JPH01503114A - 広帯域の、高速ビデオ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 広帯域の、高速ビデオ増幅器 本発明は一般にビデオ増幅器の分野に関するものであり、特に、ハイブリッド型 の、急速立上がり時間出力信号をビデオ表示装置へ供給するために形成された広 帯域の、高電力ビデオ増幅器に関するものである。

背景の論議 ビデオ増幅器は高電圧の増幅された信号を、一般に比較的高い容量負荷を増幅器 へ与えるビデオ表示装置へ供給するため使用される。約５０乃至１００ＭＨｚの 帯域幅を有するこのビデオ増幅器は一般に約２５乃至４０ボルトのピーク・ピー クの電圧を有する出力信号を約１５乃至２５ピコフアラド（ｐ　Ｆ）の負荷へ供 給する。このような状況下で、ビデオ増幅器によって供給された出力信号の立上 がり時間は一般に約４乃至８ナノ秒の範囲内である。

しかしながら、新世代の、高解像度色の、１０００乃至２０００ラインラスタの ビデオ表示装置の実施条件に合う改良されたビデオ増幅器の必要性が現在存在し 、それは軍用グラフィック、航空機管制制御表示装置および市販のＣＡＤ／ＣＡ Ｍシステムにおいて必要となる。これらの新世代ビデオ表示装置は一般に４５乃 至５５ボルトのピーク・ピークで約１乃至３ナノ秒の非常に急速な増幅信号立上 がり時間を必要とし、そのとき約４９Ｆ乃至約１５９Ｆの負荷を駆動する。

約１００ＭＨｚ以上の増幅器帯域幅もまた一般にこのような新世代表示装置によ って必要とされる。

多くの現在市販されているビデオ増幅器の立上がり時間はこのような新世代表示 装置の立上がり時間の必要条件に関して比較的遅いと思われ、それは主として増 幅器が動作することを要求される比較的高い容量負荷によって生じる。これらの 高容量負荷は一般に表示装置キャパシタンスだけでなく、例えば分配配線、相互 接続および回路カードキャパシタンス、部品間のキャパシタンスおよびその他の 増幅器出力回路網中の電気回路と関連する寄生的キャパシタンスを含む。

一般に現在市販されているビデオ増幅器によって与えられる比較的遅い出力信号 立上がり時間によって、増幅器出力信号立上がり時間と等しいかあるいはそれ以 下のパルス幅を存する非常に短期間の増幅器入力信号は“損失（ｌｏｓｔ）　” となり、関連する表示装置へ供給されることができないということが認識される 。ある信号情報は従って失なわれ、関連する表示装置の解像度はもし出力信号立 上がり時間が急速であるなら可能であるより小さいものとなる。短期間信号のこ のような損失は表示装置の特性に悪影響を及ぼし、いずれにしても一般に最高解 像度ビデオ表示装置の必要条件に一致しない。

現在はとんどのビデオ増幅器が、特に本発明の説明において以下に論議されるよ うな、通常のソリッドステートカスケード増幅器、即ち、共通エミッター共通ベ ーストランジスタ対を具備する増幅器を使用している。周波数補償回路として知 られるようなバリエーションがそれと関連する立上がりおよび立ち下がり時間を 減少するため通常のカスコード増幅器へ加えられた。例えば、°エミッタ補償” と呼ばれるカスコード増幅器の共通エミッタトランジスタのエミッタレグにおけ るキャパシタンスの付加は、増幅器において発生する高周波数電流を増加するよ うに機能する。ビデオパルスが増幅されるとき、この技術は出力信号を方形にす るように機能し、その関連する立上がりおよび立ち下がり時間を減少させる。

もう１つのこのような技術は、負荷キャパシタンスと直列およびまたは並列の出 力インダクタンスの付加である。

しかしながら補償回路に伴う特徴的な問題が存在する。例えば、このような回路 は、立上がり時間を改善するけれどもオンおよびオフにするとき出力信号におけ るリンギングを生じる。このような信号リンギングは反復的“ゴースト°ビデオ （例えば、表示された垂直線に続くぼんやりとした垂直の縞）として表示装置中 に現われ、それはビデオ表示装置の鮮明さを減少し、表示装置が情報を詰込まれ るときオペレータの混乱を引起こす。結果として、補償によって生じるリンギン グを減少するために付加的回路が頻繁に必要とされる。その結果、広い帯域幅動 作は時として達成されない。

前記のことから、単独であるいは現在の技術と結合して使用されるとき、今日の 新しい高解像度表示装置において現在必要となる高増幅器速度を達成する増幅器 補償のための新しい手段の開発が必要である。ここに説明された発明は増幅器補 償への新しいこのようなアプローチを実施する。

発明の概要 本発明に従った広帯域の急速な立上がり時間および立ち下がり時間のビデオ増幅 器は、ビデオ信号入力および増幅されたビデオ信号出力を有する主カスコード増 幅器と、この主カスコード増幅器へ結合された電流ブースト手段とを含む。この 電流ブースト手段は、入力ビデオ信号が第１の方向で急激に変化するときは常に 、増幅されたビデオ信号の立上がり時間を電流ブースト手段のない主カスコード 増幅器によって与えられる立上がり時間より短くするような方法で電流スパイク が主カスコード増幅器の出力部分を横切る電流に加算するように構成される。電 流ブースト手段は、入力ビデオ信号が第２の反対の方向で急激に変化するときは 常に、増幅されたビデオ信号の立ち下がり時間を電流ブースト手段のない主カス コード増幅器によって与えられる立ち下がり時間より短くするような方法で電流 スパイクを前記主カスコード増幅器出力部分の電流から減算するように更に構成 される。

好ましい実施例に従うと、電流ブースト手段はビデオ信号が急激に増加するとき 電流スパイクを供給するための第１のカスコードブースト増幅器手段と、ビデオ 信号が急激に減少するとき電流スパイクを供給するための第２のカスコードブー スト増幅器手段とを含む。第１および第２のカスコードブースト増幅器手段の入 力はそれからの入力ビデオ信号を受信するように主カスコード増幅器へ容量的に 結合されることが望ましい。

第１および第２のブースト増幅器手段の１つは主カスコード増幅器の一部分を構 成することが好ましい。更に、電流ブースト手段は主カスコード増幅器が増幅さ れたビデオ信号を供給することができるように形成され、その信号は少なくとも ４０ボルトのピーク間電圧を有し、ビデオ増幅器が少なくとも約２５ｐ　ｆの容 量負荷へ増幅された信号を供給するとき約３．５ナノ秒以下の立上がりおよび立 ち下がり時間を存し、約２０ボルトのピーク間電圧に対して約１４．５ｐｆの容 量負荷で約１．８ナノ秒以下の立上がりおよび立ち下がり時間本発明は以下の添 附図面を参照して更に容易に理解される。

第１図はその通常形態を示す本発明の高速ビデオ増幅器の簡潔化された構成の回 路概略図である。

第２図は特定の適用のための本発明の高速ビデオ増幅器の例示の詳細な回路概略 図である。

第３図は第１図の増幅器と関連する様々な電圧および電流信号を示す図であり、 第３図（ａ）は典型的な方形波電圧入力信号を示す。第３図（ｂ）は典型的な非 補償電圧出力信号を示す。第３図（ｃ）は第１図の増幅器の電流ブースト部分に 供給される電圧スパイク信号を示す。第３図（ｄ）は第１図の増幅器の電流ブー スト部分をオンにすることによって供給される正の電流スパイク信号を示す。第 ３図（ｅ）は第１図の増幅器の電流ブースト部分をオフにすることによって供給 される負の電流スパイク信号を示し１第３図（ｆ）は補償された電圧出力信号を 示す。

好ましい実施例の説明 第１図において本発明に従った広帯域で急速な立上がり時間の信号反転ビデオ増 幅器ｌＯの１実施例の回路が示されている。第１図に示された回路は第２図の更 に詳細な回路図の簡潔化されたものを表わし、簡潔化されたもの（第１図）はこ こでは本発明が更に容易に理解されるように本発明を記述し説明するために使用 される。

第１図において示されるように、増幅器１０は一般に基本的あるいは主増幅器手 段１２およびそれぞれ第１および第２の電流ブースト回路または手段１４および １Ｂを含む。更に主増幅器手段１２は通常の入力バッファ１８および通常のカス コード増幅器２０を含む。ビデオ信号Ｖｉｎ（参照符号２２）が供給される入力 バッファ１８は第１図においてＱ８およびＱ９として示されたＮＰＮ−ＰＮＰ　 トランジスタの相補対を含む（第２図において対応するトランジスタ符号と一致 する）。トランジスタＱ８およびＱ９のエミッタは共に接続される。トランジス タＱ８のコレクタは接地され、トランジスタＱ９のコレクタは負の電圧源、例え ば−１５ボルトへ接続される。入力信号ＶｌｎはトランジスタＱ８およびＱ９の 両方のベースへ供給される。内部信号Ｖｉｎ’　（参照符号２４）はトランジス タＱ８およびＱ９のエミッタ接合部分からライン３０で主増幅器手段１２に対し て内部のポイント“Ａｏへ供給される。

カスコード増幅器２０はＮＰＮ）ランジスタＱ１と、並列に接続され整合された 一対のＮＰＮ　トランジスタＱ５およびＱ１４を含む。２つの並列接続されたト ランジスタＱ５およびＱ１４の使用は一般に１つだけのトランジスタによって可 能であるより高い電力動作を可能にするための選択の問題である。

しかしながら、カスコード増幅器２０の動作に関する限り、２個のトランジスタ Ｑ５およびＱ１４は簡単な共通ベースＮＰＮトランジスタとして機能する。第１ 図に示されるように、ライン３０上の内部信号Ｖｉｎ’　はベース抵抗器ＲＢＩ を経てトランジスタＱ１のベースへ供給される。トランジスタＱ１のエミッタは エミッタ抵抗器ＲＥＩを経て導線３２によって−ＶＥＥへ接続される。トランジ スタＱ５およびＱ１４のコレクタは負荷抵抗器ＲＬを経て、ライン３４上で、正 の電圧、例えば＋６５ボルトへ接続され、これらのトランジスタのベースは接地 されている。出力ライン３６はポイント“Ｄｏで負荷抵抗器ＲＬとトランジスタ Ｑ５およびＱ１４のコレクタとの間に接続される。

第１図においてＣとして示されるキャパシタは出力ライン３６と地面との間に接 続されるように示される。しかしながら、キャパシタＣは増幅器１０によって“ 示される“全キャパシタンスを表わし、それによって出力信号を受信するため接 続される装置の正常な負荷キャパシタンスのみでなく内部キャパシタンスをも含 む。

前記説明から、増幅器手段１２が通常のカスコード型ビデオ信号増幅器と同様で あることが認識される。このような通常のカスコード増幅器は、本発明の第１お よび第２の電流ブースト手段１４および１６がないとき、一般に第３図（ｂ）に おいて示され、参照符号４０によって示される丸みのつけられた一般形の増幅さ れた出力電圧波形を供給する。このような出力信号４０は比較的遅い立上がりお よび立ち下がり時間（波形の１０パーセンタおよび９０パーセントを使用して通 常室められるような）を有しているが、一般に第１図に示されるように各ライン ３４と３６において第１および第２のインダクタ子Ｌ１およびＲ２の追加によっ て改良される。抵抗器Ｒ１およびＲ２（第１図において破線で示されている）は 各インダクタＬ１およびＲ２と並列に加えられ、インダクタによって引起こされ たリンギングを減少させ付加的な出力信号の改良を行う。この様なインダクタＬ １およびＲ２と並列抵抗器Ｒ１およびＲ２は増幅器ｌＯにおいて有利に用いられ ても良い。

増幅されたビデオ出力信号ｖ０は、しかしながら、実質的に更に改良され、関連 する立上がりおよび立ち下がり時間は、第１図および第３図（ｆ）において波形 ４２によって示されるように、以下に説明される第１および第２の電流ブースト 回路１４および１６（第１図）を設けることによって対応して減少される。

第１図を参照すると、第１の電流ブースト回路１４は２つのＰＮＰ　トランジス タＱ３およびＱ４を具備する第２のカスコード増幅器を含むことが示されており 、トランジスタＱ３のコレクタはトランジスタＱ４のエミッタへ接続されている 。

トランジスタＱ３のエミッタは抵抗器ＲＥ３を経て正の電圧、例えば＋７０ボル トへ接続される。トランジスタＱ３はベースキャパシタＣＢ３を経て主増幅器手 段１２のポイント“Ａ“へ（ライン４４を経て）接続され、それによって内部電 圧信号ＶＩＮ’を受信する。抵抗器ＲＤ３はトランジスタＱ３のベースのポイン ト“Ｂ”と＋７０ボルト供給源との間に接続される。ベース抵抗器ＲＢ３はポイ ント“Ｂ”とトランジスタＱ４のベースとの間に接続される。トランジスタＱ４ のコレクタはライン４６を経て、トランジスタＱ５およびＱ１４のコレクタとイ ンダクタＬ１との間に位置するライン３４中のポイント“Ｄｏへ接続される。第 １の電流ブースト増幅器回路１４の出力はライン４６上でカスコード増幅器２０ の出力へ供給される。

第２の電流ブースト回路１ＢはＮＰＮ）ランジスタＱ２を含み、そのベースはベ ース抵抗器ＲＢ２を経て接地され、ライン５０によってキャパシタＣＢ２を経て ポイント“Ａ”（Ｖ！　Ｎ′が供給される）へ接続される。トランジスタＱ２の エミッタは負の電圧、例えば−１５ボルトへエミッタ抵抗器ＲＥ２を経て接続さ れる。トランジスタＱ２のベースのポイント“Ｃ”は抵抗器Ｒｐ２を経て一１５ ボルト源へ接続される。トランジスタＱ２のコレクタはライン５２を経てトラン ジスタＱ１のコレクタとトランジスタＱ５およびＱ１４のエミッタとの間のポイ ント“Ｅ”へ接続される。この後者に関して、第２の電流ブースト増幅器回路１ ６はまた第３のカスコード増幅器の一部分としてトランジスタＱ５およびＱ１４ の対を含むと考えられる。

電流ブースト回路１４および１６の動作第１図から、ポイント″Ａ”で内部に供 給されたＶＩＮ’信号が、キャパシタＣＢ３を経て、第１の電流ブースト回路で 、およびキャパシタＣＢ２を経て第２の電流ブースト回路“Ｃ“で、ＶＩＮ’信 号の前縁部での鋭い負方向電圧スパイクを、およびＶＩＮ’信号の後縁部での鋭 い正方向電圧スパイクを供給することがわかる。第１図および第３図（Ｃ）にお いて示された生成された電圧スパイク信号６０はこのようにＶＩＮ’によってポ イント′″Ｂ”および“Ｃ″の両方で供給される。

第１の電流ブースト増幅器回路１４のポイント“Ｂ”での信号６０の負方向電圧 スパイクは瞬時に第２のカスコード増幅器を駆動し、それによって第１図および 第３図（ｄ）の正方向電流スパイク６２を出力電圧Ｖのターンオンの瞬間にカス コード増幅器２０と関連するポイント“Ｄ”へ出力させる。ポイント“Ｂ′での 正方向電圧スパイクは第１の電流ブースト増幅器回路１４（以下に述べられたも のを除いて）に動作的影響を及ぼさない。同様の方法で、第２の電流ブースト増 幅器回路１６のポイント“Ｃ”での信号６０の正方向電圧スパイクは瞬時に第３ のカスコード増幅器を駆動し、それによって第１図および第３図（ｅ）の負方向 電流スパイク６４をＶのターンオフの瞬間に第１のカスコード増幅器２０のポイ ント“Ｅ”へ出力させる。ポイント“Ｃ”で負方向電圧スパイクは第２の電流ブ ースト電流増幅器回路１Ｂ（以下に説明されるものを除く）に動作的影響を及ぼ さない。

カスコード増幅器２０と関連するポイント“Ｄ”における正方向電流スパイク６ ２は増幅器立上がり時間を鋭くし、ポイント°Ｅ′における負方向電流スパイク ６４は増幅器立ち下がり時間を鋭くする。

例示によって、第１および第２の電流ブースト増幅器回路１４および１Ｂと各々 関連する結合キャパシタＣＢ２およびＣ８４は３３ｐ　ｆの値を有するとして第 １図に示されている。

このような図面に示されたその他の部品はしかしながら第１図が部品の種類また は値が示されている第２図の簡潔化されたものを表わしているので、いずれかの 種類または値に関しては示されていない。

第２図は従ってハイブリッド電子形式で有利に構成される上述の増幅器１０の実 施例を電気的に概略的な形で示す。参照のため、第１図に示された上述のポイン ト“Ａｏ乃至“Ｅ。

は第２図において同一の符号で示される。同様に、第１図および第２図において 使用されたトランジスタ“Ｑｏの符号も同じである。第２図に示された回路は電 気分野における当業者にとって自明なものと見なされ、このような回路の詳細な 説明をする有効な目的はない。しかしながら、典型的な出力負荷が参照符号７０ によって第２図に示されていることが認められる。

特定の例について説明を続けると、本発明はそれに制限されるものではないが、 第２図において示された増幅器回路が、出力信号Ｖを供給するための能力を有し 、約３．５ナノ秒以下の立上がりおよび立ち下がり時間が約４０ボルトのピーク 間出力信号に対して少なくとも約２５ｐｆの負荷の駆動で得られる。このような 回路はまた約２０ボルトのピーク間出力信号に対して約１４．５ｐｆの負荷の駆 動で約１．８ナノ秒の出力信号立上がり時間および立ち下がり時間を与え、４０ ボルトのピーク間出力信号に対してそのような時間でオンおよびオフにすること が期待される。

第１の電流ブースト増幅器１４が選択的にバイアスされ、そのため、さらに負方 向電流スパイクが入力ビデオ信号が正に移行するとき供給され、および／または 第２の電流ブースト増幅器１６が選択的にバイアスされ、そのためさらに正方向 電流スパイクが入力ビデオ信号が負に移行するとき供給されることが認められる 。このような場合、正の電流スパイクは合体し、負の電流スパイクも合体する。

第１図および第２図に示され上述されたような増幅器１０は信号反転増幅器であ り、典型的なカスコード増幅器である。

この信号反転形態は（上述のように）、入力ビデオ信号が負に移行するとき正電 流スパイク６２をポイント“Ｄ”へ供給するため第１の電流ブースト増幅器１４ を必要とし、入力ビデオ信号が正に移行するとき負電流スパイク６４をポイント “Ｅ。

へ供給するため第２の電流ブースト増幅器１６を必要とする。

しかしながら、増幅器１０を例えば信号インバータを付加することによって修正 し、増幅器が信号反転型でないようにすることは本発明の範囲に含まれる。この ような場合、第１の電流ブースト増幅器１４は正の電流スパイク６２を（負の代 わりに）正に移行する入力ビデオ信号に応答してポイント“Ｄｏへ供給し、第２ の電流ブースト増幅器１６は（正の代わりに）負に移行する入力ビデオ信号に応 答してポイント“Ｅ”へ負の電流スパイクを供給する。

ここでは、本発明が有利に使用される方法を説明するため、本発明に従った高速 の、広帯域ビデオ増幅器の特定の実施例が示されたけれども、本発明はそれに限 定されるものではない。従って、当業者にとって行われる変更および修正は全て 添附された請求の範囲に定義されるような本発明の技術的範囲内であるとみなさ れる。

国際調査報告　６Ｍ／ｌ？ｅ□１ＭＱ’ａＡ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）ａ）ビデオ信号入力および増幅されたビデオ信号の出力を有する主カスコ ード増幅器と、 ｂ）ビデオ信号が第１の方向で急激に変化するときは常に、増幅されたビデオ信 号の立上がり時間を電流ブースト手段のない主カスコード増幅器によって提供さ れる立上がり時間より短くするように主カスコード増幅器の出力部分にわたる電 流へ電流スパイクを加算するため、及び入力ビデオ信号が第２の、反対方向で急 激に変化するときは常に、増幅されたビデオ信号の立ち下がり時間を電流ブース タ手段のない主カスコード増幅器によって提供される立ち下がり時間より短くす るように前記主カスコード増幅器の出力部分にわたる電流から電流スパイクを減 算するため前記主カスコード増幅器へ結合された電流ブースト手段とを具備する 、広帯域の、急速な立上がり時間および立ち下がり時間のビデオ増幅器。
2. （２）電流ブースト手段が、入力ビデオ信号が急激に増加するとき電流スパイク を供給するための第１のカスコードブースト増幅器手段と、入力ビデオ信号が急 激に減少するとき電流スパイクを供給するための第２のカスコードブースト増幅 器とを含み、前記第１および第２のカスコードブースト増幅器手段の入力が主カ スコード増幅器へ容量的に結合されている請求項１記載のビデオ増幅器。
3. （３）第１および第２のカスコードブースト増幅器手段の１つが主カスコード増 幅器の一部分を含む請求項２記載のビデオ増幅器。
4. （４）電流ブースト手段が、主カスコード増幅器が増幅されたビデオ信号を供給 することを可能にするように構成され、この信号が少なくとも約４０ボルトのピ ーク間電圧を有し、ビデオ増幅器が少なくとも約２５ｐｆの容量性負荷へ増幅さ れたビデオ信号を供給しているとき約３．５ナノ秒以下の立上がりおよび立ち下 がり時間を有する請求項１記載のビデオ増幅器。
5. （５）電流ブースト手段が、主カスコード増幅器が増幅されたビデオ信号を供給 することを可能にするように構成され、この信号が少なくとも約２０ボルトのピ ーク間電圧を有し、ビデオ増幅器が増幅されたビデオ信号を約１４．５ｐｆの負 荷へ供給しているとき約１．８ナノ秒以下の立上がりおよび立ち下がり時間を有 する請求項１記載のビデオ増幅器。
6. （６）ａ）ビデオ信号入力および増幅されたビデオ信号の出力を有する主カスコ ード増幅器と、 ｂ）ビデオ信号が第１の方向で急激に変化するときは常に、増幅されたビデオ信 号の立上がり時間を電流ブースト手段のない主カスコード増幅器によって提供さ れる立上がり時間より短くするように主カスコード増幅器の出力部分にわたる電 流へ電流スパイクを加算するため、及び入力ビデオ信号が第２の、反対方向で急 激に変化するときは常に、増幅されたビデオ信号の立ち下がり時間を電流ブース タ手段のない主カスコード増幅器によって提供される立ち下がり時間より短くす るように前記主カスコード増幅器の出力部分にわたる電流から電流スパイクを減 算するため前記主カスコード増幅器へ結合された電流ブースト手段とを具備する 、広帯域の、急速な上昇時間および下降時間のビデオ増幅器において、前記電流 ブースト手段がビデオ信号が急激に増加するとき電流スパイクを供給するための 第１のカスコードブースト増幅器手段と、ビデオ信号が急激に減少するとき電流 スパイクを供給するための第２のカスコードブースト増幅器手段とを具備し、前 記第１および第２のカスコードブースト増幅器の入力が主カスコード増幅器へ容 量的に結合されているビデオ増幅器。
7. （７）ａ）ビデオ信号入力および増幅されたビデオ信号の出力を有し、少なくと も約４０ボルトのピーク間電圧を有する増幅されたビデオ信号を供給するように 構成されている主カスコード増幅器と、 ｂ）入力信号が急激に減少するときは常に、増幅されたビデオ信号の立上がり信 号を少なくとも約２５ｐｆの増幅器負荷のため約３．５ナノ秒以下にするように 電流スパイクを主カスコード増幅器の出力部分にわたる電流へ加算するため、お よび入力ビデオ信号が急激に増加するときは常に、増幅されたビデオ信号の立ち 下がり時間を前記増幅器負荷のため約３．５ナノ秒にするように、電流スパイク を前記主カスコード増幅器の出力部分にわたる電流から電流スパイクを減算する ため前記主カスコード増幅器へ結合された電流ブースト手段とを具備する、広帯 域の、急速な立上がり時間および立ち下がり時間のビデオ増幅器。
8. （８）立上がりおよび立ち下がり時間が約２０ボルトのピーク間電圧で約１４． ５ｐｆの増幅器負荷に対して約１．８ナノ秒より小さい請求項７記載のビデオ増 幅器。
9. （９）第１および第２のカスコードブースト増幅器手段の入力がそれからビデオ 入力信号を受信するため主カスコード増幅器へ容量的に接続されている請求項７ 記載のビデオ増幅器。