JP3066811B2 - 移相器 - Google Patents

移相器

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JP3066811B2
JP3066811B2 JP3123759A JP12375991A JP3066811B2 JP 3066811 B2 JP3066811 B2 JP 3066811B2 JP 3123759 A JP3123759 A JP 3123759A JP 12375991 A JP12375991 A JP 12375991A JP 3066811 B2 JP3066811 B2 JP 3066811B2
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隆 小野
和男 萩本
立人 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、信号の位相進みあるい
は位相遅れを調整する移相器に関する。特に、クロック
信号の位相調整を行う位相器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の伝送装置におけるクロック信号の
位相調整は、いろいろな長さの固定遅延線路をクロック
信号経路中に挿入し、最適な長さの遅延線路を選択する
ことにより行われていた。一方、伝送速度が数ギガb/s
以上になると、クロック信号の波長が数センチメートル
のオーダーになり精密な位相調整が要求されるので、線
路長を機械的に変えるラインストレッチャによる可変移
相器が用いられる。
【0003】図7は、同軸線路によるラインストレッチ
ャの断面構成を示す図である。図において、外部導体9
1,92および中心導体95,96から構成される2本
の同軸線路と、外部導体93および中心導体97から構
成されるU字形の同軸線路とを電気的接触を保持したま
ま線路の長手方向にスライドさせ、通過する信号の伝搬
長を変えることにより信号の位相を変化させる構造であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図7に示すラインスト
レッチャを用いた可変移相器では、スライド部分の不連
続性および機械的劣化による高周波特性の劣化が避けら
れなかった。また、寸法も大きく小型化が困難であると
ともに、位相調整範囲も寸法に依存して広くとることが
容易ではなかった。
【0005】本発明は、小型で位相調整範囲が広く、か
つ電気的機構により位相を変えることができる移相器を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、入力信号および基準電圧信号が入力される2つの入
力端子を有し、該入力信号および基準電圧信号の差を増
幅する差動増幅器を2段縦続に接続した回路において、
前記差動増幅器は、前記入力信号の周波数に対しては増
幅度αを有し、該周波数の2倍以上の周波数に対しては
該増幅度αより十分に小さい増幅度を有し、前記基準電
圧信号で設定される基準電圧を、前記入力信号の直流電
位からみて出力の片側のピークのみが飽和する値に設定
することを特徴とする。
【0007】請求項2に記載の発明は、入力信号および
基準電圧信号が入力される2つの入力端子を有し、該入
力信号および基準電圧信号の差を増幅する差動増幅器を
2段縦続に接続した回路において、前記差動増幅器の1
段目と2段目との間に、前記入力信号の周波数の2倍以
上の周波数に対して減衰を与えるフィルタを備え、前記
基準電圧信号で設定される基準電圧を、前記入力信号の
直流電位からみて出力の片側のピークのみが飽和する値
に設定することを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明の移相器は、2つの入力端子に印加され
た信号の差を増幅する差動増幅器を2段縦続に接続し、
1段目の差動増幅器で入力信号の直流電位からみて出力
の片側のピークのみが飽和するように基準電圧を変化さ
せる。1段目の差動増幅器では、印加される基準電圧に
応じた飽和特性の変化により出力信号に波形歪が生じる
が、その高調波成分を抑圧することによりそれは位相遅
れを示す位相歪となる。2段目の差動増幅器で位相歪を
生じた出力信号から基本波成分を抽出することにより、
入力信号に対して位相を変化させた出力信号を取り出す
ことができる。また、出力信号の位相は基準電圧の変化
に応じて連続して変えることができる。
【0009】以下、図1を参照し、差動増幅器で入力信
号の高調波成分が抑圧されないときの動作原理(A)
と、抑圧されたときの動作原理(B)について説明す
る。なお、これは、入力信号の高調波周波数が差動増幅
器のカットオフ周波数に対して十分に低い場合と、十分
に高い場合に相当する。図1において、は差動増幅器
のカットオフ周波数に対して十分に低い周波数を有する
入力信号波形、は1段目の差動増幅器の出力信号波
形、は移相器の出力信号波形(2段目の差動増幅器の
出力信号波形)を示す。
【0010】図1(A)において、基準電圧値を0V(入
力信号の直流レベル)あるいはV1 (V1 >0)とする
と、1段目の差動増幅器は出力信号11(細線)あるい
は出力信号12(太線)を出力する。また、2段目の差
動増幅器は出力信号13(細線)あるいは出力信号14
(太線)を出力する。基準電圧V1 としたときの1段目
の差動増幅器の出力信号12は、入力信号の直流レベル
から基準電圧V1 だけずらしたために、信号の正側のピ
ークのみが飽和し、負側が飽和しない波形となり、その
デューティ比が変化して信号の正側のパルス幅が広が
り、負側のパルス幅が狭まる。また、信号の位相に着目
すると、出力信号12は出力信号11に対して、信号の
立ち下がりの位相が遅れ、立ち上がりの位相が進む。
【0011】2段目の差動増幅器では、出力信号12の
直流レベル(図中一点鎖線で示す)が飽和レベル側にず
れて基準電圧V1 に近くなるので、信号の正側および負
側ともにほぼ均等に増幅する。したがって、基準電圧V
1に対応する出力信号14の振幅はほぼ一定となるが、
基準電圧0Vとしたときの出力信号13に対して波形の
正側のパルス幅が狭まり、負側のパルス幅が広がって波
形のデューティ比が変化するだけで移相器としては動作
しない。
【0012】図1(B)において、基準電圧値を0V(入
力信号の直流レベル)あるいはV1 (V1 >0)とする
と、1段目の差動増幅器は出力信号15(細線)あるい
は出力信号16(太線)を出力する。また、2段目の差
動増幅器は出力信号17(細線)あるいは出力信号18
(太線)を出力する。基準電圧V1 としたときの1段目
の差動増幅器の出力信号16は、入力信号の直流レベル
から基準電圧V1 だけずらしたために、同様に信号の正
側のピークのみが飽和し、負側が飽和しない波形とな
る。しかし、ここでは入力信号周波数が差動増幅器のカ
ットオフ周波数より十分に高いので、その高調波成分が
抑圧されてパルス幅が狭まるべき部分が鈍る。すなわ
ち、信号の位相に着目すると、出力信号16は出力信号
15に対して、信号の立ち下がりの位相および立ち上が
りの位相の双方がともに遅れる。なお、信号の立ち下が
りの位相および立ち上がりの位相とは、出力信号16が
基準電圧V1 と交わる点である。
【0013】2段目の差動増幅器では、同様に出力信号
16の正側および負側ともにほぼ均等に増幅する。した
がって、基準電圧V1 に対応する出力信号18の振幅は
ほぼ一定となるが、基準電圧0Vとしたときの出力信号
17に対して、信号の立ち下がりの位相および立ち上が
りの位相の双方がともに遅れる。すなわち、移相器とし
て動作させることができる。
【0014】このように、2段縦続に接続した差動増幅
器の基準電圧を変化させ、かつ1段目の差動増幅器で高
調波成分を抑圧して(入力信号の高調波周波数に対して
1段目の差動増幅器のカットオフ周波数を十分に低くし
て)位相歪を生じさせ、2段目の差動増幅器でその基本
波成分を抽出することにより移相器として動作させるこ
とができる。さらに、この移相器を多段に接続すること
により、各移相量が累積されて位相調整範囲を拡大する
ことができる。
【0015】
【実施例】図2は、本発明の第1実施例の構成を示す回
路図である。なお、本実施例の移相器は、ガリウムひ素
FETによる回路例である。図において、符号21は信
号入力端子、符号22は基準電圧入力端子、符号23は
信号出力端子、符号24〜26は電源端子である。1段
目の差動増幅器30は、差動増幅部を構成するFET3
1〜33、抵抗器41,42およびダイオード45と、
出力増幅部および出力レベル調整部を構成するFET3
4,35およびダイオード46〜48とにより構成され
る。入力信号は信号入力端子21からFET31のゲ
ート端子に印加され、基準電圧は基準電圧入力端子22
からFET32のゲート端子に印加され、1段目の差動
増幅器30の出力信号はダイオード47とダイオード
48との間から取り出される。
【0016】2段目の差動増幅器50も同様に、FET
51〜55、抵抗器61,62およびダイオード65〜
68により構成される。1段目の差動増幅器30の出力
信号はFET51のゲート端子に印加され、基準電圧は
FET52のゲート端子に印加され、ダイオード67と
ダイオード68との間から移相器の出力信号が取り出
される。
【0017】この構成において、上述したような位相歪
を発生させる基準電圧および各素子のパラメータを設定
することにより、2段接続の差動増幅器を移相器として
動作させることができる。また、基準電圧に応じて出力
信号の位相を連続的に変化させることができる。図3
は、図2に示す移相器の動作例のシミュレーション結果
を示す図である。
【0018】本シミュレーションは、周波数10GHz,振
幅1Vの正弦波を入力信号としたときに、基準電圧を
0V, 0.6V,1Vと変化させたときの1段目の差動増
幅器30の出力信号の波形と、信号出力端子23に取
り出される出力信号の波形を示す。各基準電圧に対す
る出力信号は、直流レベルからみて正側がほとんど飽
和し、負側は非飽和になっている。また、2段目の差動
増幅器50から信号出力端子23に取り出される出力信
号は、振幅がほぼ一定であるとともに、移相器として
動作しているのが確認される。
【0019】図4は、本発明の第2実施例の構成を示す
回路図である。なお、本実施例の移相器は、シリコンバ
イポーラトランジスタによる回路例であり、さらに移相
器を2段縦続に接続した構成例である。図において、符
号71は信号入力端子、符号72は基準電圧入力端子、
符号73,74は信号出力端子、符号75〜78は電源
端子である。
【0020】移相器100の1段目の差動増幅器110
は、トランジスタ111〜116および抵抗器121〜
125により構成される。入力信号は信号入力端子71
からトランジスタ111のベース端子に印加され、基準
電圧は基準電圧入力端子72からFET113のベース
端子に印加され、1段目の差動増幅器110の出力信号
はトランジスタ116のエミッタ端子から取り出され
る。
【0021】2段目の差動増幅器130も同様に、トラ
ンジスタ131〜136および抵抗器141〜145に
より構成される。1段目の差動増幅器110の出力信号
はトランジスタ131のベース端子に印加され、基準電
圧はトランジスタ133のベース端子に印加され、トラ
ンジスタ136のエミッタ端子から移相器100の出力
信号が取り出される。
【0022】以下同様に、各移相器200が構成され、
移相器300の出力信号が出力バッファ300を介して
信号出力端子73,74に取り出される。出力バッファ
300は、トランジスタ301〜306および抵抗器3
11〜314により構成される。この構成において、上
述したような位相歪を発生させる基準電圧および各素子
のパラメータを設定することにより、2段接続の差動増
幅器を移相器として動作させることができる。また、基
準電圧に応じて出力信号の位相を連続的に変化させるこ
とができるとともに、各移相器100,200を介する
ことにより、位相の変化量が累積されて位相調整範囲を
拡大することができる。
【0023】図5は、図4に示す移相器の動作例のシミ
ュレーション結果を示す図である。本シミュレーション
は、正弦波を入力信号として印加し、基準電圧を0V,
0.2Vと変化させたときの信号出力端子73,74に取
り出される出力信号の波形を示す。本実施例でも同様
に、基準電圧に応じて出力信号の位相が変化し、移相器
として動作しているのが確認される。
【0024】図6は、本発明の第3実施例の構成を示す
ブロック図である。本実施例では、入力信号の第2高調
波以上の帯域でも利得を有する差動増幅器を用いた場合
について示す。なお、このような差動増幅器を2段縦続
に接続しても、図1(A)に示すように移相器としては
動作しない。図において、本実施例の移相器は、信号入
力端子81および基準電圧入力端子82に接続される1
段目の差動増幅器83と、その出力信号の第2高調波以
上の周波数成分を抑圧するフィルタ84と、フィルタ出
力と基準電圧入力端子82に接続される2段目の差動増
幅器85とを縦続に接続し、差動増幅器85の出力信号
を移相器の出力信号として信号出力端子86に取り出す
構成である。
【0025】本実施例では、各差動増幅器83,85が
入力信号の第2高調波以上の帯域でも利得を有する構成
であっても、フィルタ84で差動増幅器83から差動増
幅器85に伝達される信号の高調波成分が抑圧されるの
で、第1実施例と同様に移相器として動作させることが
できる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明の移相器は、
基準電圧を変化させるという電気的機構により、入力信
号に対する出力信号の位相を調整することができるの
で、小型にすることができるとともに、微調整が極めて
容易になる。また、ラインストレッチャのように信号の
伝搬長を物理的に変化させて位相調整を行う構成ではな
く、信号位相を相対的にずらすものであるので、高速な
クロック信号にも容易に対応可能な移相器を実現するこ
とができる。
【0027】また、本発明の移相器を多段接続すること
により、位相調整範囲を容易に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の移相器の動作原理を説明する図であ
る。
【図2】本発明の第1実施例の構成を示す回路図であ
る。
【図3】第1実施例の移相器の動作例のシミュレーショ
ン結果を示す図である。
【図4】本発明の第2実施例の構成を示す回路図であ
る。
【図5】第2実施例の移相器の動作例のシミュレーショ
ン結果を示す図である。
【図6】本発明の第3実施例の構成を示す回路図であ
る。
【図7】同軸線路によるラインストレッチャの断面構成
を示す図である。
【符号の説明】
11,12,15,16 1段目の差動増幅器の出力信
号 13,14,17,18 2段目の差動増幅器の出力信
号 21 信号入力端子 22 基準電圧入力端子 23 信号出力端子 24〜26 電源端子 30 1段目の差動増幅器 31〜33 FET 41,42 抵抗器 45〜48 ダイオード 50 2段目の差動増幅器 51〜53 FET 61,62 抵抗器 65〜68 ダイオード 71 信号入力端子 72 基準電圧入力端子 73,74 信号出力端子 75〜78 電源端子 81 信号入力端子 82 基準電圧入力端子 83,85 差動増幅器 84 フィルタ 86 信号出力端子 91,92,93 外部導体 95,96,97 中心導体 100,200 移相器 110,210 1段目の差動増幅器 111〜116,211〜216 トランジスタ 121〜125,221〜225 抵抗器 130,230 2段目の差動増幅器 131〜136,231〜236 トランジスタ 141〜145,241〜245 抵抗器 300 出力バッファ 301〜306 トランジスタ 311〜314 抵抗器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 立人 東京都武蔵野市吉祥寺本町1丁目14番5 号 エヌ・ティ・ティ・エレクトロニク ステクノロジー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−171813(JP,A) 特開 昭55−147041(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 11/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号および基準電圧信号が入力され
    る2つの入力端子を有し、該入力信号および基準電圧信
    号の差を増幅する差動増幅器を2段縦続に接続した回路
    において、前記差動増幅器は、前記入力信号の周波数に
    対しては増幅度αを有し、該周波数の2倍以上の周波数
    に対しては該増幅度αより十分に小さい増幅度を有し、
    前記基準電圧信号で設定される基準電圧を、前記入力信
    号の直流電位からみて出力の片側のピークのみが飽和す
    る値に設定することを特徴とする移相器。
  2. 【請求項2】 入力信号および基準電圧信号が入力され
    る2つの入力端子を有し、該入力信号および基準電圧信
    号の差を増幅する差動増幅器を2段縦続に接続した回路
    において、前記差動増幅器の1段目と2段目との間に、
    前記入力信号の周波数の2倍以上の周波数に対して減衰
    を与えるフィルタを備え、前記基準電圧信号で設定され
    る基準電圧を、前記入力信号の直流電位からみて出力の
    片側のピークのみが飽和する値に設定することを特徴と
    する移相器。
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