JP4484564B2 - 静電気保護回路及びそれを備えた高周波回路装置 - Google Patents

静電気保護回路及びそれを備えた高周波回路装置 Download PDF

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Description

本発明は、静電気保護回路に関するものであり、特に、衛星放送を受信するための受信装置等の高周波回路装置における静電気保護回路に関するものである。
衛星放送を受信するための受信装置である低雑音ダウンコンバータ(以下、LNBという)やレシーバ、また、LNBとレシーバとの間に挿入されLNBからのIF(中間周波数)信号を切り換えるIF信号切替SWユニット(以下、SW−BOXという)等の高周波回路装置において、高周波回路装置に備えられた入出力信号端子の芯線は、直接、内部回路に接続されているので、その入出力端子の芯線に静電気が印加されると内部回路を構成するトランジスタ等のデバイスの劣化や破損等が生じることがある。
図11は、一般的なLNB、SW−BOXの外観、及び、LNBとレシーバとの接続を示す外観図である。図11において、1はLNBを示し、LNB1は図11(a)に示すように、IF信号が出力される信号端子1aを有している。また、2はSW−BOXを示し、SW−BOX2は図11(b)に示すように、LNBに接続される3個の接続端子(信号端子)2aとレシーバに接続される4個の接続端子(信号端子)2bを有している。尚、SW−BOXに設けられる接続端子の個数は特に限定されているものではない。また、SW−BOX2を使用しない場合、LNB1は図11(c)に示すように、LNB1の信号端子1aとレシーバ3の信号端子3aとが同軸ケーブル等のケーブル4で接続される。
図11(a)、図11(b)に示すように、LNB1の信号端子1aやSW−BOX2の接続端子2a、2bは外部に露出しているので、例えば、信号端子1aや接続端子2a、2bに接続用ケーブルが接続されるときや、LNB1やSW−BOX2がビニール等の帯電しやすいもので梱包されている場合の開梱時に、外部からの静電気が信号端子1aや接続端子2a、2bの芯線に印加されることがある。これらの芯線は、直接、内部回路に接続されているので、これらの芯線に静電気が印加されると、内部回路を構成するトランジスタ等のデバイスに静電気の影響により劣化や破損等が生じる場合がある。
そのため、LNB1は静電気から内部回路を保護する機能を有している。図12は、従来のLNB1の内部回路を示す回路図である。図12において、1aは外部でレシーバ3に接続される信号端子であり、信号端子1aからは、LNB1の内部回路で周波数変換されたIF信号が出力されるとともに、外部に接続されたレシーバ3からLNB1の駆動電源としてのDC電流が供給される。即ち、この信号端子1aにはIF信号とDC電流が重畳されて与えられる。そこで、LNB1の内部では、RF(高周波)信号であるIF信号が伝送されるRF信号ラインと、DC電流が伝送されるDCラインとが分離されて伝送処理されている。
先ず、RF信号ライン側の構成を説明すると、信号端子1aはセラミックのコンデンサ11を介してインピーダンス整合用のアッテネータ12の一端に接続され、アッテネータ12の他端はセラミックのコンデンサ13を介してRFアンプ部14に接続されている。このRFアンプ部14は、LNB1が受信した衛星放送信号を低雑音高周波増幅し、その増幅信号を更に局部周波数信号と混合して周波数変換したIF信号を出力する。
次に、DCライン側の構成を説明すると、信号端子1aはマイクロストリップライン15の一端に接続され、マイクロストリップライン15の他端はバイパス用のコンデンサ16を介してグランドに接続されている。また、マイクロストリップライン15とコンデンサ16との接続点からLNB1の動作電源としての外部のレシーバ3から供給されたDC電流が取り出されるとともに、この接続点とグランド間にサージアブソーバ17が接続されている。尚、マイクロストリップライン15の長さは、RFアンプ部14からのIF信号の1/4波長となっている。
このような構成により、信号端子1aにはRFアンプ部14からのIF信号とレシーバ3から供給されたDC電流が重畳することになるが、DC電流はコンデンサ11、13により直流成分がカットされるので、アッテネータ12及びRFアンプ部14にこのDC電流が流れることはない。また、IF信号の1/4波長の長さであるマイクロストリップライン15は、直流や比較的周波数の低い交流に対しては低インピーダンスであるが、高周波であるIF信号に対しては高インピーダンスになるので、IF信号がDCラインに漏洩することはない。即ち、IF信号の伝送損失は発生しない。
また、信号端子1aに静電気やサージ電流が印加された場合、静電気やサージ電流の周波数成分はその大部分が直流成分または比較的周波数の低い交流成分であるので、マイクロストリップライン15は静電気やサージ電流に対して低インピーダンスの導体となり、サージアブソーバ17も印加された静電気やサージ電流に対して低インピーダンスとなる。従って、印加された静電気やサージ電流は、そのほとんどがマイクロストリップライン15とサージアブソーバ17を介してグランドに逃がされるので、LNB1の内部回路が静電気やサージ電流の影響を受けることはなくなる。このようにして、LNB1は静電気やサージ電流に対する保護を可能としている。
次に、SW−BOX2の静電気やサージ電流に対する保護について説明するが、その前に先ず、SW−BOX2の機能について説明する。図13、図14は、LNB1とSW−BOX2とレシーバ3との接続を示す外観図である。図13、図14において、図11と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図13は、1個のLNB1と1個のレシーバ3とがSW−BOX2に接続された状態を示しており、図14は、3個のLNB1と3個のレシーバ3とがSW−BOX2に接続された状態を示している。SW−BOX2は、図13、図14に示すように、LNB1とレシーバ3との間に挿入されるように接続される。即ち、SW−BOX2の接続端子2aの各々と複数のLNB1の信号端子1aとがそれぞれ独立して同軸ケーブル等のケーブル4aで接続され、SW−BOX2の接続端子2bの各々と複数のレシーバ3の信号端子3aとがそれぞれ独立して同軸ケーブル等のケーブル4bで接続されている。
このように接続されるSW−BOX2は、1個のLNB1からのIF信号を複数のレシーバ3で受信するために、若しくは、複数のLNB1からのIF信号のうち、希望するIF信号をレシーバ3側で選択するために、LNB1とレシーバ3との間で信号経路を切替えるためのスイッチとしての機能を有するユニットであり、レシーバ3からの切替制御信号に基づき、複数のLNB1からのIF信号を切り替える。このレシーバ3からの切替制御信号は、レシーバ3の信号端子3aからSW−BOX2の接続端子2bにパルスによるデジタル信号として与えられる。また、SW−BOX2の接続端子2bには、レシーバ3の信号端子3aから、SW−BOX2の駆動電源及びSW−BOX2に接続されたLNB1の駆動電源としてのDC電流が供給される。従って、SW−BOX2の接続端子2bには、IF信号と切替制御信号とDC電流が重畳して与えられるため、SW−BOX2内部ではこれらがAC成分とDC成分とに分離されて伝送処理されている。また、SW−BOX2の接続端子2aでは、上記分離されたAC成分、DC成分が合成された状態でLNB1へ伝送されている。
図15は、従来のSW−BOX2の内部回路を示す回路図である。図15において、2bは外部でレシーバ3に接続される接続端子であり、接続端子2bにはLNB1からのIF信号が伝送されるとともに、外部に接続されたレシーバ3からSW−BOX2及びLNB1の駆動電源としてのDC電流が供給される。即ち、この接続端子2bにはIF信号とDC電流が重畳されて与えられる。そこで、SW−BOX2の内部では、RF(高周波)信号であるIF信号が伝送されるRF信号ラインと、DC電流が伝送されるDCラインとが分離されて伝送処理されている。尚、SW−BOX2の接続端子2aに接続されている内部回路は図15に示す回路と同様の構成をしており、分離されたRF信号ラインとDCラインとが同様の構成で接続され、IF信号とDC電流とが合成されて接続端子2aから出力される。接続端子2aに接続されている内部回路の説明は同様の構成であるので省略する。
先ず、RF信号ライン側の構成から説明すると、接続端子2bはセラミックのコンデンサ21を介してインピーダンス整合用のアッテネータ22の一端に接続され、アッテネータ22の他端は高周波スイッチ回路23に接続されている。この高周波スイッチ回路23は、レシーバ3からの切替制御信号に応じてレシーバ3に接続するLNB1を切り替えたり、LNB1からのIF信号を複数のレシーバ3に供給するように切り替えたりするためのスイッチ回路である。
次に、DCライン側の構成を説明すると、接続端子2bはチョークコイル24の一端に接続され、チョークコイル24の他端はコンデンサ25を介してグランドに接続されている。また、チョークコイル24とコンデンサ25との接続点から、SW−BOX2の駆動電源とSW−BOX2に接続されたLNB1の駆動電源として外部のレシーバ3から供給されたDC電流が取り出されるとともに、この接続点とグランド間にサージアブソーバ26が接続されている。
このような構成により、接続端子2bには高周波スイッチ回路23からのIF信号と外部のレシーバ3から供給されたDC電流が重畳することになるが、DC電流はコンデンサ21により直流成分がカットされるので、アッテネータ22及び高周波スイッチ回路23にこのDC電流が流れることはない。また、チョークコイル24とコンデンサ25とで構成されたローパスフィルタにより、直流成分または比較的周波数の低い交流成分のみがDCラインに流れ、IF信号がDCラインに漏洩することはない。即ち、IF信号の伝送損失は発生しない。尚、IF信号のRF信号ラインからDCラインへの漏洩を防ぐ高周波遮断素子として、図12に示すLNB1のマイクロストリップライン15の代わりにチョークコイル24を使用しているが、その理由を以下に説明する。
上述したように、SW−BOX2にレシーバ3から供給されるDC電流は、SW−BOX2の駆動電源及びLNB1の駆動電源となっているので、SW−BOX2のDCラインに流れるDC電流は、SW−BOX2の駆動電流とLNB1の駆動電流とを合わせた大きさになる。また、複数のLNBや複数のレシーバが接続された場合は、更にこのDC電流が大きくなる。また、接続されたLNBの電源回路がショートしている場合であっても、SW−BOXからショートしているLNBに流れる過電流によりSW−BOXが破壊されないようにするために、LNBへの電源供給ライン(DCライン)はそのような過電流に耐えられるように設計されることが望まれている。これらの理由から、DCラインに流すことのできる電流を大きくするために、マイクロストリップライン15に比して電流容量が大きいチョークコイル24を使用している。
また、接続端子2bに静電気やサージ電流が印加された場合、この静電気やサージ電流をチョークコイル24及びサージアブソーバ26を介してグランドへ逃がすことにより内部回路の保護を図っている。
また、入出力コネクタを備える電子制御装置の内部回路を高電圧の静電気から保護する静電気保護装置において、入出力コネクタのケースに、コネクタ端子ピンの各々との間で放電ギャップを形成する先端尖鋭な複数の突起を有する導体を設け、該導体を接地に接続するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、信号端子と内部回路との間に設けられた半導体装置の静電気保護回路において、ヒューズとコンデンサとを直列に配置したものもある(例えば、特許文献2参照)。
また、第1の電圧が印加される第1の電源端子と、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧が印加される第2の電源端子と、前記第1の電圧以下でかつ前記第2の電圧以上の信号電圧が印加される信号端子と、前記第1の電源端子と前記信号端子との間に順方向接続された第1のダイオードと、前記信号端子と前記第2の電源端子との間に順方向接続された第2のダイオードと、前記第1の電源端子と前記信号端子との間に逆方向接続された第3のダイオードと、前記信号端子と前記第2の電源端子との間に逆方向接続された第4のダイオードと、を有し、前記第1、第2の電源端子間に供給される駆動電圧よりも、前記第1、第2のダイオードの各々の順方向降下電圧が高く設定されている静電気保護回路もある(例えば、特許文献3参照)。
また、半導体基板に、その表面に拡散層が形成された溝が形成され、その溝内及び前記半導体基板上に金属層を形成したダイオード素子がある(例えば、特許文献4参照)。
また、同一方向に直列接続されその接続点がスイッチに接続された2個のダイオード、及び前記接続点と入力回路との間に接続された抵抗器を備え、前記2個のダイオードと前記入力回路の電源線が別系統である静電気保護回路もある(例えば、特許文献5参照)。
また、端子と正側電源間に接続されるダイオード、もしくは、端子と負側電源間に接続されるダイオードを有し、さらに正側電源と負側電源間に寄生するダイオードを持つ静電気保護回路において、上記ダイオードの少なくとも1種を、逆方向耐圧の異なる複数のダイオードで構成した静電気保護回路もある(例えば、特許文献6参照)。
実開平1―103300号公報 特開2001―257311号公報 国際公開第WO00/44049号パンフレット 特開平6―204407号公報 特開平4―53161号公報 特開昭63−105517号公報
しかしながら、図15に示す従来のSW−BOX2は、図12に示すLNB1に比して静電気保護の実力が低下するという問題があった。即ち、上述したように、DCラインの電流容量を大きくするためにチョークコイル24を使用することにより、マイクロストリップライン15と比較して静電気の周波数成分に対するインピーダンスが大きくなるため、高電圧である静電気が印加された場合は、RF信号ライン上にある内部回路を構成するトランジスタ等のデバイスにその耐圧を超える電圧が印加されることがあり、これらのデバイスの劣化や破損等が発生することがあるという問題があった。
また、特許文献1に記載の従来技術では、コネクタ端子ピンに高周波信号が与えられた場合には、放電ギャップの静電容量によりこの高周波信号が漏洩し伝送損失が生じるという問題があった。
また、特許文献2に記載の従来技術では、静電気保護回路が有効に動作するのは、静電気保護回路を有する半導体素子が実装前に単体で存在しているときに限られ、半導体素子の実装後は静電気保護回路のヒューズが溶断され、半導体素子の静電気保護機能が失われてしまうという問題があった。
また、特許文献3に記載の従来技術では、信号端子に高周波信号が与えられた場合には、第1〜第4ダイオードの各ダイオードを通じてこの高周波信号が第1、第2電源端子に漏洩し、この高周波信号の伝送損失が生じるという問題があった。
また、特許文献4に記載のダイオード素子は、占有平面積が小さく高集積化が可能なショットキーダイオードであるので、静電気保護回路に用いると、小面積でありながら高速動作が可能な静電気保護回路を形成することができるが、高周波信号回路に用いる場合に、ダイオード素子単体では高周波信号が漏洩し、この高周波信号の伝送損失が生じるという問題があった。
また、特許文献5に記載の従来技術では、入力回路に印加された静電気を逃がすための2個のダイオードが接続される電源であって入力回路とは別系統の電源が必要であり、入力回路の電源としての直流信号と高周波信号とが重畳して与えられる端子に印加される静電気に対しての保護はできないという問題があった。また、高周波信号がダイオードを通じて漏洩し、この高周波信号の伝送損失が生じるという問題もあった。
また、特許文献6に記載の従来技術では、端子に印加された静電気を逃がすためのダイオードが接続される正側電源または負側電源が必要であり、電源としての直流信号と高周波信号とが重畳して与えられる端子に印加される静電気に対しての保護はできないという問題があった。また、高周波信号がダイオードを通じて漏洩し、この高周波信号の伝送損失が生じるという問題もあった。
本発明は、上記の点に鑑み、高周波信号と直流信号とが伝送される信号端子に印加される静電気から前記信号端子に接続された内部回路を保護する静電気保護回路であって、前記直流信号をグランドに流さないようにし、前記高周波信号に伝送損失を生じさせないようにするとともに、前記内部回路を静電気から保護する静電気保護回路及びそれを備えた高周波回路装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、高周波信号と駆動電源としての直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、前記直流信号を遮断するためのDCカットコンデンサと前記信号端子との間の伝送ラインとグランド間に並列に接続された少なくとも2つのトラップ回路と、前記伝送ラインの前記各トラップ回路との各接続点間に挿入された抵抗と、を備え、前記各トラップ回路は高周波遮断素子とカソードが前記高周波遮断素子の一端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとが直列に接続されて成る静電気保護回路にしたことを特徴とする。
このような構成によると、前記各トラップ回路の前記高周波遮断素子により前記高周波信号の漏洩を防止するとともに、前記ダイオードの逆耐圧により前記直流信号がグランドに流れることを防止することができる。
更に、前記信号端子に印加された静電気を前記各トラップ回路の前記高周波断素子とダイオードを介してグランドに逃がすことにより前記内部回路を静電気から保護することができる。また、前記伝送ラインに前記抵抗を挿入することにより、前記DCカットコンデンサに印加される前記静電気による電圧上昇を減衰させることができるので、前記DCカットコンデンサの蓄電を抑制することができる。
又は、上記目的を達成するために本発明は、高周波信号と駆動電源としての直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、前記直流信号を遮断するためのDCカットコンデンサと前記信号端子との間の伝送ラインとグランド間に並列に接続された少なくとも2つのトラップ回路と、前記伝送ラインの前記各トラップ回路との各接続点間に挿入されたコンデンサと、を備え、前記各トラップ回路は高周波遮断素子とカソードが前記高周波遮断素子の一端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとが直列に接続されて成る静電気保護回路にしたことを特徴とする。
このような構成によると、前記各トラップ回路の前記高周波遮断素子により前記高周波信号の漏洩を防止するとともに、前記ダイオードの逆耐圧により前記直流信号がグランドに流れることを防止し、更に、前記信号端子に印加された静電気を前記各トラップ回路の前記高周波断素子とダイオードを介してグランドに逃がすことにより前記内部回路を静電気から保護することができる。
また、前記伝送ラインに前記コンデンサを挿入することにより、前記DCカットコンデンサには直流成分がカットされた電圧が印加されることになり、前記DCカットコンデンサの蓄電を抑制することができるとともに前記高周波信号の伝送損失を低減することができる。
或いは、上記目的を達成するために本発明は、高周波信号と駆動電源としての直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、前記直流信号を遮断するためのDCカットコンデンサと前記信号端子との間の伝送ラインとグランド間に並列に接続された第1、第2のトラップ回路と、前記伝送ラインの第1、第2のトラップ回路との各接続点間に挿入されたコンデンサと、を備え、第1のトラップ回路は高周波遮断素子とカソードが前記高周波遮断素子の一端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとが直列に接続されて成り、第2のトラップ回路は前記高周波信号の1/4波長の長さのマイクロストリップラインから成る静電気保護回路にしたことを特徴とする。
このような構成によると、第1トラップ回路の前記高周波遮断素子と第2トラップ回路のマイクロストリップラインにより前記高周波信号の漏洩を防止するとともに、第1トラップ回路の前記ダイオードの逆耐圧と前記伝送ラインに挿入された前記コンデンサとにより前記直流信号がグランドに流れることを防止することができる。
更に、前記信号端子に印加された静電気を第1トラップ回路の前記高周波断素子とダイオードを介してグランドに逃がすことにより前記内部回路を静電気から保護することができる。また、一端が接地されている第2トラップ回路のマイクロストリップラインを介して前記DCカットコンデンサの電荷を除去することができる。
また、例えば、前記ダイオードがショットキーバリアダイオードであると、前記信号端子に印加された静電気を前記ショットキーバリアダイオードのメタルギャップにより放電させることができる。また、セラミックコンデンサと比較して耐圧が高いので、静電気放電によっても破壊されにくい。
また、例えば、前記高周波遮断素子がインダクタであると、該インダクタと前記ダイオードの容量成分との組み合わせで構成されるローパスフィルタが、前記高周波信号の周波数成分に対しては高インピーダンスとなり、静電気の周波数成分に対しては低インピーダンスとなるので、前記高周波信号の漏洩を防止することができるとともに、前記信号端子に印加された静電気をグランドへ逃がすことができる。また、例えば、前記高周波遮断素子がマイクロストリップラインであると、該マイクロストリップラインが前記高周波信号の周波数成分に対しては高インピーダンスとなり、静電気の周波数成分に対してはよりいっそう低インピーダンスとなるので、前記高周波信号の漏洩を防止することができるとともに前記信号端子に印加された静電気を低インピーダンスでグランドへ逃がすことができる。
また、例えば、前記マイクロストリップラインの長さが前記信号端子に伝送される高周波信号の1/4波長であると、前記高周波信号の周波数に対してよりいっそう高インピーダンスとなり、前記高周波信号の漏洩をよりいっそう防止することができ、前記高周波信号の伝送損失が生じないようにすることができる。
また、例えば、前記マイクロストリップラインの周辺に、グランドに接続された放電グランドパターンを設けると、前記信号端子に印加された静電気の放電が、前記ダイオードを介しての放電経路のみならず、前記マイクロストリップラインから前記放電グランドパターンへの複数の放電経路を通じて行われることになり、放電効果が向上してよりいっそう静電気から内部回路を保護することができる。
また、例えば、前記静電気保護回路を備えた高周波回路装置にすると、該高周波回路装置が有する信号端子に伝送される高周波信号に伝送損失を生じさせることなく、また同じく前記信号端子に伝送される直流信号がグランドに流れることなく、前記信号端子に印加される静電気から内部回路を保護することのできる高周波回路装置が実現できる。
また、本発明によれば、高周波信号と駆動電源としての直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、前記直流信号を遮断するためのDCカットコンデンサと前記信号端子との間の伝送ラインとグランド間に並列に接続された少なくとも2つのトラップ回路と、前記伝送ラインの前記各トラップ回路との各接続点間に挿入された抵抗とを備え、前記各トラップ回路は高周波遮断素子とカソードが前記高周波遮断素子の一端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとが直列に接続されて成る静電気保護回路にしたので、静電気保護の実力をよりいっそう高めるとともに、繰り返し静電気が印加された場合であっても、前記DCカットコンデンサの蓄電を抑制して前記DCカットコンデンサの劣化を防止することができる。
また、本発明によれば、高周波信号と駆動電源としての直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、前記直流信号を遮断するためのDCカットコンデンサと前記信号端子との間の伝送ラインとグランド間に並列に接続された少なくとも2つのトラップ回路と、前記伝送ラインの前記各トラップ回路との各接続点間に挿入されたコンデンサとを備え、前記各トラップ回路は高周波遮断素子とカソードが前記高周波遮断素子の一端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとが直列に接続されて成る静電気保護回路にしたので、前記高周波信号の伝送損失を低減するとともに静電気保護の実力をよりいっそう高め、繰り返し静電気が印加された場合であっても、前記DCカットコンデンサの蓄電を抑制して前記DCカットコンデンサの劣化を防止することができる。
また、本発明によれば、高周波信号と駆動電源としての直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、前記直流信号を遮断するためのDCカットコンデンサと前記信号端子との間の伝送ラインとグランド間に並列に接続された第1、第2のトラップ回路と、前記伝送ラインの第1、第2のトラップ回路との各接続点間に挿入されたコンデンサとを備え、第1のトラップ回路は高周波遮断素子とカソードが前記高周波遮断素子の一端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとが直列に接続されて成り、第2のトラップ回路は前記高周波信号の1/4波長の長さのマイクロストリップラインから成る静電気保護回路にしたので、静電気保護の実力をよりいっそう高めるとともに、第2トラップ回路のマイクロストリップラインを介して前記DCカットコンデンサの電荷を除去することにより、繰り返し静電気が印加された場合であっても、前記DCカットコンデンサに蓄電されることがなくなり前記DCカットコンデンサの劣化を防止することができる。
また、本発明によれば、前記静電気保護回路を備えた高周波回路装置にしたので、該高周波回路装置が有する信号端子に伝送される高周波信号に伝送損失を生じさせることなく、また同じく前記信号端子に伝送される直流信号がグランドに流れることなく、前記信号端子に印加される静電気から内部回路を保護することができる。
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。図1において、40はRF(高周波)信号とDC(直流)信号とが伝送される信号端子を示し、41は信号端子40に接続された内部回路を示す。尚、信号端子40は、図15に示したSW−BOX2の接続端子2bに相当し、内部回路41は、図15に示したSW−BOX2の接続端子2bに接続されたコンデンサ21、アッテネータ22、高周波スイッチ回路23、チョークコイル24、コンデンサ25、サージアブソーバ26から成る回路に相当するものである。また、30は静電気保護回路を示し、静電気保護回路30は、インダクタ31(高周波遮断素子)とショットキーバリアダイオード(ダイオード)32とから構成されている。インダクタ31は、その一端が信号端子40に接続され、他端がショットキーバリアダイオード32のカソードに接続されている。そして、ショットキーバリアダイオード32のアノードはグランドに接続されている。
このような構成の図1に示す静電気保護回路30は、インダクタ31とショットキーバリアダイオード32の静電容量との組み合わせによるLCフィルタが信号端子40に印加されるRF信号の漏洩を防ぐとともに、ショットキーバリアダイオード32の逆耐圧で、信号端子40に供給されるDC信号がグランドに流れることを防止している。また、信号端子40に外部より印加される静電気に対しては、ショットキーバリアダイオード32のメタルギャップの放電作用により静電気をグランドに放電して内部回路41を保護している。
図5は、ショットキーバリアダイオード32の内部構造を説明するための模式図である。ショットキーバリアダイオードは金属と半導体との接合で生じる障壁を利用したダイオードであり、図2に示すように、金属であるアノード32aとN型半導体であるカソード32bを接合させた構造をしており、その接合部にはメタルギャップが存在する。そして、アノード32aに静電気が印加された場合は、このメタルギャップにより放電が発生する。DC成分のカット用にセラミックコンデンサを使用する場合もあるが、ショットキーバリアダイオードはセラミックコンデンサよりも耐圧が高いので、静電気放電によっても破壊されにくいという長所がある。
図2は、本発明の第2実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。図2において、図1と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図2に示す静電気保護回路30が、図1に示す静電気保護回路30と相違する点は、インダクタ31の代わりに信号端子40に印加されるRF信号の1/4波長の長さのマイクロストリップライン(高周波遮断素子)33が用いられている点である。マイクロストリップライン33は、その一端が信号端子40に接続され、他端がショットキーバリアダイオード32のカソードに接続されている。そして、ショットキーバリアダイオード32のアノードはグランドに接続されている。
このような構成の図2に示す静電気保護回路30は、RF信号の1/4波長の長さのマイクロストリップライン33がRF信号の周波数成分に対して高インピーダンスとなるので、信号端子40に印加されるRF信号の漏洩を防ぐとともに、ショットキーバリアダイオード32の逆耐圧で、信号端子40に印加されるDC信号がグランドに流れることを防止している。また、信号端子40に印加される静電気に対しては、ショットキーバリアダイオード32のメタルギャップの放電作用により静電気をグランドに放電して内部回路41を保護している。このとき、マイクロストリップライン33は静電気の周波数成分に対しては低インピーダンスの導体となっているので、内部回路41に高電圧が印加されることがなくなる。
図3は、本発明の第3実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。図3において、図2と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図3に示す静電気保護回路30が、図2に示す静電気保護回路30と相違する点は、マイクロストリップライン33の周辺にグランドに接続された放電グランドパターン34が設けられている点である。このようにすると、信号端子40に印加された静電気のグランドへの放電が、ショットキーバリアダイオード32のメタルギャップのみならず、マイクロストリップライン33から放電グランドパターン34への複数の放電経路を通じて行われることになり、放電効果が向上してよりいっそう静電気から内部回路41を保護することができる。
図4は、図2に示す静電気保護回路30を備えたSW−BOX(高周波回路装置)の内部回路を示す回路図である。図4において、図15と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図4に示すSW−BOX2が、図15に示す従来のSW−BOX2と相違する点は、接続端子2bに静電気保護回路30が設けられている点である。静電気保護回路30を構成するマイクロストリップライン33は、その一端が接続端子2bに接続され、他端がショットキーバリアダイオード32のカソードに接続されている。そして、ショットキーバリアダイオード32のアノードはグランドに接続されている。尚、マイクロストリップライン33の長さは、接続端子2bからRF信号ラインを伝送されるRF信号の1/4波長である。
このような構成の図4に示すSW−BOX2は、RF信号の1/4波長の長さのマイクロストリップライン33がRF信号に対して高インピーダンスとなるので、接続端子2bからRF信号ラインを伝送されるRF信号の漏洩を防ぐとともに、ショットキーバリアダイオード32の逆耐圧で、接続端子2bに与えられる駆動電源としてのDC電流がグランドに流れることを防止している。また、接続端子2bに印加される静電気に対しては、ショットキーバリアダイオード32のメタルギャップの放電作用により静電気をグランドに放電して内部回路を保護している。このとき、マイクロストリップライン33は静電気の周波数成分に対しては低インピーダンスの導体となるので、内部回路に高電圧が印加されることがなくなる。
また、静電気試験として、図4に示すSW−BOX2の接続端子2bと、図15に示すSW−BOX2の接続端子2bのそれぞれに20kVの静電気を印加して比較する試験を行ったところ、図15に示すSW−BOX2は内部回路に静電気による高電圧が印加され、セラミックのコンデンサ21にチップクラックの発生や、高周波スイッチ回路を構成するトランジスタ等が静電破壊されたのに対し、図4に示すSW−BOX2は、静電気保護回路30が有効に働き、内部回路に高電圧が印加されることがなく、内部回路の破損等は発生しなかった。
また、このように、図4に示す回路構成における気中放電試験では、±20kVの回路保護が実現できたが、静電気の印加を連続的に繰り返すと、図4に示す直流成分カット用のコンデンサ21の蓄電が起こり、コンデンサ21の劣化が進むということがあった。そこで、静電気印加に対する回路保護の実力を更にアップするとともに、繰り返しの静電気印加によるコンデンサ21の蓄電を抑制または除去して、コンデンサ21の劣化を防止することのできる静電気保護回路を以下に説明する。
図6は、本発明の第4実施形態の静電気保護回路を図4に示すSW−BOX2に取り付けた状態で示す回路図である。図6において、図4と同一の部分には同一の符号を付し、、RF信号ライン側のコンデンサ21以降の回路、及びDCライン側の回路の記載は省略している。
図6に示す静電気保護回路30は、2つのトラップ回路35a、35bと抵抗36から構成されている。トラップ回路35aはインダクタ38aとショットキーバリアダイオード39aから成り、インダクタ38aの一端は接続端子2bに接続され、他端はショットキーバリアダイオード39aのカソードに接続されている。そして、ショットキーバリアダイオード39aのアノードはグランドに接続されている。また、トラップ回路35bはインダクタ38bとショットキーバリアダイオード39bから成り、インダクタ38bの一端はコンデンサ21に接続されるとともに抵抗36を介して接続端子2bに接続され、他端はショットキーバリアダイオード39bのカソードに接続されている。そして、ショットキーバリアダイオード39bのアノードはグランドに接続されている。
このような構成の図6に示す静電気保護回路30は、インダクタ38aとショットキーバリアダイオード39aの静電容量との組み合わせによるLCフィルタがRF信号ラインに伝送されるRF信号のグランドへの漏洩を防ぐとともに、ショットキーバリアダイオード39aの逆耐圧で、接続端子2bに供給されるDC信号がグランドに流れることを防止している。また、同様に、インダクタ38bとショットキーバリアダイオード39bの静電容量との組み合わせによるLCフィルタが、RF信号ラインに伝送されるRF信号のグランドへの漏洩を防ぐとともに、ショットキーバリアダイオード39bの逆耐圧で、接続端子2bに供給されるDC信号がグランドに流れることを防止している。
また、接続端子2bに外部より印加される静電気に対しては、ショットキーバリアダイオード38aのメタルギャップの放電作用によりこの静電気をグランドに放電することにより内部回路を保護する。更に、この静電気は、抵抗36で減衰された後、ショットキーバリアダイオード39bのメタルギャップの放電作用によってもグランドに放電される。そして、コンデンサ21には抵抗36により電圧上昇が減衰された電圧が与えられることになるので、コンデンサ21の蓄電が抑制される。
このような構成にすることにより、静電気印加に対する回路保護の実力が更にアップされる。また、繰り返しの静電気印加が行われた場合であっても、コンデンサ21の蓄電が抑制されるので、コンデンサ21の劣化を防止することができる。
図7は、本発明の第5実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。図7において、図6と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図7に示す静電気保護回路30が、図6に示す静電気保護回路30と相違する点は、接続端子2bに外部より印加される静電気によりコンデンサ21に蓄電されることを防止するために、抵抗36の代わりにコンデンサ37が挿入されている点である。
このような構成の図7に示す静電気保護回路30は、接続端子2bに外部より印加される静電気に対して、ショットキーバリアダイオード38aのメタルギャップの放電作用によりこの静電気をグランドに放電することにより内部回路を保護する。更に、この静電気は、コンデンサ37を通過した後、ショットキーバリアダイオード39bのメタルギャップの放電作用によってもグランドに放電される。そして、コンデンサ21にはコンデンサ37により直流成分がカットされた電圧が与えられることになるので、コンデンサ21の蓄電が抑制される。
従って、このようにしても、静電気印加に対する回路保護の実力が更にアップされるとともに、繰り返しの静電気印加が行われた場合であっても、コンデンサ21の蓄電が抑制されるので、コンデンサ21の劣化を防止することができる。更に、RF信号ラインに伝送されるRF信号の伝送損失を低減することができる。
図8は、本発明の第6実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。図8において、図6と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図8に示す静電気保護回路30が図6に示す静電気保護回路30と相違する点は、インダクタ38aの代わりにマイクロストリップライン42aでトラップ回路35aが構成されている点と、インダクタ38bの代わりにマイクロストリップライン42bでトラップ回路35bが構成されている点である。マイクロストリップライン42a、42bはいずれもRF信号ラインに伝送されるRF信号の1/4波長の長さである。
このような構成の図8に示す静電気保護回路30は、RF信号の1/4波長の長さのマイクロストリップライン42a、42bがこのRF信号に対して高インピーダンスとなるので、RF信号ラインを伝送されるRF信号のグランドへの漏洩を防ぐとともに、ショットキーバリアダイオード38a、39bの逆耐圧で、接続端子2bに与えられる駆動電源としてのDC電流がグランドに流れることを防止している。
また、接続端子2bに印加される静電気に対しては、ショットキーバリアダイオード38a、39bのメタルギャップの放電作用によりこの静電気をグランドに放電して内部回路を保護している。このとき、マイクロストリップライン42a、42bは静電気の周波数成分に対しては低インピーダンスの導体となるので、内部回路に高電圧が印加されることがなくなる。また、コンデンサ21には抵抗36により電圧上昇が減衰された電圧が与えられることになるので、コンデンサ21への蓄電が抑制される。
このようにすることにより、静電気印加に対する回路保護の実力が更にアップされるとともに、繰り返しの静電気印加が行われた場合であっても、コンデンサ21の蓄電を抑制してコンデンサ21の劣化を防止することができる。
図9は、本発明の第7実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。図9において、図8と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図9に示す静電気保護回路30が、図8に示す静電気保護回路30と相違する点は、接続端子2bに外部より印加される静電気による電圧上昇を減衰するために、抵抗36の代わりにコンデンサ37が挿入されている点である。
このような構成の図9に示す静電気保護回路30は、接続端子2bに静電気が印加された場合に、コンデンサ21にはコンデンサ37により直流成分がカットされた電圧が与えられることになるので、コンデンサ21の蓄電が抑制される。従って、このようにしても、静電気印加に対する回路保護の実力が更にアップされるとともに、繰り返しの静電気印加が行われた場合であっても、コンデンサ21の蓄電を抑制してコンデンサ21の劣化を防止することができる。更に、RF信号の伝送損失を低減することができる。
尚、図6〜図9に示す静電気保護回路30は、2つのトラップ回路35a、35bを有する構成であるが、静電気保護の実力を更にアップするために、同様のトラップ回路を更に追加した構成の静電気保護回路にすることも可能である。また、図8、図9に示す静電気保護回路30のマイクロストリップライン42a、42bの周辺に図3に示すような放電グランドパターン34を設けても良い。
図10は、本発明の第8実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。図10において、図9と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図10に示す静電気保護回路30が、図9に示す静電気保護回路30と相違する点は、トラップ回路35bがRF信号の1/4波長の長さのマイクロストリップライン43のみで構成されている点である。
このような構成の図10に示す静電気保護回路30は、マイクロストリップライン43がRF信号に対して高インピーダンスとなるので、RF信号ラインを伝送されるRF信号の漏洩を防ぐとともに、ショットキーバリアダイオード38aの逆耐圧とコンデンサ37とで、接続端子2bに与えられる駆動電源としてのDC電流がグランドに流れることを防止している。
また、接続端子2bに印加される静電気に対しては、ショットキーバリアダイオード38aのメタルギャップの放電作用、及び、コンデンサ37、マイクロストリップライン43の経路で静電気をグランドに放電して内部回路を保護している。このとき、マイクロストリップライン42a、43は静電気の周波数成分に対しては低インピーダンスの導体となるので、内部回路に高電圧が印加されることがなくなる。また、コンデンサ37とコンデンサ21の電荷は片方が接地されたマイクロストリップライン43によって除去されるので、繰り返し静電気が印加された場合であっても、コンデンサ37、コンデンサ21は蓄電されることがなく、コンデンサ37、コンデンサ21の劣化が進むことを防止することができる。
尚、図10に示す静電気保護回路30のマイクロストリップライン42a及び/またはマイクロストリップライン43の周辺に、図3に示すような放電グランドパターン34を設けても良い。
以上説明した実施形態のような静電気保護回路30は、SW−BOX2が備える全ての接続端子2a、2bに設ける必要がある。これは、静電気が接続端子2a、2bに印加されることによって劣化や破損の生じる可能性があるデバイスは、RF信号ライン上のDC成分カット用のセラミックコンデンサ21や高周波スイッチ回路を構成するトランジスタ等であるので、各接続端子2a、2bと内部回路との接続近辺に静電気保護回路30を設けなければ保護効果が少なくなるからである。例えば、SW−BOX2の実際の基板ではマイクロストリップラインで構成された回路パターンにRF信号が伝送されるため、この回路パターンとハンダ付けにより接続された各端子芯線の近辺に静電気保護回路30を設ける必要がある。
以上説明したように、図1〜図3に示す静電気保護回路30は、信号端子40に伝送される高周波信号の漏洩を防ぐとともに、信号端子40に供給されるDC信号がグランドに流れることを防ぐことができ、更に、信号端子40に外部から印加される静電気をグランドに逃がすことにより信号端子40に接続された内部回路41を構成するデバイスの劣化や破損等を防止することができる。
また、接続端子2bに静電気保護回路30を備えた図4に示すSW−BOX2は、接続端子2bに伝送されるRF信号に伝送損失を生じさせることなく、また、接続端子2bに供給されるDC電流をグランドに流すこともなく、接続端子2bに印加される静電気を低インピーダンスでグランドへ逃がすことができるので、静電気によって内部回路に高電圧が印加されることが無くなり、内部回路を構成するデバイス等の劣化や破損が生じることが無くなる。即ち、静電気から内部回路を保護することができる。
また、図4に示す静電気保護回路30を、図6〜図10に示すような静電気保護回路30にすると、接続端子2bに伝送される高周波信号の漏洩を防ぐとともに、接続端子2bに供給されるDC信号がグランドに流れることを防ぐことができ、更に、接続端子2bに外部から印加される静電気をグランドに逃がすことにより接続端子2bに接続された内部回路41を構成するデバイスの劣化や破損等をよりいっそう防止することができる。更に、繰り返し静電気が印加された場合であっても、内部回路であるDCカット用のコンデンサ21の蓄電が抑制または除去できるので、コンデンサ21の劣化が進むことを防止できる。
尚、以上の説明は、本発明の実施形態の静電気保護回路を備えた装置としてSW−BOXを例に説明したが、本発明の実施形態の静電気保護回路はSW−BOXに限らず、LNBやレシーバ等、高周波信号を扱う他の高周波回路装置にも適用できる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各部の構成等を適宜に変更して実施することも可能である。
本発明によれば、高周波信号と直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、一端が前記信号端子に接続された高周波遮断素子と、カソードが前記高周波遮断素子の他端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとから成る静電気保護回路にしたので、前記高周波遮断素子により高周波信号の漏洩を防止するとともに、前記ダイオードにより前記直流信号がグランドに流れることを防止し、更に、前記信号端子に印加された静電気を前記高周波断素子とダイオードを介してグランドに逃がすことにより前記内部回路を静電気から保護することができる。
は、本発明の第1実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。 は、本発明の第2実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。 は、本発明の第3実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。 は、図2に示す静電気保護回路を備えたSW−BOXの内部回路を示す回路図である。 は、ショットキーバリアダイオードの内部構造を説明するための模式図である。 は、本発明の第4実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。 は、本発明の第5実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。 は、本発明の第6実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。 は、本発明の第7実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。 は、本発明の第8実施形態の静電気保護回路を示す回路図である。 は、一般的なLNB、SW−BOXの外観、及び、LNBとレシーバとの接続を示す外観図である。 は、従来のLNBの内部回路を示す回路図である。 は、LNBとSW−BOXとレシーバとの接続を示す外観図である。 は、LNBとSW−BOXとレシーバとの他の接続を示す外観図である。 は、従来のSW−BOXの内部回路を示す回路図である。
符号の説明
1 低雑音ダウンコンバータ(LNB、高周波回路装置)
1a、3a 信号端子
2 IF信号切替SWユニット(SW−BOX、高周波回路装置)
2a、2b 接続端子(信号端子)
3 レシーバ(高周波回路装置)
4、4a、4b ケーブル
11、13、16、25 コンデンサ
12、22 アッテネータ
14 RFアンプ部
15 マイクロストリップライン
17、26 サージアブソーバ
21 コンデンサ(DCカットコンデンサ)
23 高周波スイッチ回路
24 チョークコイル
30 静電気保護回路
31、38a、38b インダクタ(高周波遮断素子)
32、39a、39b ショットキーバリアダイオード(ダイオード)
32a アノード
32b カソード
33、42a、42b マイクロストリップライン(高周波遮断素子)
34 放電グランドパターン
35a、35b トラップ回路
36 抵抗
37 コンデンサ
40 信号端子
41 内部回路
43 マイクロストリップライン

Claims (9)

  1. 高周波信号と駆動電源としての直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、
    前記直流信号を遮断するためのDCカットコンデンサと前記信号端子との間の伝送ラインとグランド間に並列に接続された少なくとも2つのトラップ回路と、
    前記伝送ラインの前記各トラップ回路との各接続点間に挿入された抵抗と、
    を備え、
    前記各トラップ回路は高周波遮断素子とカソードが前記高周波遮断素子の一端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとが直列に接続されて成ることを特徴とする静電気保護回路。
  2. 高周波信号と駆動電源としての直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、
    前記直流信号を遮断するためのDCカットコンデンサと前記信号端子との間の伝送ラインとグランド間に並列に接続された少なくとも2つのトラップ回路と、
    前記伝送ラインの前記各トラップ回路との各接続点間に挿入されたコンデンサと、
    を備え、
    前記各トラップ回路は高周波遮断素子とカソードが前記高周波遮断素子の一端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとが直列に接続されて成ることを特徴とする静電気保護回路。
  3. 高周波信号と駆動電源としての直流信号とが重畳されて伝送される信号端子に静電気が印加されたときに、前記信号端子に接続されている内部回路を前記静電気から保護する静電気保護回路であって、
    前記直流信号を遮断するためのDCカットコンデンサと前記信号端子との間の伝送ラインとグランド間に並列に接続された第1、第2のトラップ回路と、
    前記伝送ラインの第1、第2のトラップ回路との各接続点間に挿入されたコンデンサと、
    を備え、
    第1のトラップ回路は高周波遮断素子とカソードが前記高周波遮断素子の一端に接続されアノードがグランドに接続されたダイオードとが直列に接続されて成り、
    第2のトラップ回路は前記高周波信号の1/4波長の長さのマイクロストリップラインから成ることを特徴とする静電気保護回路。
  4. 前記ダイオードが、ショットキーバリアダイオードであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の静電気保護回路。
  5. 前記高周波遮断素子が、インダクタであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の静電気保護回路。
  6. 前記高周波遮断素子が、マイクロストリップラインであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の静電気保護回路。
  7. 前記マイクロストリップラインの長さが、前記信号端子に伝送される高周波信号の1/4波長であることを特徴とする請求項6に記載の静電気保護回路。
  8. 前記マイクロストリップラインの周辺に、グランドに接続された放電グランドパターンを設けたことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の静電気保護回路。
  9. 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の静電気保護回路を備えたことを特徴とする高周波回路装置。
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