JP3824256B2 - 識別回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の高周波識別回路としては、ダイオードを用いたものやミキサを用いたものがある。ダイオードを用いたものは、振幅変調信号をダイオードで整流し、さらに高周波成分をフィルタで除去することによって所望の変調信号を得るものである。
【0003】
しかし、この方式では所望の変調信号を得るための入力信号に大きな振幅が必要であり、増幅器に大きな消費電力が必要であった。また、フィルタを用いるために、コスト上昇を招くばかりでなく、急峻な変調信号を取り扱い難いという欠点があった。
【0004】
また、ミキサを用いたものでも入力信号に大きな振幅が必要であり、さらにフィルタなどのアナログ部品が数多く必要となる。また、準ミリ波、ミリ波の周波数帯では、これらのアナログ部品が一体でないために、実装がコスト上昇を招くという問題があった。
【0005】
また、シュミットトリガ回路(ヒステリシスコンパレータ)を利用した高周波信号の識別回路が知られている(清水良夫:特開平11−289226、トランジスタ技術1998年12月号、p.363)。これは、図31に示すように、入力端子111に入力する変調入力信号Vinをバイアス供給回路112から供給されるバイアス信号Vbisasと加算部113において加算してシュミットトリガ回路114に入力させるものである。115は出力端子である。
【0006】
シュミットトリガ回路114は図32のようなヒステリシス(履歴)特性を有し、バイアス信号Vbias=V2のときに振幅しきい値Vtを超えるような大振幅信号が入力することにより出力信号VoutがVLからVH(VL<VH)へ離散的に変化する。さらに周期的にバイアス信号VbiasをV2からV1(V1<V2)に変化させることで、リセット動作を行い、出力信号VoutをVLの状態に戻す。結果としての入力信号Vin、バイアス信号Vbias、出力信号Voutの関係は図33に示すようになる。
【0007】
しかし、この技術では、入力信号Vinとバイアス信号Vbiasを加算部113で加えて1つの端子からシュミットトリガ回路114に入力するために、入力信号Vinにノイズなどが入ったときに、このノイズがバイアス信号として働く動作が起こり得るので、誤動作を招く原因となった。また、バイアス信号が入力信号に漏洩しやすいことも特性劣化の原因となった。さらに、通常のシュミットトリガ回路では、内部にフィードドバック構造を有するために、高速性に限界があり、あまり早い周波数に対応できないという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ダイオードやミキサを用いたものはコスト的に問題があり、またシュミットトリガを用いたものは特性劣化や高速性に問題があった。
【0009】
本発明の目的は、これらの問題を解決し、低コストで、特性劣化の問題が少なく、しかも高周波信号で動作可能な識別回路を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このために第1の発明は、変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、を備え、前記多安定回路は、前記バイアス端子と前記出力端子の間に接続した第1の負性抵抗素子と、前記出力端子と接地端子との間に接続した第2の負性抵抗素子と、該第2の負性抵抗素子に並列接続したトランジスタとから成り、該トランジスタのゲート又はベースに前記入力端子が接続され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは前記第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときにリセットされるよう構成した。
【0011】
第2の発明は、変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、を備え、前記多安定回路は、電源端子と前記出力端子の間に接続した第1の負性抵抗素子と、前記出力端子と接地端子との間に接続した第2の負性抵抗素子と、該第2の負性抵抗素子に並列接続した第1のトランジスタと、前記第1の負性抵抗素子に並列接続した第2のトランジスタとから成り、前記第1のトランジスタのゲート又はベースに前記入力端子が接続され、前記第2のトランジスタのゲート又はベースに前記バイアス端子が接続され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず前記第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときにリセットされるよう構成した。
【0012】
第3の発明は、変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、を備え、前記多安定回路は、前記バイアス端子と前記出力端子の間に接続した負性抵抗素子と、前記出力端子と電源端子との間に接続したトランジスタとから成り、該トランジスタのゲート又はベースに前記入力端子が接続され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは前記第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときにリセットされるよう構成した。
【0013】
第4の発明は、変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、を備え、前記多安定回路は、第1の電源端子と前記出力端子の間に接続した負性抵抗素子と、前記出力端子と第2の電源端子の間に接続した第1のトランジスタと、前記負性抵抗素子に並列接続した第2のトランジスタとから成り、前記第1のトランジスタのゲート又はベースに前記入力端子が接続され、前記第2のトランジスタのゲート又はベースに前記バイアス端子が接続され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず前記第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときにリセットされるよう構成した。
【0014】
第5の発明は、変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、を備え、前記多安定回路は、前記バイアス端子と前記出力端子の間に接続した負性抵抗素子と、前記出力端子と前記入力端子との間に接続した第1の抵抗素子と、前記出力端子と電源端子との間に接続した第2の抵抗素子から成り、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは前記第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときにリセットされるよう構成した。
【0015】
第6の発明は、第1乃至第5のいずれかの発明において、前記多安定回路を複数個備え、各多安定回路の前記入力端子を共通接続し、前記バイアス端子を共通接続し、かつ各多安定回路のしきい値を異ならせるよう構成した。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明では、入力端子とバイアス端子を独立に有する多安定回路を用い、誤動作の問題を解決する。また、高周波信号から直接、データ周波数に近い低い周波数で信号を取り出し、集積素子として一体で作製できるようにし、実装などにコストのかかる高周波アナログ部品の点数を減らす。また、共鳴トンネルダイオードなどの高速の負性抵抗素子を用いて、10GHz以上のミリ波、準ミリ波領域のような高周波領域で動作可能とさせる。以下、詳しく説明する。
【0021】
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態の識別回路のブロック図である。この識別回路は、変調入力信号Vinが入力する入力端子1とバイアス信号Vbiasが入力するバイアス端子2を独立に有し、かつ出力信号Voutを出力する出力端子3を有する多安定回路4と、その多安定回路4のバイアス端子2にバイアス信号Vbiasを供給するバイアス供給回路5から構成されている。
【0022】
多安定回路4は、バイアス信号Vbiasの値V1,V2(V1<V2)に応じて、図2に示すような人出力特性を有する。すなわち、Vbias=Vlのとき、図2の(a)に示すような1つの安定状態を有する。このときは、入力信号Vinの値によらず、出力信号Voutは一定の値Voとなる。一方、Vbias=V2のとき、多安定回路4は、図2の(b)に示すような特性を有する。すなわち、一定の入力電圧領域(Vin<Vt)(Vt:振幅しきい値電圧)で双安定性を有し、他の入力電圧領域(Vin>Vt)で単安定状態に帰する。
【0023】
以上から、入力信号VinがVin<Vtにおいて、VbiasがVlからV2に変化したとき、出力VoutはVoからVHに遷移し、この後にVbiasがV2からV1に変化すると、出力VoutはVoに復帰する。また、Vbias=V2において、入力信号Vinが小振幅であって、最大値がVtを超えないときは、出力信号VoutがVHを保ったままであるが、大振幅となって途中からでもVin>Vtとなると、出力信号VoutはVLに変化し、以後はVbiasがV2からV1に変化するまでこの一定値を保つ。すなわち、入力信号Vinのデータに対応した出力が識別して得らる。なお、Voは後段の図示しない識別部でVLとして識別される。
【0024】
このときの振幅変調信号Vinの識別の様子を示したのが図3である。すなわち、入力信号Vinの振幅が小さく、Vinの最大値がVtを超えないときは、出力信号Voutは、Vbias=VlのときVo、Vbias=V2のときVHとなる。また、入力信号Vinの振幅が大きく、Vinの最大値がVtを超えるときは、出力信号Voutは、Vbias=VlのときVo、Vbias=V2のときVLとなる。
【0025】
このように、変調入力信号Vinの振幅に応じた出力信号VoutがVbias=V2のときに出力される。つまり、Vbias=V2で入力信号Vinの最大値が識別されてVout=VL(Vin>Vt)又はVH(Vin<Vt)となり、Vbias=V1でリセットされてVout=Voとなる。
【0026】
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態において、多安定回路4として、図4に示すように、バイアス端子2と接地との間に直列接続した共鳴トンネルダイオードND1,ND2、接地側の共鳴トンネルダイオードND2に並列接続した電界効果トランジスタTR1からなる多安定回路41を使用する場合である。
【0027】
この多安定回路41は、図2と同様の入出力特性を有するが、これを図5の負荷曲線図を用いて説明する。図5において、X1は共鳴トンネルダイオードND1の負荷曲線であり、バイアス信号Vbiasが小さい(V1)のとき図5 (a) の左図および図5 (b) の左図に示すように左側に遷移し、大きい(V2)のとき図5 (a) の右図および図5 (b) の右図に示すように右側に遷移する。Y1は共鳴トンネルダイオードND2とトランジスタTR1の合同の電圧−電流曲線であり、入力信号Vinが大きくなると図5の4つの全図に“V in 大”の表示と共に矢印で書かれているように上方向に遷移する。Z1は両曲線X1,Y1の交点であり、出力信号V out を表す動作点でもある。
【0028】
Vbias=V1のときは、入力信号Vinが小振幅(a)のときでも、また大振幅(b)のときでも、動作点Z1は左側から大きく移動せず、出力電圧Voutはほぼ一定(VL)であり、図2(a)と同様の図6(a)に示したような入出力特性を有する。一方、Vbias=V2のときは、入力信号VinがVtに達しないときは動作点Z1が右側から大きく動かず、出力電圧Voutは高電位であまり変化せずVHである。VinがVtに達するほど大きな振幅になれば、ラッチがはずれて、動作点Z1が左側に移り、出力電圧Voutが低電位に低下しVLとなってその値を保ちつづける。従って、図6の(b)に示すような入出力特性になる。
【0029】
以上より、入力信号Vinとして振幅変調信号を入力した場合のバイアス信号Vbiasの変化及びそれに対応する出力信号Voutの変化は図7に示すようになる。ここでも、Vbias=V2で入力信号Vinの最大値が識別されてVout=VL(Vin>Vt)又はVH(Vin<Vt)となり、Vbias=V1でリセットされてVout=VLとなる。
【0030】
[第3の実施形態]
本発明の第3の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態において、多安定回路4として、図8に示すように、Vdc1の電源端子6と接地との間に直列接続した共鳴トンネルダイオードND1,ND2、電源側の共鳴トンネルダイオードND1に並列接続した電界効果トランジスタTR2、接地側の共鳴トンネルダイオードND2に並列接続した電界効果トランジスタTR1からなる多安定回路42を使用する場合である。
【0031】
この多安定回路42は、図2と似た人出力特性を有するが、これを図9の負荷曲線図を用いて説明する。図9において、X2は共鳴トンネルダイオードND1とトランジスタTR2の合同の負荷曲線であり、バイアス信号Vbiasが小さい(V1)のとき下側に遷移し、大きい(V2)のとき上側に遷移する。Y2は共鳴トンネルダイオードND2とトランジスタTR1の合同の電圧−電流曲線であり、入力信号Vinが大きくなると上方向に遷移する。X2は両曲線X2,Y2の交点であり動作点である。
【0032】
Vbias=V1のときは、入力信号Vinが電圧Vtに達するまでは動作点Z2は右側にあり、出力電圧Voutは高電位VHであるが、入力信号Vinがその電圧Vtを超えるとラッチが外れて動作点Z2が左側に遷移し、出力電圧Voutは低い電圧VLに低下する。従って、入出力特性は図10(a)に示したようになる。Vbias=V2のときは、入力信号Vinの振幅が小さくても大きくても動作点Z2は右側にあり、出力電圧Voutは高電位VHとなる。したがって、入出力特性は図10(b)に示したようになる。
【0033】
以上より、入力信号Vinとして振幅変調信号を入力した場合のバイアス信号Vbiasの変化及びそれに対応する出力信号Voutの変化は図11に示すようになる。ここでは、Vbias=V1で入力信号Vinの最大値が識別されてVout=VL(Vin>Vt)又はVH(Vin<Vt)となり、Vbias=V2でリセットされてVout=VHとなる。
【0034】
なお、本実施形態において、トランジスタTR1のソース端子を接地ではなく別の定電圧源に、また、トランジスタTR2のドレイン端子をVdc1以外の定電圧源に接続しても同様の効果が得られる。
【0035】
[第4の実施形態]
本発明の第4の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態において、多安定回路4として、図12に示すように、バイアス端子2と電圧Vdc2の電源端子7との間に直列接続した共鳴トンネルダイオードND1とトランジスタTR1からなる多安定回路43を使用する場合である。
【0036】
この多安定回路43について、図13に示した負荷曲線図を用いてその特性を説明する。X3は共鳴トンネルダイオードND1の負荷曲線である。Y3はトランジスタTR1の電圧−電流曲線であり、入力電圧Vinが大きくなると上側に遷移する。なお、この図13はVbias=V2の場合である。Vbias=V1のときは負荷曲線X3が左側に遷移し、安定状態は一つになる。
【0037】
Vin<Vtのときは、この多安定回路43の出力信号Voutはバイアス電圧Vbias=V1のときはVL、Vbias=V2のときはVHとなるが、Vin>VtではVbiasにかかわらず出力信号VoutはVLのみをとる。したがって、この回路の入出力特性は図14に示したようになり、図2(b)と同様になる。バイアス電圧Vbiasを0に十分近い値(V1)にすると、この多安定回路43は、1つの安定状態のみを有する。さらに、VbiasをV1からV2に上昇させるとき、入力信号がVin<Vtであれば、出力電圧VoutはVHに遷移する。したがって、この第4の実施形態は、図1の第1の実施形態と同様に動作する。
【0038】
つまり、Vbias=V2で入力信号Vinの最大値が識別されてVout=VL(Vin>Vt)又はVH(Vin<Vt)となり、Vbias=V1でリセットされてVout=VLとなる。
【0039】
なお、この第4の実施形態では、図15に示すように、共鳴トンネルダイオードND1と電圧Vdc1の電源端子6との間にトランジスタTR2を接続し、そのトランジスタTR2のベースをバイアス端子2に接続し、バイアス電圧VbiasをVbias1として供給するようにした多安定回路43’のように構成しても、同様の作用効果が得られる。
【0040】
[第5の実施形態]
本発明の第5の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態において、多安定回路4として、図16に示すように、電源端子6と7との間に直列接続した共鳴トンネルダイオードND1とトランジスタTR1、共鳴トンネルダイオードND1に並列接続したトランジスタTR2からなる多安定回路44を使用する場合である。
【0041】
この多安定回路44について、図17に示した負荷曲線図を用いてその特性を説明する。X4は共鳴トンネルダイオードND1とトランジスタTR1との合同の負荷曲線であり、バイアス電圧VbiasがV1のときは下側、V2のときは上側に遷移する。Y4はトランジスタTR1の電圧−電流曲線であり、入力電圧Vinが大きくなると上側に遷移する。
【0042】
Vbias=V1のときは、第4の実施形態と同様に入力信号Vinに応じてVoutがVH、VLに変化する双安定状態となり、Vbias=V2のときは、VoutはVHのみとなり、1つの安定状態のみを持つようになる。
【0043】
つまり、Vbias=V1で入力信号Vinの最大値が識別されてVout=VH(Vin>Vt)又はVL(Vin<Vt)となり、Vbias=V2でリセットされてVout=VHとなる。
【0044】
[第6の実施形態]
本発明の第6の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態において、多安定回路4として、図18に示すように、バイアス端子2とVdc2の電源端子7との間に直列接続した共鳴トンネルダイオードND1と抵抗R1、入力端子1と出力端子3との間に接続した抵抗R2からなる多安定回路45を使用する場合である。
【0045】
この多安定回路45について、図19に示した負荷曲線図を用いてその特性を説明する。X5は共鳴トンネルダイオードND1の負荷曲線でVbias=V2のときは右側に遷移し(図示)、V1のときは左側に遷移する(図示せず)。Y5は抵抗R1,R2による電圧−電流曲線である。
【0046】
Vbias=V2のとき、出力信号Voutは入力信号Vinに応じてVL,VHの2つの状態をとり得るが、Vinが低くなると、出力端子3から流れ出す電流が増加し、これが共鳴トンネルダイオードND1のピーク電流を超えると、出力信号VoutはVLのみとなる。したがって、この多安定回路は、図2(b)のように、第1の実施形態と同様の人出力特性を有する。また、VbiasをVdc2に十分近づける(=V1)ことで、Vout=VLとなり、この回路は1つの安定状態のみを有するようにできる。
【0047】
つまり、Vbias=V2で入力信号Vinの最大値が識別されてVout=VH(Vin>Vt)又はVL(Vin<Vt)となり、Vbias=V1でリセットされてVout=VLとなる。
【0048】
[第7の実施形態]
本発明の第7の実施形態は、第1の実施形態において、多安定回路4に第1の実施形態の場合よりも多い2つのしきい値電圧Vt1,Vt2を持たせ、このしきい値を超えると、出力信号Voutが変化するという特性を持たせた場合である。これにより、第1の実施形態の場合と同様に、振幅の最大値がVt1、またはVt2を超えたか否かを検出することが可能になる。
【0049】
この実施形態では、図20(a)に示すように、Vbias=V1のときは、入力信号Vinの大小に関係なく出力信号VoutはVLである。Vbias=V2のときに、図20(b)に示すように、Vinがとる最大の値をVinmaxとすると、Vinmax<Vt1でVout=VHとなり、VM(Vt1≦Vinmax<Vt2)でVout=VMとなり、Vt2≦VinmaxでVout=VLとなる。なお、VL<VM<VHである。
【0050】
つまり、Vbias=V2で入力信号Vinの最大値が識別されてVout=VL(Vinmax<Vt1)、VM(Vt1≦Vinmax<Vt2)又はVH(Vt2≦Vinmax)となり、Vbias=V1でリセットされてVout=VLとなる。
【0051】
[第8の実施形態]
本発明の第8の実施の形態は、図21のように多安定回路を401,402,403,・・・,40nのようにn個設けたものである。この多安定回路401,402,403,・・・,40nは実施形態1〜7で説明したものが使用できる。多安定回路401,402,403,・・・,40nのしきい値Vtを互いに異ならせることにより、複数のしきい値を併せ持つ識別回路を実現することが可能になる。
【0052】
ここでは、これらの多安定回路401,402,403,・・・,40nの出力を処理する回路を後段に添付することによって、入力信号Vinの最大値がどのしきい値の範囲にあったかを判定することができる。
【0053】
[第9の実施形態]
本発明の第9の実施形態は図22に示すように構成されている。バイアス供給回路5はパルス整形回路501と電圧制御発振器(VCO)502から構成され、また多安定回路4の出力信号Voutがラッチ回路としてのDFF(Delayed Flip Flop)8によってデジタル化されて出力端子9に出力される。このDFF8にはバイアス供給回路5からのバイアス信号VbiasがクロックCKとして入力する。このDFF8の前後の信号は位相比較回路10に入力し、その位相比較結果で電圧制御発振器502の発振周波数を制御するようフイードバックループが形成されている。
【0054】
ここでは、V1とV2に所定周波数で変化するバイアス信号Vbiasの位相が入力信号Vinのデータの位相と合ったときにDFF8の前後の出力は同一となり、位相比較回路10の出力は0となる。その他の場合は位相同期回路10の出力は0でなく、この出力が0になるようにフイードバックがかかる。すなわち、この実施形態では、バイアス信号VbiasのV1とV2の変化の位相を入力信号Vinのデータに位相同期させ、デジタル信号を取り出す回路を実現できる。
【0055】
[第10の実施形態]
本発明の第10の実施形態は図23に示すように構成されている。これは、第1の実施形態の構成に加えて、しきい値制御回路11を設けたものである。つまり、図24のように、しきい値制御端子12に得られる制御信号Vcontの値をVc1にすることにより多安定回路4のしきい値VtをVt1に、VcontをVc2にすることによりVtをVt2に変化させるものである。
【0056】
このとき、図25に示すようにバイアス信号Vbias=V2のときに、制御信号Vcontをバイアス信号Vbiasに応じて変化させると、入力信号Vinの振幅の違いに応じて、しきい値Vtを超えるタイミングが変化し、Voutのパルス幅は変化する。すなわち、出力端子3に入力する振幅変調信号Vinに応じてパルス幅が変調されたPWM(Pulse Width Modulation)の出力信号が得られる。
【0057】
つまり、Vbias=V2で入力信号Vinの最大値が識別されてVoutにPWM信号が得られ、Vbias=V1でリセットされてVout=VLとなる。
【0058】
[第11の実施形態]
本発明の第11の実施形態は図26に示すように構成されている。これは、第10の実施形態の構成に加えて、出力端子3に低域通過フィルタ13を接続し、そのフィルタ13の出力側にA/D変換回路14を接続したものである。15はディジタル出力端子である。ここでは、多安定回路4から出力するパルス幅が変化する出力信号Voutのパルス幅情報を低域通過フィルタ13を通して電圧レベルが変化する信号に変化させ、これをA/D変換回路14でディジタル信号に変換して取り出す。
【0059】
これにより、入力信号Vinに関する情報を得ることができる。A/D変換回路12に高精度のものを用いることで、入力信号Vinが位相変調信号である場合にその情報をも取り出すことができる。
【0060】
[第12の実施形態]
本発明の第12の実施の形態は図27に示すように構成されている。これは、実施形態10の構成に加えて高周波信号源16を設け、そこで発生する高周波信号をしきい値制御回路11から得られる制御信号と加算部17で加算した信号を制御信号Vcontとしたものである。ここでは、しきい値制御回路10は直流電源とする。加算部17に得られる制御信号Vcont(直流バイアスされた高周波信号)としきい値Vtに前記した図24のような関係を持たせると、しきい値電圧Vtは、制御信号Vcontの変化に応じて図28のように変化する。このしきい値電圧Vtの中心値はVt0、Vt0からの振幅はΔVである。
【0061】
その結果、図29に示したように、入力信号Vinがしきい値Vtと同相で変化するときと逆相で変化するときで、VinがVtを超えるための振幅が大きく変わる。同相のとき(図29(a))は、Vt0+ΔV、逆相のときは、Vt0−ΔVがしきい値となる。したがって、図30に示すように、入力信号Vinの位相に応じてしきい値が変化するのと等価となり、位相変調された入力信号VinもVt,ΔVを適切に設定することで、実質的に振幅変調信号と同等に扱い、その識別が可能になる。
【0062】
ここでは、Vbias=V2で入力信号Vinの最大値が識別されてVout=VL(例えばVinが逆相)又はVH(例えばVinが同相)となり、Vbias=V1でリセットされてVout=Vlとなる。なお、Vbias=V1でVinの最大値の識別、Vbias=V2でリセットすることも可能である。
【0063】
[その他の実施形態]
なお、以上のすべての実施形態において、共鳴トンネルダイオードは江崎ダイオードなどの他の負性抵抗素子に置き換えることができる。また、以上のすべての実施形態において、電界効果トランジスタTR1,TR2は、HEMTや、バイポーラトランジスタなどの他の3端子増幅素子に置き換えることができる。
【0064】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、入力端子とバイアス端子が独立でありバイアス信号による誤動作の問題は無くなる。また、高周波信号から直接、データ周波数に近い低い周波数で信号を取り出すことができ、しかも各回路素子を集積して一体で作製できるために、実装などにコストのかかる高周波アナログ部品の点数を減らすことができる。また、共鳴トンネルダイオードなどの高速の負性抵抗素子を用いることにより、10GHz以上のミリ波、準ミリ波領域の周波数での動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態の識別回路のブロック図である。
【図2】 図1の識別回路の識別動作の特性図で、(a)はVbias=V1のとき、(b)はVbias=V2のときの特性図である。
【図3】 図1の識別回路の動作波形図である。
【図4】 第2の実施形態の識別回路の回路図である。
【図5】 図4の識別回路の負荷曲線図で、(a)は小振幅信号入力時、(b)は大振幅信号入力時の負荷曲線図である。
【図6】 図4の識別回路の識別動作の特性図で、(a)はVbias=V1のとき、(b)はVbias=V2のときの特性図である。
【図7】 図4の識別回路の動作波形図である。
【図8】 第3の実施形態の識別回路の回路図である。
【図9】 図8の識別回路の負荷曲線図で、(a)は小振幅信号入力時、(b)は大振幅信号入力時の負荷曲線図である。
【図10】 図8の識別回路の識別動作の特性図で、(a)はVbias=V1のとき、(b)はVbias=V2のときの特性図である。
【図11】 図8の識別回路の動作波形図である。
【図12】 第4の実施形態の識別回路の回路図である。
【図13】 図12の識別回路の負荷曲線図である。
【図14】 図12の識別回路の識別動作の特性図である。
【図15】 図12の識別回路の変形例の回路図である。
【図16】 第5の実施形態の識別回路の回路図である。
【図17】 図16の識別回路の負荷曲線図である。
【図18】 第6の実施形態の識別回路の回路図である。
【図19】 図18の識別回路の負荷曲線図である。
【図20】 第7の実施形態の識別回路の識別動作の特性図で、(a)はVbias=V1のとき、(b)はVbias=V2のときの特性図である。
【図21】 第8の実施形態の識別回路の回路図である。
【図22】 第9の実施形態の識別回路の回路図である。
【図23】 第10の実施形態の識別回路の回路図である。
【図24】 図23の識別回路におけるしきい値制御電圧としきい値との関係を示す特性図である。
【図25】 図23の識別回路の動作波形図である。
【図26】 第11の実施形態の識別回路の回路図である。
【図27】 第12の実施形態の識別回路の回路図である。
【図28】 図27の識別回路のしきい値制御電圧としきい値電圧の変化の相関を示す波形図である。
【図29】 図27の識別回路の入力信号としきい値電圧の変化の相関を示す波形図で、(a)は両者が同相のとき、(b)は逆相のときの波形図である。
【図30】 図27の識別回路の動作波形図である。
【図31】 従来の識別回路のブロック図である。
【図32】 図31の識別回路の識別動作の特性図である。
【図33】 図31の識別回路の動作波形図である。
【符号の説明】
1:変調信号入力端子、2:バイアス信号入力端子、3,301,302,303,304,30n:出力端子、4,41,42,43,43’,44,45,401,402,403,404,40n:多安定回路、5:バイアス供給回路、501:パルス整形回路、502:電圧制御発振器、6,7:電源端子、8:DFF、9:出力端子、10:位相比較回路、11:しきい値制御回路、12:制御端子、13:低域通過フィルタ、14:A/D変換回路、15:出力端子、16:高周波信号源、17:加算部。
Claims (6)
- 変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、
第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、
前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、
を備え、
前記多安定回路は、
前記バイアス端子と前記出力端子の間に接続した第1の負性抵抗素子と、前記出力端子と接地端子との間に接続した第2の負性抵抗素子と、該第2の負性抵抗素子に並列接続したトランジスタとから成り、該トランジスタのゲート又はベースに前記入力端子が接続され、
前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、
かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは前記第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、
前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときにリセットされることを特徴とする識別回路。 - 変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、
第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、
前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、
を備え、
前記多安定回路は、
電源端子と前記出力端子の間に接続した第1の負性抵抗素子と、前記出力端子と接地端子との間に接続した第2の負性抵抗素子と、該第2の負性抵抗素子に並列接続した第1のトランジスタと、前記第1の負性抵抗素子に並列接続した第2のトランジスタとから成り、前記第1のトランジスタのゲート又はベースに前記入力端子が接続され、前記第2のトランジスタのゲート又はベースに前記バイアス端子が接続され、
前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し
かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず前記第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、
前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときにリセットされることを特徴とする識別回路。 - 変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、
第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、
前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、
を備え、
前記多安定回路は、
前記バイアス端子と前記出力端子の間に接続した負性抵抗素子と、前記出力端子と電源端子との間に接続したトランジスタとから成り、該トランジスタのゲート又はベースに前記入力端子が接続され、
前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、
かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは前記第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、
前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときにリセットされることを特徴とする識別回路。 - 変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、
第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、
前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、
を備え、
前記多安定回路は、
第1の電源端子と前記出力端子の間に接続した負性抵抗素子と、前記出力端子と第2の電源端子の間に接続した第1のトランジスタと、前記負性抵抗素子に並列接続した第2のトランジスタとから成り、前記第1のトランジスタのゲート又はベースに前記入力端子が接続され、前記第2のトランジスタのゲート又はベースに前記バイアス端子が接続され、
前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し
かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず前記第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、
前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときにリセットされることを特徴とする識別回路。 - 変調された高周波信号から変調信号を復元する識別回路において、
第1の電圧値と前記第1の電圧値よりも大きい第2の電圧値とで交互に切り替わるバイアス信号を出力するバイアス供給回路と、
前記高周波信号を入力信号として入力する入力端子と前記バイアス信号を入力するバイアス端子と出力端子とを独立に有する多安定回路と、
を備え、
前記多安定回路は、
前記バイアス端子と前記出力端子の間に接続した負性抵抗素子と、前記出力端子と前記入力端子との間に接続した第1の抵抗素子と、前記出力端子と電源端子との間に接続した第2の抵抗素子から成り、
前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときには、前記入力信号の振幅の如何に係わらず第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、
かつ前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときには、前記入力信号の最大値がしきい値を超えないときは第1の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力し、前記入力信号の最大値が前記しきい値を超えるときは前記第2の安定状態を呈すると共に対応する電圧を前記出力端子に出力する回路であり、
前記バイアス信号が前記第2の電圧値のときに前記入力信号の最大値が識別され、前記バイアス信号が前記第1の電圧値のときにリセットされることを特徴とする識別回路。 - 請求項1乃至5のいずれか1つに記載の識別回路において、
前記多安定回路を複数個備え、各多安定回路の前記入力端子を共通接続し、前記バイアス端子を共通接続し、かつ各多安定回路のしきい値を異ならせたことを特徴とする識別回路。
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