JPH02212773A - サンプラ - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、波形をサンプルするのに用いる多様な計測シ
ステムの中に組込むことができるモノリシック・サンプ
ラに関する。更に詳細に述べれば、この革新的なモノリ
シック装置は、衝撃波発生器を用いて１００Ｇ）ｌｘ　
（毎秒１０００億サイクル）を超える帯域幅を達成する
極高遠の改良されたサンプラを構成する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

サンプリング回路の基本構造は電子装置に関する当業者
には周知である。最も基本的なレベルでは、サンプラは
二つの信号を混合する装置である。

一つの信号は分析しなければならない入力波形であり、
もう一つはその無線周波数（ＲＦ）サイクルに沿う異な
る時点で入力波形をサンプルする持続時間の短い周期的
パルス列である。入力波形はより低い中間周波数でのサ
ンプルごとに再構成される。パルス発生器または発振器
によりサンブラの測定の速さが決まる。時間と共に変化
する電圧を発生する成る入力源と結合すると、サンプラ
は入力波形の小さなサンプルすなわちスナップを取り、
これを次に表示するかまたは処理することができる。サ
ンプラから得られる測定の品位は入力信号をサンプルす
る回数およびサンプリング・パルスの持続時間によって
大きく変る。−・般に、高速測定は非常に狭い、高速の
、鋭いパルスを連続的に流すことにより達成され、これ
により入力の検出または分析が一層正確になる。

従来の電ｆ−計器においては、測定可能な最高周波数は
設計の制約によりおよび使用する構成部品により制限さ
れている。サンプラの帯域幅を２５ＧＨｚを超えて拡張
することができないようにしている最もきび、′テは従
来のサンプリング回路を駆動するパル、発生器Ｃ７！力
が制約されていることであった。従来のサンプラを駆動
するのに使用されているパルス発生器またはくし形発生
器の使用可能な帯域幅は一般にサンプラの帯域幅のわず
か四分の−である。最も普通のパルス発生器はシリコン
・ステップリカバリーダイオードを使用しており、これ
はこのダイオード゛を製作するシリコン材料に固有のキ
アリア走行時間に基づいて性能が制限されている。

現在利用可能なサンプリング計器の高周波能力を禁止し
ている他の要因はそれらの回路を構成する個別電子構成
部品が比較的非能率であるということである。印刷回路
板に共に実装される大きな個別のコンデンサ、抵抗器、
およびダイオードは精密な機械的位置合せを必要とする
他に、サンプラの入力ポートに容認できない高水準の電
気的貫通接続が生ずるのを避けられない高価な製作工程
を必要とする。個々の構成要素により伝播される寄生キ
ャパシタンスおよび誘導性キャパシタンスは回路内の導
体線路間にクロスト−りを生し、サンプラが発生する出
力信号を甚だしく劣化させる。

この妨害はサンプラから抽出することができる可能最高
中間周波数をも制限する。これら短所に対する既知の一
つの解決法は基板上にこの各個別要素を形成して集積モ
ノリシック・サンプラを形成することである。

更に一層複雑な電子計測装置が開発されたことにより一
層高速で一層精巧なサンプリング機器に対する需要が付
随して生じてきた。極高速で正確、かつ確実なサンプラ
を製造することによりこの要求を満たすという問題は電
子工業の設計者に大きな挑戦を提示した。１００ＧＨｚ
の帯域幅の障壁を破ることができる改良されたサンプラ
の開発は電子計測の分野に大きな技術的進歩をもたらす
ことになろう。このような革新的装置を使用して測定の
品位を向上することができれば業界内部の長い間の必要
性が満たされると共に計器製造業者およびユーザが時間
や金銭の実質的消費を節約することができるようになる
であろう。

〔発明の目的〕

本発明は１ｏＯＧＨｚ以上でも動作可能な極高速サンプ
ラを従供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本山願書で権利を主張するモノリシック・サンプラは以
前の計器の帯域幅を制約している回路設計または構成要
素の制限から生ずる、サンプリング速度が不当に低くサ
ンプリング・パルスが長いという問題を克服するもので
ある。サンプラは五つの回路段を備えている。すなわち
、システムを駆動するのに使用することができる局部発
振器、高周波の縁の鋭いパルスを発生する衝撃波発生器
、反射減衰クランプ部、遅延部、および衝撃波の流れに
より調整され、ＩＦ比出力発生するサンプラい入力を発
生する。この入力が衝撃波発生部に達すると、バラクタ
と呼ばれる電圧依存コンデンサとして使用される一連の
超階段形シヨ・ノドキー・ダイオードに出会う。これら
バラクタは入力パルスを変形して衝撃波として知られて
いる鋸歯状波形の流れを発生する。衝撃波は回路のサン
プリング部のサンプリング・ダイオードを連続的に付勢
する。これらのダイオードが付勢されると、それらはＲ
Ｆ大入力らサンプリング・コンデンサまでの通路を開き
、コンデンサは入力からのわずかな代表的電流により充
電される。ダイオードは短絡回路からの到来衝撃波を反
射することにより発生される反対極性の衝撃波によりタ
ーンオフされる。

入力のサンプルすなわちスナップショットはこれらのコ
ンデンサからＩＦ出力結合回路を通して引出される。サ
ンプルの持続時間はダイオードと短絡回路との間の衝撃
波の往復時間によって決まる。

サンプラのクランプ部および遅延部は回路を通じてスプ
リアス・リンギングを極小とし、これらの反射の振動の
タイミングを管理する。これらの反射は衝撃波発生器お
よびサンプリング・ダイオードの動作を妨害しないよう
に制御される。

サンプラ全体は従来の半導体製作およびパッケージング
の技法を用いて、単一基板上にモノリシックに集積され
る。得られるモノリシック・サンプラは非常に効率の良
い計器であり、非常に信頼性が良く製造しやすい。集積
構造は不必要な干渉を減らすと共に、個別構成要素を精
密に位置合せする高価なツールを必要とする経費のかか
る製作方法の必要性を排除する。モノリシック構造は、
個別回路要素を使用すれば必要になる、構成要素の公差
要件および構成要素の温度追従の必要を無くする。衝撃
波を発生するのに超階段形ダイオード装荷伝送線路を使
用することによりサンプラは１００ＧＨｚを超える周波
数を測定することができる。

本発明は、また、この種のサンプラ回路から抽出するこ
とができる最高可能周波数を発生することもできる。本
山願書に開示し、権利を主張しているモノリシック・サ
ンプラは電子工業の技術者が一層原価効率の良い、強力
な診断、監視システムを構成することができるようにす
る進歩した、非常に有用な計器となる。

本発明の他の目標および目的の正しい認識、および本発
明の更に完全かつ包括的な理解は好適実施例についての
下記の説明を検討することにより、および付図を参照す
ることにより得ることができる。

〔発明の実施例〕

背景：非線形伝送線路 本発明により達成される改良を完全に認識し理解するに
は非線形伝送線路の理論を簡潔に説明する必要がある。

本発明は非常に狭い、高速の鮮鋭な縁を有するパルスの
流れを形成して、入力波形の微小なスナップショットす
なわちサンプルを取る回路を作動させるのに衝撃波発生
器を利用している。これら鮮鋭パルスは極端に速い一連
の写真を撮るカメラにおいてシャッタを開く期間に類似
している。パルスの鮮鋭度の尺度はその前縁の傾斜すな
わちスロープに正比例する。最も鮮鋭な、すなわち理想
的なパルスは０ボルトで始まり、可能最短時間で成る動
作振幅電圧Ａまで上昇する。

衝撃波はこの理想波形に非常に近い。衝撃波の立上り時
間は非常に短いので、電圧対時間のグラフに描くと、そ
の前縁はその傾斜が無限大に近づき、次にその電圧が成
る動作振幅Ａに到達するとＯになって平らになる。ダイ
オードの立上り時間は、しかし、ダイオードに固有の抵
抗損失により制限されている。衝撃波はゆるやかな傾斜
の前縁を持つ一層正弦波のように見える入力パルスを故
意にゆがめることにより非線形伝送線路で形成すること
ができる。

第１図はバラクタとも呼ばれる電圧依存コンデンサで橋
絡された２本の導体から成る一般的な非線形伝送線路を
示す。各部分Δχは図でＬ・ΔＸと表わした固有インダ
クタンスを備えている。正弦状または鋸歯状の信号がこ
の伝送線路の一方の側に加えられると、信号は伝送線路
を通って伝播し、成る時間の後、反対側端に届く。伝送
線路に沿って動くこのような信号の速さすなわち位相速
度は次式によって与えられる。

Ｖｐ＝１／　（ＬＣ（ｖ））””　ｍ／ｓ　　　　（］
）ここでＬ−単位長あたりのインダクタンスでヘンリ／
ｍで表わす。

Ｃ（ｖ）−単位長あたりの非線形キャパシタンス。ファ
ラド／ｍで表わす。

■−非線形伝送線路に沿う電圧。ボルトで表わす。

■−非線形伝送線路に沿う電流。アンペアで表わす。

位相速度Ｖｐはそれ故バラクタのキャパシタンスＣｖの
平方根に逆比例し、このキャパシタンスはバラクタにか
かる電圧によって変る。所定の電圧範囲で非線形かつ非
常に変化する〜パシタンスを示すバラクタを「超階段」
バラクタと言う。超階段ダイオード・バラクタに対する
関数の関係は次式でり６えられる。

Ｃ（ｖ）　　−Ｃ＝ｏ／　（１＋Ｖ／φ）　″（２）こ
こでｒｎ−キャパシタンスの勾配係数で、代表的には、
階段接合ダイオードに対して２、超階段接合ダイオード
に対しては２よ り大きい。

ＣＪ６　”””−ゼｌｌＪバイアス接合キャパシタンス
（Ｖ−０のとき）。

φ−ＧａＡｓショントキー・ダイオードバラクタの内蔵
（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ）電圧で、代表的には０．７２Ｖ　
。

第２回はｍおよびφが共に１に等しい場合の超階段バラ
クタに対するキャパシタンス対電圧のグラフを示す。衝
撃波発生器が超階段バラクタを組込んでいれば、バラク
タにより示されるキャバンタンスは低電圧に対して商く
、高電圧に対しては急速に減少する。第２図に描かれ式
（２）で叙述される関数を式（］）で計算すると、第３
図に示すプロントが得られる。このグラフは非線形伝送
線路に沿って動く信号の位相速度がその信−号の電圧が
大きくなるにつれて次第に大きくなるごとを示している
。第３図は振幅が異なるニーつの信号が同Ｕ２線を横切
って同時に加えられると、電圧の高い力のイ１−；号が
、のろい信号がその自身の移動を完了−４る前に線路の
端に到達するごとを小ず。

衝撃波発生器の機能を説明する観点から、ごの理論から
発生ずる重要な原理は、波形が非線形伝送線路に沿って
進行するとき、同し波形の異なる部分が、その波形の各
個別の振幅または電圧に応じて、異なる時間に線路の端
に到達するということである。特に、第４図は時間′Ｉ
″ｌの後、振幅Ａまで■二昇する低い振幅を有する前縁
を備えた波形を表わしている。この信号が第１図に措い
た非線形伝送線路に沿って進行すると、この信号の高ｉ
ｔ】　２ 圧の部分が信号の低振幅の部分より大きい速さで線路を
進行することになる。この非線形性のため、究極的に、
信号の高電圧の部分が、その伝播速度がより大きいごと
により、その信号自身の前縁の低電圧部分に追いつき、
これを捕えて衝撃波を発生ずる。波形の高電圧部分が追
いついた瞬間に、信号の二つの部分が、第５図に示すよ
うに、重なり合う。

第５図に描いたこのスパイクはサンプラ回路で良好に利
用することができる衝撃波である。衝撃波を発生する際
に最も重要な因子は伝送線路の構成であって、これは入
力波形の高電圧部分が低電圧部分に追いついて衝撃波を
形成することができるよう充分に長くする。衝撃波を合
成する場合の臨界線路長ＮＰＢは次式で与えられる。

Ｒｓ　＝　（Ｖｒｏ・１−４　）　／　（１−（Ｖｐｏ
／Ｖｒａ）　）こごでＶｒｏは■が実質上０である場合
の信号の位相速度。

′Ｉ゛１ば■−０とＶ　＝　Ａとの間の入力遷移時間、
ＶＰＡはＶ＝Ａのときの信号の位相速度。

伝送線路に沿って適切な区間１８を選定するごとにより
、１００Ｇｌｌｚを超える未到のサンプリング帯域幅を
備えたザノブラ回路用の、速度の速い・連の、縁の鋭い
パルスを供給する衝撃波発生器を設置ｉＩすることがで
きる。

サンプラ回路構成の概略説明 第６図はサンプラ回路１０の概要図を示す。局部発振器
段１２は局部正弦波発振器１８により駆動される平衡変
圧器１６の入力側と直列になっている・７ス抵抗１４を
備えている。サンプラ回路１０に組込まれている平衡変
圧器１６の詳細な説明は１９７９年にマサチュセッツ州
ＤｅｄｈａｍのＡｒｔｅｃｈ　ｌ１ｏｕｓｃから刊行さ
れた、Ｋ、Ｃ，Ｇｕｐｔａ等の著したｆマイクロストリ
ップ・ラインおよびスロットライン（Ｍｉｃ汀ｏｓｔｒ
ｉｐ　１．１ｎｅｓ　ａｎｄ　５ｌｏｔ、１ｉｎｅｓ）
　Ｊと題するテキストに見ることができる。衝撃波発生
段２０はＬ部分岐２２および下部分岐２４を備えた非線
形伝送線路を備えている。複数の衝撃波発生器段バラク
タ２６は慎重に選定した間隔２８で伝送線路２２および
２４の２本の導体を接続している。タランビング・ダイ
オ−１−段３０ば衝撃波発生器２０に続く。クランピン
グ・ダイオード段の一つのバラクタ３６はサンプラ１０
のこの区画で伝送線路の上部分岐３２と下部分岐３４と
を接続している。

無負荷伝送線路導体４０および４２を備えている遅延段
３８はクランピング・ダイオード段３０とサンプリング
段４４との間にある。この最終区画には抵抗性シＥ＋−
１５０と直列に接続された上部導体４６および下部導体
４８を備えた伝送線路がある。サンプラ段４４の内部の
回路通路およびループに沿う多数の接合すなわち接続点
には小文字ａからｎまでを付けて読者が特定の構成要素
の位置をつきとめるのに役立てである。第１のＲＦ　（
無線周波数）入力終端抵抗５２は線４６の接続点ａに、
および接続点Ｃで第２のＲＦ入力終端抵抗５４に接続さ
れており、この終端抵抗５４は、接続点すで線４８にも
接続されている。第１のサンプリング・コンデンサ５６
は接続点ｄで伝送線路４６に、および接続点ｆで第１の
サンプリング・ダイオード５８の陽極端子に接続されて
いる。第１のサンプリング・ダイオード５８の陰極端子
は接続点ｇで第２のサンプリング・ダイオード６０の陽
極端子に接続されている。第２のサンプリング・コンデ
ンサ６２は接続点りでの第２のサンプリング・ダイオー
ド６０への結合、および接続点ｅでの伝送線路４日への
結合を通してこの通路を完成する。

導体が接続点Ｃおよびｇを、ＲＦ入力正端子として働く
接続点ｉに接合しており、接続点ｉは接続点ｊの接地端
子と対を成している。

ＩＰ　（中間周波数）結合回路網６４はサンプリング段
４４の中にある。この回路網６４は接続点ｆで始まり接
続点りで終るループである。直列に配置されている回路
６４の構成要素には接続点ｆとｋとの間の第１のＩＦ出
力結合抵抗器６６、接続点にと１との間の第１のＩＦ出
力結合コンデンサ６８、接続点ｌとｍとの間の第２のＩ
Ｐ出力結合コンデンサ７０、および接続点ｍとｈとの間
の第２のＩＰ出力結合抵抗器７２がある。第３のＩＰ出
力結合抵抗７４は接続点にとｍとを橋絡している。接続
点ｌと接地接続点ｎとはサンプラのＩＰ比出力端子とし
て働く。

好適実施例に対する設計考察および仕様第６図に示すバ
ラクタ２６および３６は非線形電圧依存コンデンサとし
て働く装置であればどんなものでもよい。本発明の最良
の態様では、超階段ＧａＡｓショットキ・ダイオードを
使用している。これらは概要図では該素子の固有抵抗を
説明するためにダイオードおよび抵抗器の二つの記号で
表わしである。超階段ダイオードはその著しい非線形キ
ャパシタンス対電圧特性に関して選択しである。

これら要素のこの大きな非線形性のため、設計者は比較
的短い非線形伝送線路２２．２４を使用して狭くかつ鋭
い縁を有するパルスを得ることができる。

ダイオード２６のゼロ・バイアス接合キャパシタンスＣ
ｊｏ　、およびダイオード同志の間隔２８は、装荷線路
２２．２４の大信号インピーダンスが５０オームになり
、遮断周波数が所定の衝撃波パルスのスペクトル周波数
よりはるかに高くなるように選定される。

対照的に、クランピング・ダイオード部３０のダイオー
ド・バラクタ３６は衝撃発生器ダイオード２６より小さ
なＣｊｏおよび大きな直列抵抗を備え、サンプラ回路１
０の内部の反射により生ずるスプリアス・リンギングを
極小にしている。ＣｊｏＯ値が比較的小さいことにより
「導通」コンダクタンスが低くなりＲＣｊ　ｏ時定数を
同一に保ちながら一層多くの電力を吸収する。積ＲＣｊ
　ｏは一定に保たれて区画３０による衝撃波の前縁の劣
化を可能な限り少くしている。直列抵抗Ｒが大きくなれ
ば、−層多くの電力を吸収することにより反射が減る。

サンプリング部４４から反射する信号の極性は到来する
信号とは反対であり、したがってクランピング３０でダ
イオードを順方向にバイアスする。この結果、反射信号
はクランピング・ダイオード３６で抵抗性負荷を加えら
れ、したがって強く吸収される。

このサンプラに対する伝送線路の選択は一般に特定のモ
ノリシック集積の目的によって制限されるだけであり、
これについては以下に詳細に説明する。周知の広く利用
されているどんな伝送線路の組合せでも使用することが
できる。これらにはマイクロストリップ、共面導波管、
共面線路、および各種スロットライン構成がある。伝送
線路２２．２４の無負荷特性インピーダンスは、固有分
散のレベルが受容不可能に高くなり衝撃波発生器パルス
の立Ｉ遅ツ時間が短いという性質を劣下させることにな
るインピーダンスまで、可能な限り高く選定される。高
無負荷インピーダンスは、また、縁の鋭いパルスを発生
ずる、ダイオード・バラクタ２６シ のキャパシタンスによる容量性負荷を大きくすることを
可能にする。各間隔２８の長さはその関連する遅れが区
画２０で発生した衝撃波の立上り時間よりはるかに短く
なるように選択される。無負荷インピーダンスが高いと
単位長あたりのインダクタンスが大きくなり、かつ単位
長あたりのキャパシタンスが小さくなって衝撃波発生器
部の全線長を短くしやすくなる。遅延部３８は特性イン
ピーダンスが５０オームの無負荷伝送線路４０．４２を
備えている。遅延部３８の長さは反射信号が衝撃波の前
縁とインタフェースしないように選択される。このため
には区画３８で導入される遅延が区画２０で発生される
衝撃波の立上り時間の少くとも２倍でなりればならない
。

サンプリング段４４において、抵抗性短絡部５０ば短絡
伝送線路として動作する非常に低い抵抗を発生ずる。こ
の構成部分はサンプラ回路１０の終端であって、局部発
振器段１２に向って線路４６および４８を戻る反射を発
生ずる。この短絡部ばサンプリング・ダイオードを遮断
する逆極性反射波を送り）ｋす。区画３０の端から抵抗
性ショート５０へ、および区画３０の端まで戻るパルス
の全往復時間はパルス反復速さより小さくして連続パル
スｌ？ｆｌの干渉を防止するのがよい。

５ＰＩＣＥソフトウェア・パッケージを使用して本発明
人が行った実際のシミール−ジョンに基き、回路１０の
好適実施例での各種構成要素およびパラメータの仕様を
次の表に示す。

第１表 局部発振器段１２ ソース抵抗１４　　　　　　　　　　　．５０オ一ム衝
撃波発生器段２０ 無負荷伝送線路インピーダンスＺ。２０３．５オー１１
ダイオード２６間の伝送時間遅れ　　０．３９ピコ秒ゼ
ロバイアス接合キャパシタンスＣｊｏ　　　２１０ｆＦ
ダイオード接合ドーパント格付け（ｇｒａｄｉｎｇ）係
数ｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．５ダ
イオ一ド直列抵抗　　　　　　　　１５オームダイオー
ド２６の数　　　　　　　　　　　　　１５クランピン
グ・ダイオード段３０ 無負荷伝送線路・インピーダンスス０５フオーム伝送時
間遅れ　　　　　　　　　　１．４ピコ秒ゼロバイアス
接合キャパシタンスＣｊｏ　　　５０ｆＦダイオ−１゛
接合ドーパント格付は係数ｍ１．５ダイオードの直列抵
抗　　　　　　　２５オームダイオード３６の数　　　
　　　　　　　　　　　１遅延段３８ 伝送線路インピーダンス７０５０オーム伝送線路時間遅
れ　　　　　　　　　１５ピコ秒サンプリング・コンデ
ンサ５６および６２　　２ｐＦランプリング・ダイオー
ド５８および６０：ゼロバイアス接合キャパシタンスＣ
ｊｏ　　１００ｆＦ接合ドーパント格付は係数ｍ　　　
　　　１．．５直列抵抗　　　　　　　　　　　　　１
オ一ムＩＦ出力結合抵抗器６６および７２　　　５オ一
ムＩＦ出力結合抵抗器７４９０オーム ｉＦ出力結合コンデンザ６８および７０　　　　　４ｐ
Ｆ短縮伝送線路インピーダンス２゜　　　５０オーム短
縮伝送線路遅れ　　　　　　　　　５ピコ秒抵抗性ショ
ート５０の抵抗　　　　　　１５オームサンプラの動作
および実験結果 サンプラ１０の動作を開始するには、サンプルずべき無
線周波数入力を第６図に示す端子ｉおよびｊにわたって
加える。入力インピーダンスを５０オームに合せる。

局部発振器段１２からのサンプリング信号は衝撃波発生
器段２０に入り、ダイオード２６の非線形性によりサン
プラを駆動するのに使用される険しい縁が生ずる。成る
高い中間周波数の用途では、パルス発生器を除去するこ
とができ、サンプラ１０を正弦局部発振器１８で駆動す
ることができる。伝送線路２２および２４の上部および
下部の分岐は第６図で「十」および「−」の符号で示す
ように正および負の極性を持っている。この極性の結果
、入力パルスの前縁が各ダイオード２６を逆バイアス状
態に駆動する。この入力により発生される衝撃波は伝送
線路に沿って進行して接続点ａおよびｂでサンプリング
段４４に入る。サンプリング・ダイオード５８および６
０の配列のため、第１のサンプリング・ダイオード５８
は接続点ｄから接続点ｅにわたって加えられる正電圧に
より順方向にバイアスされる、すなわち導通ずる。第２
のサンプリング・ダイオード６０も接続点ｅから接続点
ｄにわたって加えられる負電位のための順方向にバイア
スされる、すなわち導通する。両ダイオード５８および
６０が衝撃波パルスにより導通すると、電流のわずかな
サンプルが接続点ｄから接続点ｅまでの通路を通って流
れる。サンプリング・コンデンサ５６および６２で捕え
られた電荷の差により電流が、ブリーディング（ｂｌｅ
ｅｄｉｎｇ）抵抗６６．７２および７４を含むＩＦ結合
回路ｍ６４を通って、流れる。これら三つの抵抗器の抵
抗はパルス反復速さを大きくするよう可能な限り小さく
なっている。抵抗器７４の抵抗の抵抗器６Ｇおよび７２
の抵抗の和に対する比はＩＦ変換効率が可能な限り最高
になるように可能な限り大きくなっている。コンデンサ
６８および７０はサンプルした電流を貯えず、その目的
は、それが無い場合回路網６４を流れるＤＣ電流を阻止
することがある。接続点ａとｂとの間にある抵抗器５２
および５４はサンプラ段４４でＲＦ倍信号吸収する負荷
抵抗器である。

抵抗性短絡路５０は伝送線の低インピーダンス終端であ
る。伝送線路のこの部分は衝撃波を微分して幅が伝送線
路遅れの２倍に等しい狭いパルスを発生する。信号が抵
抗性短絡５０に到達すると、伝送線路の反対の端に向っ
て逆極性の反射としてはね返る。これらの反射波形は、
サンプリング・ダイオードのバイアスを逆転してそれら
をターンオフし、サンプリングパルスの時間接続を決定
する。

これら反射波は、また、クランピング・ダイオード段３
０で制御されるスプリアス・リンギングを生ずる。クラ
ンピング部が所定位置に無ければ、反＝２３ 耐波は衝撃波発生器バラクタ２６を順方向にバイアスす
ることになる。サンプリング段４４に向って戻る第２の
反射はサンプリング・ダイオード５８および６０を悪い
時機に導通させる。クランピング・ダイオード３６の順
方向バイアス・コンダクタンスがバラクタ・ダイオード
２６より低いので、サンプリング・ダイオード５８およ
び６０に戻る反射が減る。

クランピング・ダイオード３６は直列抵抗も高いので一
層多い電力を吸収して反射を減らす。

サンプラ１０の混合ＩＦ出力は端子ｌおよびｎから取出
される。第７図および第８図はシミュレーション結果を
示すものでサンプリング・ダイオード５８および６０を
通る電流パルスを描いである。第８図は第７図に示すパ
ルスの一つの拡大図（１目盛が１０ピコ秒）である。グ
ラフは最大値の１／２のところ全幅２．６ピコ秒を示す
サンプリング・ダイオードを通る電流を描いたもので、
この幅は約１３４Ｇｔｌｚの３ｄＢの帯域幅を表わして
いる。

モノリシック・サンプラの製作 上述したサンプラ回路装置のモノリシック構成は伝統的
な写真食刻法を用いて実現される。第９図（ａ）は半絶
縁（Ｓ、　１．）砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板７６の
上に形成したダイオード７５の側面図を示す。これらダ
イオード７５を変えて上に説明したダイオード２６．３
６．５８、または６０を作ることができる。次ニ分子ビ
ーム・エピタキシー法を用いてｎ”ｌ１７８をＳ、１．
基板７Ｇ上に成長させる。最上Ｊｉ８０はやはり分子ビ
ーム・エピタキシー法を用いて形成されるｎ　（Ｘ）層
と呼ばれる超階段ドーピング層である。このドーピング
・プロフィールｎ　（Ｘ）は上の方程式（２）で述べた
必要なキャパシタンス変化を生ずる。この式ｍ値はドー
ピング・プロフィールｎ　（Ｘ）を決める。個々のダイ
オードを陽子ボンバードメントにより分離し、ｎ　（Ｘ
）層の部分をエッチしてから、オーミック接触８２をチ
タン−金−ゲルマニウム合金から堆積し、ショトキ−接
触８４をチタン−白金−金金属を用いて堆積する。第９
図（ｂ）は堆積したショットキー接触８４の上面図に示
す。１対の伝送線路８６（これを上述では２２．２４．
３２．３４．４０．４２．４６、および４８と称してい
る）を舌部８８およびヨー＝２６− り部９０を通して結合する。オーミンク接触９２はヨク
部９０の上に形成されているように示しである。

第９図（ｃ）はモノリシンクに製作した抵抗器９４を示
ずものζ、ぞの両端でオーミック接触９８七接合してい
るｎ゛ストリツプ備えている。コンデンサは２枚の接続
金属を誘電体様窒化シリコンで分離することにより形成
される。窒化シリコンは他の構成要素の不動態層として
も使用される。第９閏に示す抵抗器、およびコンデンサ
はコンデンサ５６．６２．６８、および７０、および抵
抗器５０．５２．６６．７２、および７４を作る種々な
値を取るように製作される。

適切な１−ビッグ・レヘルを決定するのに使用される関
数を第１０図に示す。第１１図は１対の伝送線路８〔；
を接続しているダイオード７５の完成したアレイを示゛
（゛れはダイオード２６．３５．５８、または６０を作
るように変えるこよができＣ）、。

第１２図は完成したモノリシック・ザノブラの概要図を
示す。局部発振器１８からの入力は平衡不平衡変成器１
６を通って、ダイオード２６により接続されている伝送
線路２２および２８を備えた衝撃波発生器部２０に伝え
られる。衝撃波発生器２０の出力◇’ｊ’：　１．１ク
ランピング部３０を通して遅延部３８と結合されている
。最後に、衝撃波はサングラ部４４に入るが、これを第
１３図に拡大図で示しである。伝送、線路部４０および
４２は衝撃波を抵抗器５２および５４を通ってサンプラ
部４４のコンデン４」５６および６２に連ふ。ザンブリ
ング・ダイオード５８および６０はコンデンサ”５６お
よび６２とＲＦ大入力の間に直列に示しである。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明を用いるごとにより、１０
０ＧＨｚ以ｌ−でもサンプリング動作がｌＩ」能な、信
転性が高く、製造しやすいザンゾラを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はバラクタによって橋縮された、非線形伝送線路
の概略図である。 第２図は超階段バラクタに印加される電圧よ４千バシタ
ンスとの関係を示す図である。 第３回は信号が非線形伝送線路を移動するときの位相速
度の、超階段バラクタに現われる信号型圧に対する依存
性を示す図である。 第４図及び第５図は第１図に示す非線形伝送線路を波形
が移動するときの波形の変化を示す図であり、第４図は
信号が線路の入力端に入る時の信号の電圧対時間をプロ
ットした回、第５回は信号が線路の出力端に向けて移動
したときの結果生じる衝撃波を示す図である。 第６図は本発明の概略回路図である。 第７図及び第８図は２発明の使用によって達成される利
益を表すシミュレーション結果の図である。 第９図は本発明の一部分のモノリシック構造を示す図で
ある。 第１０図はモノリシック・ダイオードのｎ　（Ｘ）層に
わたるドーピングプロフィールを作成するのに用いられ
る方程式のグラフを示す図である。 第１１図は２つの伝送線路のにわたって形成された一連
の超階段ダイオードを示す図である。 第１２図は全サンプラ回路のモノリシンク集積を示す概
略図である。 第１３図は第１２図の−・部を拡大した図である。 １２：局部発振器段 ２０：衝撃波発生段 ３０：クランピング・ダイオード段 ３８：遅延段 ４４：サンプリング段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）局部発振信号発生手段と、 前記局部発振信号発生手段に結合され、複数のバラクタ
   によって橋絡された非線形伝送線路を備えた衝撃波発生
   手段と、 前記衝撃波発生手段に結合され、一対のサンプリング・
   ダイオードに結合された一対のサンプリング・コンデン
   サと、ＩＦサンプル出力を発生する出力端子を有するＩ
   Ｆ出力回路網とを備えたサンプリング手段と、 を備えて成るサンプラ。
2. （２）前記衝撃波発生手段と前記サンプリング手段との
   間に、バラクタを有するクランピング手段を設けて成る
   請求項（１）記載のサンプラ。
3. （３）前記クランピング手段と前記サンプリング手段と
   の間に信号遅延手段を設けて成る請求項（２）記載のサ
   ンプラ。