポートとの間に設けられて前記導電性第１線路に結合された導電性第２線路とを含んでおり、
前記複数の結合器の第３ポート間に縦続接続された第１組の抵抗性スプリッタを更に備えており、第１の前記結合器に関連付けられた前記第１組の抵抗性スプリッタの端子が前記結合回路の前記第３端子に接続されており、
前記複数の結合器の第４ポート間に縦続接続された第２組の抵抗性スプリッタを更に備えており、第１の前記結合器に関連付けられた前記第２組の抵抗性スプリッタの端子が前記結合回路の前記第４端子に接続されていることを特徴とする回路を提供する。

本発明の実施形態によれば、最後の前記結合器に関連付けられた各抵抗性スプリッタの端子が、前記抵抗性スプリッタの夫々の抵抗素子の値の３倍の値を有する抵抗素子を介して接地されている。

本発明の実施形態によれば、階層n-1 の前記結合器に関連付けられた前記抵抗性スプリッタは、階層n の前記結合器の第３ポート及び第４ポートに夫々接続されている。

本発明の実施形態によれば、各抵抗性スプリッタは同一の値を有する３つの抵抗器を含んでいる。

本発明の実施形態によれば、前記抵抗性スプリッタの抵抗値は、前記結合回路の整合インピーダンスの３分の一に相当すべく選択されている。

本発明の実施形態によれば、各結合器の導電性第２線路が略中心で遮断されており、遮断された２つの中間の端部が減衰器に接続されている。

本発明は、更に、無線周波数信号のマルチバンド送信又はマルチバンド受信のための回路において、
周波数帯の数と同数の増幅器と、
上記の結合回路と、
前記複数の増幅器に共通であり、前記結合回路の第３ポートからサンプリングされた情報を測定するための回路と
を備えていることを特徴とする回路を提供する。

本発明の前述及び他の目的、特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない具体的な実施形態について以下に詳細に説明する。

通常のタイプの一続きの無線送信システムを示すブロック図である。本実施形態に係る一続きのマルチバンド無線送信システムを示すブロック図である。マルチバンド結合回路の第１解決法を示す図である。マルチバンド結合回路の実施形態を示す図である。図４に示されたマルチバンド結合回路の周波数に応じた結合係数を示す図である。図４に示されたマルチバンド結合回路の各結合器を示す詳細図である。図４に示されたマルチバンド結合回路の周波数に応じた方向性の変化を示す図である。図４に示されたマルチバンド結合回路の変形例を部分的に示す図である。

同一の要素は異なる図面において同一の参照番号で示されている。明確にするために、本発明の理解に役立つ要素のみを示して説明している。特に、マルチバンド結合構造の上流側及び下流側に設けられている回路は詳述されておらず、本発明は通常の回路と適合する。

図１は、複数の周波数帯で送信可能な一続きの送信システムの通常の例を示すブロック図である。このタイプの回路は、例えば、移動式電話通信タイプの通信装置を備えている。

電子送信回路10（送信回路）が、用いられる周波数帯に応じて送信されるべき信号Tx_i （i は1 乃至n の範囲にある）を生成することが可能である。これらの信号は電力増幅器11_i(PA) に送信され、電力増幅器11_iは夫々、様々な処理及び整合を行う点線で示された回路12_i と接続された出力を有する。このような回路12_i は、特にはしかし限定ではないが、送信アンテナ13_i の方にインピーダンス整合装置を備えている。増幅器11_i 又は任意の他の要素（調整可能なインピーダンス整合ネットワーク等）の電力を調節するために、結合器2_iが、例えば、回路12_i の出力と、対応するアンテナとの間に配置されている。パススプリッタ（不図示）が、結合器とアンテナとの間に配置されてもよい。このようなスプリッタは、図示されていない無線周波数受信回線によって処理された受信信号から送信信号を分離するために用いられる。

各結合器2_iは、増幅器11_i とアンテナ13_i との間（又は回路12_i の出力とアンテナ13_i との間）に配置された主伝送線路を備えている。いわゆるポート又はアクセスINが増幅器11の側に配置されており、いわゆるポート又はアクセス（DIR とも呼ばれることがある）OUT がアンテナ13_i の側に配置されている。結合器の結合線路又は第２線路が主伝送線路の電力の一部をサンプリングする。ポートINの側に設けられた第２線路の端部に相当する結合器のポートCPLDが、測定に関する情報を与える。この情報は、特には、アンテナの反射による損失により決まる。方向性結合器であるとき、ポートOUT の側に設けられた第２線路の端部ISO が用いられない。端部ISO は、回路の基準インピーダンス（一般的には50オーム）で負荷をかけられている。図１に示された例では、アンテナによって引き起こされる反射の損失に関する指示を与えるための測定が、対応する結合器のポートCPLDのレベルを検出するための回路14_i（検出回路）と、検出回路によって検出された情報を受け取り、対応する増幅器11_i のゲインを制御するための回路15_i（制御回路）とにより、増幅器のゲインを整合させるために行われる。

前記アンテナがこの機能を有する場合、アンテナの反射による損失の測定により、アンテナの動的な整合が可能になる。

既に述べたように、制御回路及び検出回路の増加は、無線伝送線路の小型化に悪影響を及ぼす。更に、ほとんどの適用例、特に移動式電話通信では、単一の線路が所与の時間に用いられており、従って、少なくとも制御回路及び検出回路を共有可能であることが望ましい。

図２は、図１と比較されるべきブロック図であり、マルチバンド結合回路を備えた一続きの無線周波数送信システムを示している。

既に述べたように、n 本のパスを備えた送信回路10は、異なる周波数帯で信号Tx_i （i は1 乃至n の範囲にある）を生成することが可能であり、信号Tx_i は、調整可能な送信機用ゲイン増幅器11_i に送られる。増幅器11_i の夫々の出力がマルチバンド結合回路3 のn 個の入力IN_i に送られる。このマルチバンド結合回路は、異なる周波数帯に夫々割り当てられたアンテナ13_i に接続されるために同数の出力OUT_iを備えている。図２に示された例では、スプリッタ16が、点線で示されており、アンテナ13_i のレベルで受信の流れと送信の流れとを分離して、図示されていない受信回線に信号Rx_i を与える。マルチバンド結合回路3 は、１つのポートCPLD及び１つのポートISO のみを備えている。ポートCPLDは、検出回路14に接続されており、検出回路14の出力が制御回路15に接続されている。制御回路15の出力が、増幅器11_i の夫々のゲイン制御入力に接続されている。信号を切り替えて信号の経路を指定するための回路が、制御回路15と増幅器11_i のゲイン制御入力との間に配置されてもよい。

図３は、図２に示された一続きの無線周波数送信システムに用いられ得るマルチバンド結合回路3'の本例を示す。マルチバンド結合回路3'はn 個の結合器2_iを備えており、結合器2_iは夫々、マルチバンド結合回路3'の夫々の端子IN_i,OUT_iを画定する結合器2_iの主伝送線路の入力及び出力を有する。夫々の結合器2_iの端子CPLD_i,ISO_iは、インピーダンス整合ネットワークを介してマルチバンド結合回路3'の端子CPLD,ISOに接続されている。一般的には、各端子CPLD_i が、２つの抵抗器R1の直列接続によって端子CPLDに接続されており、２つの抵抗器R1の内の１つが全ての接続に共有されている。同一の構造が、端子ISO の側にも設けられている。全ての抵抗器R1が同一の値を有している。この値は、結合器に求められるインピーダンスR （一般的には50オーム）に基づいて計算されており、R1=R(n-1)/(n+1) に相当する。このような値を用いて、周波数帯の数によって決まる２つのポート間の減衰が求められる。

結合度が、関連する周波数帯とは無関係に適切な検出及び測定を可能にすべく全ての周波数帯に関して一定であるので、結合器2_iは、周波数帯に応じて線路の長さが異なる。実際には、これらの長さは、別個の結合器の線路の長さ（図１）に相当する。この結果、製造が更に複雑になる。更に、結合器の方向性が線路の長さにより決まるので、方向性が変化する。従って、全ての周波数帯に関して、一定の方向性を得ることは不可能である。

図４は、全ての周波数帯に関して略同一の方向性の取得を可能にするマルチバンド結合回路3 の実施形態を示す。

図３に示されたマルチバンド結合回路と同様に、分散型結合器31_i が各周波数帯に割り当てられている。しかしながら、全ての結合器31_i は、線路の長さが等しく、（形状、材料等が）同一であることが好ましい。線路の長さが同一であるということは、結合器が全て同一の固有の方向性を有するということであり、従って、周波数帯とは無関係な方向性を備えた結合回路である。

各ポートCPLD_i 及び各ポートISO_iは、その階層i に相当する数の夫々の抵抗段階34_i,35_i によって回路3 の夫々の端子CPLD,ISOに接続されている。各抵抗段階34_i 及び各抵抗段階35_i は、Ｔ構造に３つの抵抗器R2を含んでおり、抵抗性スプリッタを形成している。各結合器31_i の端子CPLD_i,ISO_iは、その抵抗段階34_i,35_i の第１抵抗器R2₁ の１つの端部に接続されている。この第１抵抗器R2₁ は、最後の結合器31_n の最後の抵抗段階34_n,35_n の抵抗器を除いて、（階層i に関して）次の結合器の夫々の抵抗段階34_i+1,35_i+1 の第３抵抗器R2₃ に接続されるように、同一の抵抗段階の第２抵抗器R2₂ と直列に接続されている。従って、第１結合器31₁ の抵抗段階34₁,35₁ を除いて、抵抗段階34_i,35_i の夫々の第１抵抗器R2₁ 及び第２抵抗器R2₂ の接続点が、この抵抗段階の第３抵抗器R2₃ によって、前の結合器の抵抗段階34_i-1,35_i-1 の夫々の第２抵抗器R2に接続されている。第１結合器31₁ の抵抗段階34₁,35₁ の第３抵抗器R2₃ は夫々、マルチバンド結合回路3 の端子CPLD及び端子ISO に接続されている。最後の結合器31_n の抵抗段階34_n,35_n の第２抵抗器は夫々、抵抗器R3によって接地されている。この抵抗器R3の値は抵抗器R2の値の３倍に相当する。このようにして形成された抵抗性スプリッタ34_i が夫々の結合器間で縦続接続されている。機能的には、各結合器は、そのポートCPLD_i で抵抗器R3の値を確認し、マルチバンド結合回路3 の端子CPLDも抵抗器R3の値を確認する。同じことが端子ISO 及び端子ISO_iにも該当する。

図５は、図４に示されているようなマルチバンド結合回路3 を用いて、周波数に基づいて得られた結合係数CFの一例を示す。結合器（31₁ 乃至31₄ ）の参照番号によって示されたレスポンスを夫々有する４つの結合器31_i の回路が想定されている。周波数に対する結合係数の曲線が６dBずつ結合器毎にずれていることが理解され得る。従って、方向性と、最高周波数帯に合わせて求められる結合係数とに応じて結合器の大きさを調整すること（結合器31₄ の例では、-30dB 乃至5GHzの範囲にある結合度を得ること）が可能である。その結果、抵抗段階34_i,35_i により与えられる連続的な減衰が、より低い周波数帯に関して-30dB の結合係数を与える。

各スプリッタは６dBの減衰を導入する。従って、マルチバンド結合回路3 のポートCPLDと結合器31_i のポートCPLD_i との間の減衰は、この結合器の階層i に比例し、６dBに抵抗段階の階層を掛けた値に等しい。

好ましくは、結合器31_i は、ある故障、例えば図１に示されたタイプの結合器では、反射損失が方向性より大きな減衰に相当する場合（反射信号が方向性係数より更に減衰されている場合）に生じる検出誤差の発生を回避するために、方向性の点で改良された構造を有する。

実際には、20dBの方向性から判断して、結合器が十分であるとみなされている。結合係数に関して、-30dB より低い結合度が、送信信号のあまりにも強い減衰を回避すべく求められることが多い（-30dB の結合度が、伝送される電力の1000分の１のサンプリングに相当する）。

図６は、図４に示されたマルチバンド結合回路に用いられるタイプの方向性が改善された結合器31_i の実施形態を示す。分散型結合器31_i は主伝送線路321 を備えており、主伝送線路321 は、２つの入力ポート又は入力端子IN_i及び出力ポート又は出力端子OUT_iによって伝送線路に設けられている。伝送線路321 と平行な２つの部分322,323 から形成された第２線路が、伝送線路321 で伝送される電力に比例した情報を伝えるためのポート又は端子CPLD_i 、及びポート又は端子ISO_iを画定する。部分322 及び部分323 は対称的であることが好ましく、すなわち同一の長さを有することが好ましい。部分322 及び部分323 の外側端部が夫々ポートCPLD_i 及びポートISO_iに接続されている。部分322 及び部分323 の内側端部が夫々減衰器324 及び減衰器325 に接続されている。各減衰器は、例えば、PI結合された３つの抵抗器R から形成されている。第１抵抗器R が第２線路の各端部322 又は端部323 と直列に配置されており、他の２つの抵抗器R が第１抵抗器の２つの端部をアースに接続している。抵抗器R の値が全て減衰器324 及び減衰器325 の両方で同一である。

減衰器324 及び減衰器325 は、好ましくは、結合器の方向性の半分と少なくとも等しい減衰を与えるべく選択される。-30dB の方向性を有する結合器を一例に挙げると、これは、減衰器324 及び減衰器325 が夫々少なくとも15dBであることを意味する。図５に示された結合器の構造は、ポートCPLD_i 及びポートISO_iに存在する負荷の影響の除去を可能にする。実際には、このような結合器は、絶縁基板に支持された導電性トラックの形態で構成されている。多くの場合、線路は直線をなし、線路の長さが、結合器2 の作動周波数に応じて選択される（例えば、線路321 の長さはλ/2の倍数である）。図６に関連して述べられているような結合器は、仏国特許出願公開第２００７／５９１８５号明細書−０７／ＴＯ／２９５−２９６，Ｂ８５３３に述べられている双方向性結合器に相当する。

図７は、周波数に応じた結合回路3 の方向性の曲線を示す。この曲線は、約25dBで略平らである。

図５及び図７の例は、線路の長さが約１mmであり、抵抗器R3の整合値が50オームである結合器に関して得られて、従って、抵抗器R2の抵抗値が16.67 オームである。-30dB の結合係数における夫々の抵抗段階の周波数が、結合器31₄では５GHz に相当し、結合器31₃ では2.4GHzに相当し、結合器31₂ では1.2GHzに相当し、結合器31₁ では800MHzに相当する。

図８は、図４に示された構造の変形例を示しており、この変形例では、結合器31_nの端子CPLD_n 及び端子ISO_nが抵抗段階n-1 の減衰器の夫々の第２抵抗器R2₂ に接続されることにより、抵抗器R3が最後の結合器31_n と置き換えられている。このような実施形態は、前の抵抗段階の性能と同様の性能を有する最後の抵抗段階を得ることが可能になり、例えば、最後の２つの周波数帯が互いに近い適用例に用いられてもよい。

実際には、本発明の実施形態によって更に具体的に意図された適用例の一続きの送信システムの周波数帯の数は、約３乃至４周波数帯である。

説明された構造は、結合器及び抵抗器の一体化と適合する。このような一体化により、最高周波数に合わせて結合器の線路の長さを調整することが可能になり、スペースの増大を可能にする。

異なる変形例を備えた様々な実施形態が上記に説明されている。尚、当業者は、いかなる進歩性をも示さずに、これらの様々な実施形態及び変形例の様々な要素を組み合わせることが可能である。

更に、上記のマルチバンド結合回路の実際的な形成は、与えられた機能的な表示に基づく当業者の技能の範囲内である。例えば、結合器の抵抗値の選択は、所望のインピーダンス整合に応じて調整されてもよい。

更に、本発明は、一続きの送信システムの例に関連してより具体的に述べられているが、説明されたマルチバンド結合回路が更に一続きの受信システムに用いられてもよい。

Claims

分散型マルチバンド結合回路(3) において、
周波数帯の数に等しい数n の第１端子(IN_i) 及び第２端子(OUT_i)と、
第３端子(CPLD)及び第４端子(ISO) と、
周波数帯の前記数と等しい数n の分散型結合器(31_i) と
を備えており、
全ての前記結合器は、同一であり、最高周波数帯に応じた大きさを有しており、各結合器は、関連した周波数帯で送信されるべき信号を送るための第１及び第２ポート(IN_i,OUT_i)間に設けられた導電性第１線路(321) と、第３ポート(CPLD_i) と第４ポート(ISO_i)との間に設けられて前記導電性第１線路に結合された導電性第２線路(322,323) とを含んでおり、
前記複数の結合器の第３ポート(CPLD_i) 間に縦続接続された第１組の抵抗性スプリッタ(34_i) を更に備えており、第１の前記結合器に関連付けられた前記第１組の抵抗性スプリッタの端子が前記結合回路の前記第３端子(CPLD)に接続されており、
前記複数の結合器の第４ポート(ISO_i)間に縦続接続された第２組の抵抗性スプリッタ(35_i) を更に備えており、第１の前記結合器に関連付けられた前記第２組の抵抗性スプリッタの端子が前記結合回路の前記第４端子(ISO) に接続されていることを特徴とする回路。
最後の前記結合器に関連付けられた各抵抗性スプリッタ(34_n,35_n) の端子が、前記抵抗性スプリッタの夫々の抵抗素子(R2)の値の３倍の値を有する抵抗素子(R3)を介して接地されていることを特徴とする請求項１に記載の回路。
階層n-1 の前記結合器に関連付けられた前記抵抗性スプリッタは、階層n の前記結合器の第３ポート及び第４ポートに夫々接続されていることを特徴とする請求項１に記載の回路。
各抵抗性スプリッタ(34_i,35_i) は同一の値を有する３つの抵抗器(R2₁,R2₂,R2₃) を含んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回路。
前記抵抗性スプリッタ(34_i,35_i) の抵抗値は、前記結合回路の整合インピーダンスの３分の一に相当すべく選択されていることを特徴とする請求項４に記載の回路。
各結合器の導電性第２線路が略中心で遮断されており、遮断された２つの中間の端部が減衰器(324,325) に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回路。
無線周波数信号のマルチバンド送信又はマルチバンド受信のための回路において、
周波数帯の数と同数の増幅器と、
請求項１乃至６のいずれかに記載の結合回路(3) と、
前記複数の増幅器に共通であり、前記結合回路の第３ポート(CPLD)からサンプリングされた情報を測定するための回路(14)と
を備えていることを特徴とする回路。