JP4426077B2 - パルス発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス発生装置に係わり、特に、高繰り返し周波数でかつ高デューティ比を有したパルス列を発生するパルス発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信におけるＤＥＭＵＸ装置や短パルス光源、超高速測定器等の駆動用信号として必要なパルス列は、数ＧHz〜１０ＧHzの繰り返し周波数でかつ例えば１０ｐｓ（ピコ・セカンド）〜１５ｐｓ（周波数で６０ＧHz以上）の狭いパルス幅を有した高デューティ比を有する必要がある。
【０００３】
現在の技術水準においては、電気回路で構成される発振器の安定的に発振可能な最高周波数は約４０ＧHzである。したがって、１台のパルス発振器でもって、数ＧHz〜１０ＧHzの繰り返し周波数でかつ１０〜１５ｐｓの狭いパルス幅を有した高デューティ比を有すパルス列を発生することができなかった。
【０００４】
そこで、図１０に示すパルス発生装置が提唱さている（特開２０００−１８７１９０号公報）。
正弦波発生器１は、例えば、図１１に示す、数ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数ｆ_A （周期Ｔａ）の正弦波信号ａを出力して半波整流器２へ送出する。半波整流器２は入力された正弦波信号ａを半波整流して、図１１に示す波形を有した半波整流信号ｂとして次の電圧増幅器３へ送出する。電圧増幅器３は半波整流信号ｂを増幅して、増幅後の半波整流信号、すなわち、図１１に示すパルス列信号ｃを出力端子４へ出力する。
【０００５】
このように構成されたパルス発生装置においては、出力端子４から出力されるパルス列信号ｃは繰り返し周波数ｆ_A （繰り返し周期Ｔａ）を有するとともに、このパルス列信号ｃを構成する各パルス５のパルス幅Ｔｃを繰り返し周期Ｔａの１／２程度に低下できる。また、各パルス５のジッタ発生量を減少できる。
【０００６】
また、同一文献（特開２０００―１８７１９０号公報）に図１２に示す他のパルス発生装置も提唱さている。
このパルス発生装置においては、正弦波発生器１は、例えば、数ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数ｆ_A （周期Ｔａ）の正弦波信号ａを出力して動作点移動可能な電圧増幅器３ａへ入力される。この動作点移動可能な電圧増幅器３ａは、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、入力された正弦波信号ａを増幅するに際して、入力正弦波信号aに対する動作点（バイアス点）を外部から入力された動作点制御信号の信号値を変更することにより任意に設定可能である。図１３（ａ）においては、動作点（バイアス点）を入力正弦波信号ａの０ボルト位置に設定している。この場合、増幅された正弦波信号は、（−）側成分と（＋）側部分とが対称な通常の正弦波波形となる。
【０００７】
しかし、このパルス発生装置においては、図１３（ｂ）に示すように、正弦波信号ｂの動作点を負側方向へ移動した状態に設定されている。したがって、この電圧増幅器３aで増幅された正弦波信号は、（−）側成分の一部が切り捨てられた波形形状を有する。その結果、増幅された正弦波信号の信号波形は前述した図１０に示したパルス発生装置における図１１に示す増幅された半波整流波形信号ｂの信号波形に近似する。増幅された信号の振幅値（Ｐ−Ｐ）が一定の場合、前述したように、増幅された正弦波信号、すなわち、電圧増幅器３aから出力端子４へ出力されるパルス列信号ｃ₁の各パルス５より鋭いピーク波形を有する。
【０００８】
このように、動作点移動可能な電圧増幅器３ａを用いることによって、ジッタ発生量を抑制した状態で、数ＧHz〜１０ＧHzの繰り返し周波数でかつ狭いパルス幅を有した高デューティ比を有すパルス列信号ｃ₁を得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０、図１２に示すパルス発生装置においても未だ解消すべき次のような課題があった。
【００１０】
すなわち、図１１、図１３に示すように、このパルス発生装置から出力されるパルス列信号ｃ、ｃ₁を構成する各パルス５のパルス幅Ｔｃは、正弦波信号ａの繰り返周期Ｔａに応じてほぼ決定されるので、各パルス５のパルス幅Ｔｃを任意の値に設定できなかった。
【００１１】
さらに、この各パルス５のパルス幅Ｔｃは正弦波信号ａの繰り返し周期Ｔａのほぼ１／２に制限されるので、パルス列信号ｃ、ｃ₁における高いデューティ比を得ることができなかった。
【００１２】
また、パルス列信号ｃ、ｃ₁における各パルス５のパルス幅Ｔｃは、増幅器３，３ａの周波数特性に制限される。すなわち、正弦波発生器１から出力された正弦波信号aを増幅するためには、この正弦波信号aの周波数ｆ_Aの周波数成分より高い周波数特性を有している必要がある。
【００１３】
しかし、増幅器３、３ａの周波数特性も、正弦波発生器１と同様に、最高周波数は約４０ＧHzである。したがって、例えばパルス５のパルス幅が１０ｐｓ〜１５ｐｓ等のように過度に高いデューティ比を得ることは困難であった。また、各増幅器３、３ａにおける周波数特性の特性差に起因して発生したパルス列信号ｃ、ｃ₁にパルス発生装置相互間のバラツキが発生する。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、１つの正弦波状の電気信号から互いに極性が異なる一対のパルス列を作成し、これらパルス列相互間の位相差を調整することにより、簡単な構成で高い繰り返し周波数でかつ高デューティ比を有するパルス列を発生できるパルス発生装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するために、本発明のパルス発生装置においては、正弦波状の電気信号を発生する信号発生手段と、この信号発生手段から出力された正弦波状の電気信号を構成する正極性要素及び負極性要素のうち正極性要素に対応する正の極性を有する第１のパルス列を発生する第１のパルス列発生手段と、正弦波状の電気信号を構成する正極性要素及び負極性要素のうち負極性要素に対応する負の極性を有する第２のパルス列を発生する第２のパルス列発生手段と、第１のパルス列のパルスと第２のパルス列のパルスとが時間的に一部重複するように第１のパルス列と第２のパルス列との間の位相差を設定する位相差設定手段と、この位相差が設定された第１のパルス列と第２のパルス列とを合波する合波手段と、この合波手段からの出力を半波整流して第１及び第２のパルス列が有するパルスの幅のいずれよりも狭いパルス幅を有するパルス列を発生する半波整流手段とを備えている。
【００１６】
このように構成されたパルス発生装置においては、信号発生手段から出力された正弦波状の電気信号の正極性要素と負極性要素とに対応する互いに極性が異なる第１、第２のパルス列が作成される。そして、第１、第２のパルス列の各パルスが時間的に一部重複するるように両者間の位相が調整される。このように、互いに極性が異なるパルスを合波すると、繰り返し周期内において、重複する時間部分は、信号値が相殺されてほぼ「０」となるので、重複しない時間幅の狭い部分に大きいな正極性及び負極性向のパルスが現れる。
【００１７】
したがって、この合波したパルス列を半波整流することによって、繰り返し周期中に含まれるパルスのパルス幅を、位相差を変更することによって、任意に調整できる。したがって、パルス幅を短く設定することによって、高いデューティ比のパルス列を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いた説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るパルス発生装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１９】
正弦波信号発生回路１１は、例えば、数ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数ｆ_A （周期Ｔａ）を有する正弦波の電気信号としての正弦波信号ａを発生する。この正弦波信号発生回路１１から出力された図２に示す正弦波信号ａは、正半波整流回路１２及び負半波整流回路１３へ入力する。正半波整流回路１２は、図２に示すように、正弦波信号ａにおける正極部分のみを半波整流して第１のパルス列としての正側整流信号ｅとして出力する。正半波整流回路１２から出力された正側整流信号ｅは合波回路１５の一方の入力端子へ印加される。
【００２０】
一方、負半波整流回路１３は、図２に示すように、正弦波信号ａにおける負極部分のみを半波整流して第２のパルス列としての負側整流信号ｇとして出力する。負半波整流回路１３から出力された負側整流信号ｇは遅延回路１４で、外部から指定された遅延時間Ｔｈだけ遅延されて遅延整流信号ｈとして合波回路１５の他方の入力端子へ印加される。
【００２１】
合波回路１５は、各入力端子から入力された正側整流信号ｅと負側遅延整流信号ｈとを信号合成して合波信号ｉとして次の半波整流回路１６へ送出する。この合波信号ｉは、図２に示すように、正弦波信号ａにおける周期Ｔａ内の遅延時間Ｔｈに相当する時間が「０」レベルであり、その他の時間おいて正パルス１８ａと負パルス１８ｂとを含む波形となる。
【００２２】
半波整流回路１６は、入力された合波信号ｉを半波整流して、合波信号ｉのうち正パルス１８ａ部分を抽出したパルス列信号ｊを出力端子１７へ出力する。したがって、このパルス列信号ｊ内には、図２に示すように、繰り返し周期Ｔａ内にパルス幅Ｔｊを有する正パルス１８ａのみが残る。
【００２３】
このように構成されたた第１実施形態のパルス発生装置においては、図１に示すように、正弦波信号発生回路１１から出力された正弦波信号ａから、半波整流回路１２，１３，１６と遅延回路１４と合波回路１５との複数の受動回路の組合せで、高い繰り返し周波数ｆ_Aでかつ高デューティ比を有するパルス列信号ｊが得られる。すなわち、この実施形態のパルス発生装置においては、電圧増幅器のように、高い周波数特性を得ることが困難な回路を使用していない。
【００２４】
また、この実施形態のパルス発生装置においては、遅延回路１４に設定する遅延時間Ｔｈを、繰り返し周期Ｔａ内で、増加させていくことによって、合波回路１５から出力される合波信号ｉの波形を、図２に示す、正弦波状の正パルス１８ａ、負パルス１８ｂを有する波形から、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、急峻な波形に変化させることが可能である。
【００２５】
したがって、遅延回路１４に設定する遅延時間Ｔｈを変化させることによって、出力されるパルス列信号ｊに含まれる正パルス１８ａのパルス幅Ｔｊを任意に設定可能である。よって、出力されるパルス列信号ｊのデューティ比を低い値から高い値まで連続的に変更できる。実施形態装置においては、ジッタ発生量を抑制した状態で、数ＧHz〜１０ＧHzの繰り返し周波数ｆ_Aでかつ十分に狭いパルス幅Ｔｊを有した高デューティ比を有すパルス列信号ｊを得ることができた。
【００２６】
（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態のパルス発生装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
【００２７】
この第２実施形態のパルス発生装置においては、図１に示す第１実施形態のパルス発生装置における、負半波整流回路１３と遅延回路１４の設置位置を逆にしている。すなわち、正弦波信号発生回路１１から出力された図２に示す正弦波信号ａは、正半波整流回路１２及び遅延回路１４へ入力される。遅延回路１４へ入力された正弦波信号ａは、この遅延回路１４で指定された遅延時間Ｔｈだけ遅延されたのち負半波整流回路１３へ入力する。
【００２８】
負半波整流回路１３は、遅延時間Ｔｈだけ遅延された正弦波信号ａ₁における負極部分のみを半波整流して延整流信号ｈ（遅延された後の第２のパルス列）として出力する。したがって、遅延回路１４は、結果的に、正半波整流回路１２から出力される第１のパルス列（正側整流信号）と第２のパルス列との位相差を設定する機能を有する。
【００２９】
このように構成された第２実施形態のパルス発生装置においては、合波回路１５へ入力される遅延整流信号ｈは、第１実施形態のパルス発生装置の遅延整流信号ｈと同じであるので、上述した第１実施形態のパルス発生装置とほぼ同一の作用効果を奏することが可能である。
【００３０】
さらに、この第２実施形態のパルス発生装置においては、遅延回路１４が負半波整流回路１３の前段に位置し、半波整流前の正弦波信号ａが入力する。正弦波信号ａは半波整流信号に比較して周波数成分が低いので、遅延回路１４に要求される周波数特性を低下させることができる。
【００３１】
（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態のパルス発生装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
【００３２】
この第３実施形態のパルス発生装置においては、正半波整流回路１２の代わりに正矩形波発生回路１９が設けられ、負半波整流回路１３の代わりに負矩形波発生回路２０が設けられている。正弦波信号発生回路１１から出力された図６に示す周波数ｆ_A（周期Ｔａ）を有する正弦波信号ａは正矩形波発生回路１９及び負矩形波発生回路２０へ入力される。
【００３３】
正矩形波発生回路１９は、図６に示すように、正弦波信号ａにおける正極部分のみが正の一定値を有する第１のパルス列としての正側矩形波信号ｋを出力する。正矩形波発生回路１９から出力された正側矩形波信号ｋは合波回路１５の一方の入力端子へ印加される。
【００３４】
一方、負矩形波発生回路２０は、図２に示すように、正弦波信号ａにおける負極部分のみが負の一定値を有する第２のパルス列としての負側矩形波信号ｍを出力する。負矩形波発生回路２０から出力された負側矩形波信号ｍは遅延回路１４で、外部から指定された遅延時間Ｔｈだけ遅延されて遅延矩形波信号ｎとして合波回路１５の他方の入力端子へ印加される。
【００３５】
合波回路１５は、各入力端子から入力された正側矩形波信号ｋと負側の遅延矩形波信号ｎとを信号合成して合波信号ｐとして次の半波整流回路１６へ送出する。この合波信号ｐは、図６に示すように、正弦波信号ａにおける周期Ｔａ内の遅延時間Ｔｈに相当する時間が「０」レベルであり、その他の時間おいて正パルス２１ａと負パルス２１ｂとを含む波形となる。
【００３６】
半波整流回路１６は、入力された合波信号ｐを半波整流して、合波信号ｐのうち正パルス２１ａ部分を抽出したパルス列信号ｑを出力端子１７へ出力する。したがって、このパルス列信号ｑ内には、図６に示すように、繰り返し周期Ｔａ内にパルス幅Ｔｊを有する正パルス２１ａのみが残る。
【００３７】
このように構成された第３実施形態のパルス発生装置においては、正弦波信号ａから正極側の矩形波のみを有する正側矩形波信号ｋと負極側の矩形波のみを有する負側矩形波信号ｍとが生成され、両者の位相差が遅延回路１４で調整され、合波信号ｐの正パルス２１ａのパルス幅Ｔｊを任意の値に設定可能である。したがって、出力端子１７から出力されるパルス列信号ｑにおけるデューティ比を高く設定できる。
【００３８】
さらに、パルス列信号ｑにおける正パルス２１ａの波形は矩形波であるので、正弦波信号発生回路１１から出力される正弦波信号ａの周波数ｆ_Aの値が変更になったとしても、パルス列信号ｑにおける正パルス２１ａのパルス幅Ｔｊは変化しない。このことを逆に考えると、出力されるパルス列信号ｑの繰り返し周期ｆAとパルス幅Ｔｊとを独立に制御できる。
【００３９】
なお、矩形波発生回路１９、２０は、簡単なアンドゲートの組合せで構成可能であるが、ＳＲＤ（セルフ・リカバリー・ダイオード）を組合せても作成できる。
【００４０】
（第４実施形態）
図７は本発明の第４実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図である。図５に示す第３実施形態のパルス発生装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
【００４１】
この第４実施形態のパルス発生装置においては、図５に示す第３実施形態のパルス発生装置における、負矩形波発生回路２０と遅延回路１４の設置位置を逆にしている。すなわち、正弦波信号発生回路１１から出力された図６に示す正弦波信号ａは、正矩形波発生回路１９及び遅延回路１４へ入力される。遅延回路１４へ入力されされた正弦波信号ａは、この遅延回路１４で指定された遅延時間Ｔｈだけ遅延されたのち負矩形波発生回路２０へ入力する。負矩形波発生回路２０は、遅延時間Ｔｈだけ遅延された正弦波信号ａ₁における負極部分のみを負の一定値を有する遅延矩形波信号ｎ（遅延された後の第２のパルス列）として出力する。したがって、遅延回路１４は、結果的に、正矩形波発生回路１９から出力される第１のパルス列（正側整流信号）と第２のパルス列との位相差を設定する機能を有する。
【００４２】
このように構成された第４実施形形態のパルス発生装置においては、合波回路１５へ入力される遅延矩形波信号ｎは、第３実施形形態のパルス発生装置の遅延矩形波信号ｎと同じであるので、上述した第３実施形形態のパルス発生装置とほぼ同一の作用効果を奏することが可能である。
【００４３】
（第５実施形態）
図８は本発明の第５実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態のパルス発生装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
【００４４】
この第５実施形態のパルス発生装置においては、正弦波信号発生回路１１から出力された正弦波信号ａは半波整流回路２２で半波整流されて、図２に示す正側整流信号（第１のパルス列）ｅとして合波回路１５へ入力される。さらに、半波整流回路２２から出力された正側整流信号ｅは、遅延回路１４で、正弦波信号ａの周期Ｔａの１／２と外部から指定された遅延時間Ｔｈを加えた遅延時間（Ｔａ／２＋Ｔｈ）だけ遅延され、極性反転回路２３で極性反転されて、遅延整流信号ｈ（遅延された第２のパルス列）として、合波回路１５へ入力される。
【００４５】
合波回路１５は、半波整流回路２２から出力された正側整流信号ｅと遅延整流信号ｈとを波形合成して合波信号ｉとして半波整流回路１６へ送信する。半波整流回路１６は合波信号ｉを半波整流してパルス列信号ｊとして出力端子１７へ出力する。
【００４６】
このように構成された第５実施形態のパルス発生装置においては、半波整流回路２２で第１のパルス発生手段を構成し、半波整流回路２２と遅延貌路１４と極性反転回路２３とで第２のパルス発生手段を構成する。したがって、第１、第２の実施形態のパルス発生装置とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
【００４７】
（第６実施形態）
図９は本発明の第６実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図である。図５に示す第３実施形態のパルス発生装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
【００４８】
この第６実施形態のパルス発生装置においては、正弦波信号発生回路１１から出力された正弦波信号ａは半波整流回路２４で半波整流されて、図６に示す正側矩形波信号（第１のパルス列）ｋとして合波回路１５へ入力される。さらに、半波整流回路２４から出力された正側矩形波信号ｋは、遅延回路１４で、正弦波信号ａの周期Ｔａの１／２と外部から指定された遅延時間Ｔｈを加えた遅延時間（Ｔａ／２＋Ｔｈ）だけ遅延され、遅延された正側矩形波信号ｋ₁は極性反転回路２３で極性反転されて、遅延矩形波信号ｎ（遅延された第２のパルス列）として、合波回路１５へ入力される。
【００４９】
合波回路１５は、半波整流回路２４から出力された正側矩形波信号ｋと遅延矩形波信号ｎとを波形合成して合波信号ｐとして半波整流回路１６へ送信する。半波整流回路１６は合波信号ｐを半波整流してパルス列信号ｑとして出力端子１７へ出力する。
【００５０】
このように構成された第６実施形態のパルス発生装置においては、半波整流回路２４で第１のパルス発生手段を構成し、半波整流回路２４と遅延回路１４と極性反転回路２３とで第２のパルス発生手段を構成する。したがって、第３、第４の実施形態のパルス発生装置とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパルス発生装置においては、１つの正弦波状の電気信号がら互いに極性が異なる一対のパルス列を作成し、これらの位相差を調整して、出力されるパルス列における１つの繰り返し周期に含まれるパルスのパルス幅を変更可能にしている。
【００５２】
したがって、簡単な構成で高い繰り返し周波数でかつ高デューティ比を有するパルス列を発生できるとともに、このパルス列の繰り返し周波数とデューティ比とを個別に独立して設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図
【図２】同第１実施形態に係わるパルス発生装置の動作を示すタイムチャート
【図３】同第１実施形態に係わるパルス発生装置における合波信号の信号波形を示す図
【図４】本発明の第２実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図
【図５】本発明の第３実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図
【図６】同第３実施形態に係わるパルス発生装置の動作を示すタイムチャート
【図７】本発明の第４実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図
【図８】本発明の第５実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図
【図９】本発明の第６実施形態に係わるパルス発生装置の概略構成を示すブロック図
【図１０】従来のパルス発生装置の概略構成を示すブロック図
【図１１】同従来のパルス発生装置の動作を示すタイムチャート
【図１２】別の従来のパルス発生装置の概略構成を示すブロック図
【図１３】同別の従来のパルス発生装置に組込まれた動作点移動可能な電圧増幅器の動作特性を示す図
【符号の説明】
１１…正弦波信号発生回路
１２…正半波整流回路
１３…負半波整流回路
１４…遅延回路
１５…合波回路
１６、２２、２４…半波整流回路
１７…出力端子
１８ａ、２１ａ…正パルス
１８ｂ、２１ｂ…負パルス
１９…正矩形波発生回路
２０…負矩形波発生回路
２３…極性反転回路

Claims (1)

1. 正弦波状の電気信号を発生する信号発生手段（１１）と、
   この信号発生手段から出力された正弦波状の電気信号を構成する正極性要素及び負極性要素のうち正極性要素に対応する正の極性を有する第１のパルス列を発生する第１のパルス列発生手段（１２，１９，２２，２４）と、
   前記正弦波状の電気信号を構成する正極性要素及び負極性要素のうち負極性要素に対応する負の極性を有する第２のパルス列を発生する第２のパルス列発生手段（１３，２０，２２，２３，２４）と、
   前記第１のパルス列のパルスと第２のパルス列のパルスとが時間的に一部重複するように前記第１のパルス列と第２のパルス列との間の位相差を設定する位相差設定手段（１４）と、
   この位相差が設定された前記第１のパルス列と第２のパルス列とを合波する合波手段（１５）と、
   この合波手段からの出力を半波整流して前記第１及び第２のパルス列が有するパルスの幅のいずれよりも狭いパルス幅を有するパルス列を発生する半波整流手段（１６）と
   を備えたパルス発生装置。

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