JP3073122B2 - 可変減衰器 - Google Patents

可変減衰器

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JP3073122B2
JP3073122B2 JP05325121A JP32512193A JP3073122B2 JP 3073122 B2 JP3073122 B2 JP 3073122B2 JP 05325121 A JP05325121 A JP 05325121A JP 32512193 A JP32512193 A JP 32512193A JP 3073122 B2 JP3073122 B2 JP 3073122B2
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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、無線装置などから出力
される高周波信号のレベル設定などに特に好適に実施さ
れる可変減衰器に関する。
【0002】
【従来の技術】PIN接合構造を有するいわゆるピン・
ダイオードは、通電電流によって導電度が変化する特性
をもち、小形であることから、とくに高周波領域でのス
イッチング素子や、可変減衰器として広く利用されてい
る。
【0003】図4は、従来技術による可変減衰器21の
電気的構成を示す回路図である。可変減衰器21は、入
力信号減衰回路22と、減衰レベル設定回路23とから
構成されている。入力信号減衰回路(以下、「減衰回
路」という)22は、2個のピン・ダイオード27a,
27bと、2個の抵抗素子28,29と、バイパスコン
デンサ30と、チョークコイル31とを含み、ピン・ダ
イオード27a,27bは直列に接続されて、アノード
側が入力端子25に、カソード側が出力端子26に接続
される。
【0004】入力端子25は、第1抵抗素子28とバイ
パスコンデンサ30の直列回路を介して接地ラインGに
接続され、出力端子26は、第2抵抗素子29を介して
接地ラインGに接続され、π型回路網が形成されてい
る。第1抵抗素子28とバイパスコンデンサ30との接
続点には、チョークコイル31を介して、減衰レベルを
設定するための減衰レベル設定信号(以下、「設定信
号」という)Vdが印加される。ピン・ダイオード27
a,27bは、通電電流Idによって導電度が変化する
特性を有するので、設定信号Vdを変化させることによ
って、入力端子25に入力される高周波信号Siを任意
レベルに減衰させて、出力端子26から出力信号Soと
して導出させることができる。設定信号Vdは、減衰レ
ベル設定回路(以下、「設定回路」という)23から、
制御端子39を介して導出される。
【0005】設定回路23は、デジタル/アナログ変換
器(以下「D/A変換器」という)32と、複数の抵抗
素子33,34,35と、トランジスタ36とを含んで
形成されている。第3抵抗素子33と第4抵抗素子34
は、D/A変換器32のプルアップ用抵抗である。D/
A変換器32とトランジスタ36には、たとえば5Vの
電源電圧Vaが印加される。
【0006】D/A変換器32は、デジタル入力端子d
7〜d0に入力される8ビットの設定入力信号に対応し
て、0〜255ステップのアナログ出力電圧Vcを生成
し、第5抵抗素子35を介してトランジスタ36に入力
する。トランジスタ36は、前記アナログ出力電圧Vc
のレベルに対応する設定信号Vdを、制御端子39を介
して減衰回路22に対して出力する。したがって入力信
号Siは、設定信号Vdのレベルによって所望のレベル
に減衰される。
【0007】ところがこのような構成の可変減衰器21
は、温度依存性が極めて大きいという問題点がある。可
変減衰器21の2GHzにおける制御コード対減衰度特
性は、図5のグラフに示されている。グラフからも明ら
かなように、可変減衰器21の減衰度(dB)は周囲温
度によって大きく変化する。たとえば同じ10進数の制
御コード175(101011112 )が与えられて
も、温度が10℃と40℃とでは8dB以上の差があ
り、温度が10℃と−20℃とでは15dBもの差が生
じる。これはピン・ダイオード27a,27bと、トラ
ンジスタ36がいずれも負の温度係数を有し、温度の上
昇とともに順電流が増加するためであり、特に減衰量が
大きく設定される制御コード200〜255(1100
10002 〜111111112 )の領域では、高温と
なるにつれて減衰度の可変範囲が狭くなるという温度依
存性の問題点がある。また電源回路が非安定なため、電
源電圧Vaが変動すると、トランジスタ36のバイアス
が変化して減衰特性に少なからぬ影響を及ぼすという問
題点がある。
【0008】前述のような問題点を解決するために、図
6に示される回路構成の可変減衰器21aが提案されて
いる。可変減衰器21aは、前述の図4に示されている
可変減衰器21に温度補償回路24を加えたものであ
り、図4と同一部分には同一の参照符を付してある。温
度補償回路24は、2個の演算増幅器36a,36b
と、複数の抵抗素子と、2個のピン・ダイオード37,
38とを含み、D/A変換器32から出力されるアナロ
グ出力電圧Vcは、温度補償回路24に入力される。
【0009】第1ピン・ダイオード37は第1演算増幅
器36aの帰還回路に挿入され、第2ピン・ダイオード
38は第2演算増幅器36bのリファレンス端子に接続
されている。2個のピン・ダイオード37,38は、い
ずれも前記減衰回路22のピン・ダイオード27a,2
7bと同じ負の温度係数を有するので、第1演算増幅器
36aの増幅度即ち出力電圧Vfのレベルは、周囲温度
の上昇につれて減少する。また第2演算増幅器36bに
与えられる基準電圧Vrefのレベルも温度の上昇とと
もに低下する結果、設定信号Vdのレベルは温度上昇と
ともに低下する。したがって温度補償回路24を介して
導出される設定信号Vdは、減衰回路22の温度依存性
を打消し、周囲温度による影響を排除するように作用す
る。これによって、減衰回路22の温度特性が改善され
ることになる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
図6に示される可変減衰器21aは、1つの減衰回路に
ついて1つの温度補償回路が必要なため、コストアップ
を招来する。たとえば図7に示されている多段の増幅回
路41a〜41cを含むような減衰回路22aでは、ピ
ン・ダイオードの段数分だけのレベル設定回路23a,
23bと、温度補償回路24a,24bと、抵抗素子2
8a,28bと、コンデンサ30a,30bと、チョー
クコイル31a,31bとを備えねばならず、特にマイ
クロ波領域ではコスト的に不利となり、温度補償回路の
数を最小限に止めれば満足すべき特性が得られないとい
う問題点がある。
【0011】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
減衰度の温度依存性を可及的に小さくし、電源電圧の変
動に対しても安定な可変減衰器を提供することである。
【0012】また、本発明の別の目的は、増幅器の高温
での利得低下を打消し、温度に対して利得が安定なシス
テムを提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力端子に入
力される信号のレベルを減衰させて出力端子に導出する
信号減衰手段と、前記入力される信号の減衰量を設定す
るための設定信号を、前記信号減衰手段に与える設定信
号出力手段とを備え、前記信号減衰手段は、正または負
の温度係数を有し、前記設定信号のレベルに対応して導
電度が変化する可変導電性半導体素子を含み、前記設定
信号出力手段は、任意に設定される減衰量に対応する前
記設定信号を発生する信号発生手段と、前記信号発生手
段から導出される前記設定信号のレベルを、周囲温度に
対応して変化させ、前記可変導電性半導体素子とは逆の
温度特性を有する第1および第2の感温性抵抗素子とを
含み、前記信号発生手段は、直流出力電圧を生成する可
変シャントレギュレータとこの可変シャントレギュレー
タの前記直流出力電圧が印加されるDA変換器とを含
み、このDA変換器のアナログ出力電圧を前記設定信号
として導出してなり、前記第1の感温性抵抗素子は前記
DA変換器の前記アナログ出力電圧を決定するプルアッ
プ抵抗として接続され、かつ、前記第2の感温性抵抗素
子は前記可変シャントレギュレータの直流出力電圧を決
定する抵抗器の少なくとも1つとして前記可変シャント
レギュレータのリファレンス端子に接続されることを特
徴とする可変減衰器である。
【0014】
【作用】本発明に従う可変減衰器は、入力端子に入力さ
れる信号の減衰量を設定するための設定信号が、設定信
号出力手段から信号減衰手段に与えられ、減衰された信
号は出力端子を介して導出される。
【0015】信号減衰手段は、正または負の温度係数を
有する可変導電性半導体素子を含み、前記設定信号のレ
ベルによって可変導電性半導体素子の導電度が変化し、
前記入力される信号を減衰させる。
【0016】設定信号出力手段は、信号発生手段と、第
1および第2の感温性抵抗素子とを含む。信号発生手段
は、任意に設定された減衰量に対応するレベルの設定信
号を出力する。信号発生手段から出力される設定信号の
レべルは、前記第1および第2の感温性抵抗素子によっ
て周囲温度に対応して変化する。前記設定信号を生成す
るための直流出力電圧を出力する可変シャントレギュレ
ータとこの可変シャントレギュレータの直流出力電圧を
決定する抵抗器の少なくとも1つである第2の感温性抵
抗素子とが前記信号発生手段に含まれる。可変シャント
レギュレータを用いることにより、直流電流の電源電圧
依存性が極めて小さくなる。また、前記設定信号出力手
段は、可変シャントレギュレータとともに設定信号を生
成するための出力電圧を出力するDA変換器を含み、前
記DA変換器の出力電圧を決定するプルアップ抵抗には
前記第1の可変抵抗素子を含む。
【0017】前記第1の感温性抵抗素子および前記第2
の感温性抵抗素子は、信号減衰手段の可変導電性半導体
素子とは逆の温度係数を有するものを使用し、前記設定
信号は、信号減衰手段の温度依存性を打消すように働
き、これによって可変減衰器の温度特性が可及的に改善
される。
【0018】
【実施例】図1は、本発明の一実施例である可変減衰器
1の電気的構成を示す回路図である。可変減衰器1は、
信号減衰手段である減衰回路2と、設定信号出力手段で
ある減衰レベル設定回路3とを含む。減衰回路2は、直
列に接続された2個のピン・ダイオード6a,6bと、
2個の抵抗素子7,8と、バイパスコンデンサ9と、チ
ョークコイル10とを含んで構成される。ピン・ダイオ
ード6a,6bは、入力端子4と出力端子5間に介挿さ
れ、ピン・ダイオード6aのアノード側が入力端子4
に、ピン・ダイオード6bのカソード側が出力端子5に
接続されている。入力端子4は、第1抵抗素子7と、バ
イパスコンデンサ9の直列回路を介して接地され、出力
端子5は、第2抵抗素子8を介して、それぞれ接地ライ
ンGに接続され、π型回路網が形成されている。
【0019】第1抵抗素子7とバイパスコンデンサ9の
接続点には、減衰レベル設定回路(以下、「設定回路」
という)3から出力される減衰レベル設定信号(以下
「設定信号」という)Vdがチョークコイル10を介し
て印加される。ピン・ダイオード6a,6bは、ともに
負の温度係数を有し、電流Idによって導電度が変化す
る特性を有する。電流Idは設定信号Vdに応じて変化
するから、設定信号Vdのレベルによって、入力端子4
から入力される信号Siのレベルを予め定める範囲内で
任意に減衰させて、出力端子5から出力信号Soとして
導出させることができる。
【0020】設定回路3は、信号発生手段と、複数の感
温性抵抗素子とを含む。感温性抵抗素子は、前記減衰回
路2に使用されているピン・ダイオード6a,6bとは
逆の温度係数をもつ、正温度係数サーミスタなどで実現
される。信号発生手段は、トランジスタ11と、デジタ
ル/アナログ変換回路(以下、「D/A変換器」とい
う)12と、可変シャントレギュレータ14と、複数の
正温度係数サーミスタ13a,13b,13cおよび複
数の抵抗素子15〜17とを含んで構成される。正温度
係数サーミスタ13a,13bは、D/A変換器12の
プルアップ用抵抗として、正温度係数サーミスタ13c
は、可変シャントレギュレータ14の直流出力電圧Vk
の設定用として機能する。
【0021】電源電圧Vaが図示しない電源部から抵抗
素子17を介して電源ラインLと接地ラインG間に印加
される。可変シャントレギュレータ14のリファレンス
端子rには、抵抗素子15と、正温度係数サーミスタ1
3cとが接続される。基準電圧Vrは、使用する可変シ
ャントレギュレータ14に固有のものであり、たとえば
常温(たとえば20℃)で2.5Vのものが使用され
る。抵抗素子15と、正温度係数サーミスタ13cの抵
抗値をそれぞれR1,R2とすれば、直流出力電圧Vk
は、式(1)で表される。
【0022】 Vk=Vr{1+(R1/R2)}+Ir・R1 …(1) Irは可変シャントレギュレータ14のリファレンス端
子rに流入する電流であり、通常Ir≒0であるので、
式(1)は、 Vk=Vr{1+(R1/R2)} …(2) と簡略化できる。式(2)から明らかなように、直流出
力電圧Vkは、正温度係数サーミスタ13cの抵抗値R
2に依存し、この場合には正温度係数サーミスタ13c
は正の温度係数を有しているから、直流出力電圧Vk
は、周囲温度が上昇するにつれて低下する。なお抵抗素
子17の抵抗値は、予め電源電圧Vaと、可変シャント
レギュレータ14に流入するカソード電流Ikによって
生じる電圧降下とを見込んで設定される。
【0023】前述のように、減衰回路2のピン・ダイオ
ード6a,6bとは逆の温度特性によって生成される直
流出力電圧Vkは、トランジスタ11のコレクタと、正
温度係数サーミスタ13a,13bを介してD/A変換
器12とに印加される。D/A変換器12は、デジタル
入力端子d7〜d0に入力される8ビットの設定入力信
号に対応して、直流出力電圧Vkから、0〜255ステ
ップのアナログ出力電圧Vcを生成して出力する。アナ
ログ出力電圧Vcは、抵抗素子16を介してトランジス
タ11のベースに印加される。トランジスタ11は、ア
ナログ出力電圧Vcの前記256ステップのレベルに対
応する電圧を、設定信号として制御端子19に導出す
る。前記0〜255の256ステップは制御コードを形
成し、これによって256段の減衰度が任意に設定可能
とされる。
【0024】D/A変換器12には、正温度係数サーミ
スタ13a,13bがプルアップ用抵抗として使用され
ているので、アナログ出力電圧Vcは、温度上昇につれ
て低下する。さらにアナログ出力電圧Vcが入力される
トランジスタ11は、ピン・ダイオード6a,6bと同
じように負の温度係数を有するけれども、直流出力電圧
Vkと、アナログ出力電圧Vcとが負の温度係数を打ち
消すように作用する。したがって設定回路3から導出さ
れる設定信号Vdは、温度上昇によってピン・ダイオー
ド6a,6bを流れる電流Idの増加を抑制するように
働くことになる。これによって減衰回路2の温度依存性
が可及的に低減されるのである。
【0025】図2は、本実施例による可変減衰器1の2
GHzにおける制御コード対減衰度特性を示すグラフで
ある。本実施例における可変減衰器1は、極めて優れた
温度特性を示し、たとえば制御コード175における減
衰度(dB)は、温度−20℃〜40℃範囲では偏差2
dB以下である。−20℃〜70℃に亘る広い温度範囲
でも偏差は5dB以内に収まっている。これを同じ条件
の下での従来技術を示す図5のグラフと比較すれば、本
発明による可変減衰器1の温度依存性が著しく低減され
ていることは明らかであろう。
【0026】図4と図5を参照して、従来技術では、温
度が高くなるほど減衰回路22を形成するピン・ダイオ
ード27a,27bに流れる電流Idが増加し、減衰度
が小さくなる。これに対して図1と図2に示される本発
明の可変減衰器1では、可変シャントレギュレータ14
の直流出力電圧Vkと、D/A変換器12のアナログ出
力電圧Vcとが、いずれも温度増加にともなって減少
し、ピン・ダイオード6a,6bに流れる電流Idの増
加を抑えるため、広い温度範囲に亘る減衰度の一定化が
実現されるのである。
【0027】
【0028】図3は、本発明の他の実施例である減衰回
路2aの構成を示す回路図である。図3において、図1
と同一部分には同一の参照符を付してある。本実施例の
減衰回路2aと、前記図1に示される実施例の減衰回路
2との相違点は、本実施例ではピン・ダイオード6a,
6bを入力端子4と接地ラインG間および出力端子5と
接地ラインG間にそれぞれ接続していることである。ピ
ン・ダイオード6a,6bとともにπ型回路網を形成す
る抵抗素子46は、入力端子4と出力端子5間に介挿さ
れる。抵抗46には結合コンデンサ47が直列に接続さ
れ、ピン・ダイオード6a,6bの直流結合は遮断され
ている。
【0029】図示しない減衰レベル設定回路から設定信
号Vda,Vdbがチョークコイル10a,10bを介
してピン・ダイオード6a,6bに個別に印加される
と、設定信号Vda,Vdbのレベルに対応してピン・
ダイオード6a,6bを流れる電流Ida,Idbが変
化し、これにともなってピン・ダイオード6a,6bの
導電度が変化する。このため入力端子4および出力端子
5から見たインピーダンスが変化し、入力信号Siを減
衰させて出力端子5に導出させることができる。
【0030】前述の説明では、減衰回路2を負の温度係
数を有するピン・ダイード6a,6bで形成し、温度が
上昇するにつれて電流Idが増加するものとし、設定回
路3には逆の温度係数を有する正温度係数サーミスタ1
3a〜13cを用いて電流Idの増加を抑えるようにし
ているけれども、たとえば減衰回路2が正の温度係数を
有する素子で構成される場合には、設定回路3はこれと
逆に負の温度係数を有する素子で構成されることは当然
である。また図1の回路では、π型回路網を抵抗素子
7,8で形成しているけれども、この部分をピン・ダイ
オード6a,6bとは逆の温度係数をもつ正温度係数サ
ーミスタなどに置き換えるようにしてもよい。さらに減
衰回路2もπ型回路網のほかに、たとえばT型回路網な
どを用いるようにしてもよい。
【0031】通常、可変減衰器は図7に示すように増幅
回路とともに使用されるが、一般に増幅回路は高温で電
力利得が低下する傾向がある。しかしながら、図1に示
す実施例において、第2の感温性抵抗素子である正温度
係数サーミスタ13cを、前記式(1)のR1に相当す
る位置に入れて、抵抗R2に相当するものを通常の抵抗
素子とすると、可変シャントレギュレータ14の直流出
力電圧Vkには、高温になる程、高くなるので、減衰回
路2のピン・ダイオード6a,6bに流れる電流Idを
大きくすることができる。したがって高温になる程、減
衰度を小さくすることができるので、増幅回路での利得
低下を補償することができ、温度変動の影響を受け難い
システムを実現できる。
【0032】
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明による可変減衰器
は、入力端子に入力される信号を減衰させるための設定
信号が、設定信号出力手段から信号減衰手段に与えられ
る。信号減衰手段は、可変導電性半導体素子を含み、前
記設定信号によってその導電性が変化して、入力される
信号を減衰させる。
【0034】設定信号出力手段に含まれる感温性抵抗素
子の温度係数を、信号減衰手段に含まれる可変導電性半
導体素子とは逆に選んだ場合には、出力される設定信号
は、前記可変導電性半導体素子の温度係数を打消すよう
に働く。これによって可変減衰器の温度依存性が可及的
に低減され、温度特性が著しく改善された可変減衰器が
実現される。
【0035】また、前記設定信号を生成するための直流
出力電圧を出力する可変シャントレギュレータとこの可
変シャントレギュレータの直流出力電圧の設定用として
機能する第2の感温性抵抗素子とが前記信号発生手段に
含まれるので、可変シャントレギュレータを用いること
により、直流電流の電源電圧依存性が極めて小さくな
り、さらに前記第1の感温性抵抗素子に加えて前記第2
の感温性抵抗素子が設けられることにより、前記設定信
号は、信号減衰手段の温度依存性を打消すように働か
せ、これによって可変減衰器の温度特性が可及的に改善
されるばかりでなく、逆に可変減衰器は増幅器と兼用さ
れることが多いので、場合によっては増幅器の温度依存
性を打消すために可変減衰器の温度依存性は返って大き
くすることもあり得る。つまりシステム全体で温度依存
性がよくなるように制御することができる。さらに、本
発明は、減衰器の減衰度はDA変換器出力によりDA変
換器のビット数に対応する分だけ任意に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である可変減衰器1の電気的
構成を示す回路図である。
【図2】図1に示される可変減衰器1の特性を示すグラ
フである。
【図3】本発明の他の実施例である減衰回路2aの構成
を示す回路図である。
【図4】従来技術による可変減衰器21の電気的構成を
示す回路図である。
【図5】図4に示される可変減衰器21の特性を示すグ
ラフである。
【図6】他の従来技術による可変減衰器21aの電気的
構成を示す回路図である。
【図7】他の従来技術による可変減衰器21bの電気的
構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1 可変減衰器 2,2a 減衰回路 3 減衰レベル設定回路 4 入力端子 5 出力端子 6a,6b ピン・ダイオード 12 デジタル/アナログ変換器 13a,13b 正温度係数サーミスタ 14 可変シャントレギュレータ 18 減衰レベル設定器 Id ピン・ダイオードに流れる電流 Si 入力信号 So 出力信号 Vc アナログ出力電圧 Vd 減衰レベル設定信号 Vk 直流出力電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 7/24 H03H 7/25

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力端子に入力される信号のレベルを減
    衰させて出力端子に導出する信号減衰手段と、 前記入力される信号の減衰量を設定するための設定信号
    を、前記信号減衰手段に与える設定信号出力手段とを備
    え、 前記信号減衰手段は、正または負の温度係数を有し、前
    記設定信号のレベルに対応して導電度が変化する可変導
    電性半導体素子を含み、 前記設定信号出力手段は、 任意に設定される減衰量に対応する前記設定信号を発生
    する信号発生手段と、 前記信号発生手段から導出される前記設定信号のレベル
    を、周囲温度に対応して変化させ、前記可変導電性半導
    体素子とは逆の温度特性を有する第1および第2の感温
    性抵抗素子とを含み、 前記信号発生手段は、直流出力電圧を生成する可変シャ
    ントレギュレータとこの可変シャントレギュレータの前
    記直流出力電圧が印加されるDA変換器とを含み、この
    DA変換器のアナログ出力電圧を前記設定信号として導
    出してなり、 前記第1の感温性抵抗素子は前記DA変換器の前記アナ
    ログ出力電圧を決定するプルアップ抵抗として接続さ
    れ、 かつ、前記第2の感温性抵抗素子は前記可変シャントレ
    ギュレータの直流出力電圧を決定する抵抗器の少なくと
    も1つとして前記可変シャントレギュレータのリファレ
    ンス端子に接続されることを特徴とする可変減衰器。
JP05325121A 1993-12-22 1993-12-22 可変減衰器 Expired - Fee Related JP3073122B2 (ja)

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