JPH03296667A - 温度補償された電力検出回路 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、−数的には、電力を検出するための回路に
関し、かつより特定的には、温度補償を有するそのよう
な回路に関する。

［従来の技術］ 広い帯域、例えば、０．４ＭＨｚから１００１００Ｏに
わたる電力の検出および／または計測を提供することが
望ましい多くの用途がある。そのような要求の１つの例
は興なる周波数で動作する無線周波（ＲＦ）送信機を試
験するための電子機器によって与えられる。より特定的
には、そのような送信機の出力電力を製造、動作および
修復試験の間に測定することが望ましい、さらに、これ
らの用途に用いられる電力検出回路は広い範囲の温度、
例えば０℃から７０℃にわたり動作することが望ましい
。

電力検出および計測のために従来より回路が開発されて
いる。これらの回路の幾つかはダイオードおよび演算増
幅器のような複数の構成要素を含む、他の従来技術の回
路はサーミスタを利用する。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来技術の回路は多数の構成要素を用いてお
り信頼性の問題を有する傾向がある。さらに、広い周波
数帯域で動作するための幾つかの従来技術の回路構成は
時間のかかる試験が必要でありかつ価格を上昇させる調
整手順が必要となる。

そのうえ、幾つかの従来技術の回路は広い温度範囲にわ
たり正確な結果を提供しない。

従って、本発明の目的は、構成部品の数が最小化されか
つ最小の調整を要求する温度補償された、電力検出回路
を提供することにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明の特定
の実施例に係わる温度補償された電力検出回路は整流器
、増幅器および温度補償回路を含む。該整流器回路は所
定の温度特性を有しておりかつ温度変化と共に望ましく
ない変化をする大きさを有する制御信号を提供する。該
制御信号は検出されるべき電力レベルを有する入力信号
に応じて提供される。前記増幅器は反転および非反転入
力を有する。この増幅器入力の１つは制御信号を受ける
よう接続されている。前記温度補償回路は温度補償信号
を前記増幅器の他の入力に提供する。この補償信号は整
流器回路の所定の温度特性に類似する温度特性を有して
いる。前記増幅器はこの補償信号におよび前記制御信号
に応答して電力表示信号を提供するが、この電力表示信
号はこれも一定のままである入力信号の電力レベルに応
答して、所定の温度範囲にわたり実質的に一定のままと
なる振幅を有している。

電子的ｒルックアップ（ｌｏｏｋ　ｕｐ）　Ｊテーブル
を、実際の電力レベルおよび電力表示信号の大きさの間
の非線形関係を補償するために用いることができる。

［実施例コ 本発明のより完全な理解は添付の図面と共に以下の詳細
な説明および請求の範囲を参照することにより得られる
。

第１図は、本発明の１実施例に係わる電力検出回路１０
の回路図である。減衰器１６の入力端子１２および１４
は検出および／または計測のための電力を提供する送信
機のようなＲＦ電力供給回路の出力端子に接続されてい
る。知られた構成を有する減衰器１６は端子１２および
１４の間に、例えば５０オームのような、所定の大きさ
の負荷を提供する。減衰器１６はまた２４デシベル（ｄ
ｂ）のような知られた量の減衰を提供するようにするこ
とができる。減衰器１６の出力端子１８は直流（ＤＣ）
阻止容量１９を通り検出用ダイオード２２のカソード電
極２０に結合されている。抵抗２３の一方の端子はカソ
ード２４に接続されている。抵抗２３はダイオード２２
のための直流リターンパスを提供する。「ホットキャリ
ア」ダイオードがダイオード２２として使用でき、およ
そ０．５ピコフアラツドの低い容量を提供する。従って
、「ホットキャリア」形式のダイオードはより大きな接
合容量を有する他の種類のダイオードよりもＲＦに対し
より大きな量のシリーズまたは負荷インピーダンスを示
す、従って、ホットキャリアダイオードは入力端子１２
および１４に接続された駆動回路に対し望ましくない負
荷にならない傾向となる。ダイオード２２のアノード２
４は抵抗２６を通りノード２８に結合されている。フィ
ルタ容量３０はノード２８と負またはグランド電源導体
３２との間に接続されている。減衰器１６の出力端子３
４もまた導体３２に接続されている。

抵抗３５がノード２８およびノード３６の間に接続され
ている。容量３７はノード３６と導体３２との間に接続
されている。正の電源導体３８が抵抗４０を通りノード
３６に接続され、かつ抵抗４２を通りノード４４に接続
されている。知られた構成を有するモトローラ社の集積
回路（ＭＣ３４０７２Ｄ）とすることができる、演算増
幅器４６はノード３６に接続された非反転入力端子４８
およびノード４４に接続された反転入力端子５０を有し
ている。増幅器４６の出力端子５２は電力検出器１０の
出力端子５６に接続され、かつフィードバック抵抗５８
を通りノード６０に接続されている。温度補償ホットキ
ャリアダイオード６２はノード４４に接続されたアノー
ド電極６４およびノード６０に接続されたカソード電極
６６を含む、オーディオ周波数のフィルタ容量６８がノ
ド４４と導体３２との間に接続されかつ放射ＲＦフィル
タ容量７９がノード４４および６０の間に接続されてい
る。抵抗７０はノード６０を負の電源供給導体３２に結
合しこの負の電源供給導体３２はまた電力検出回路１０
の出力端子７２に接続されている。

もし一定量のＲＦ電力が端子１２および１４の間に印加
されれば、出力端子５６および７２の間の出力電圧もま
た、たとえ回路１０の構成部品の温度が０℃から７０℃
までのような所定の範囲にわたり変化したとしても、一
定の電力レベルを表わす固定レベルのままであることが
望ましい、これらの構成部品の温度は例えば減衰器１６
により放散される熱のためにかつ周囲温度の変化のため
に変化し得る。検波器ダイオード２２の温度が変化する
と、そのジャンクション電圧がほぼ１ミリボルト／℃の
割合で変化する。この電圧の望ましくない変化は増幅器
４６の非反転入力端子４８に印加される制御電圧の大き
さに対応する望ましくない変化を与えることとなる。こ
のことは出力端子５６および７２の間の電力表示出力電
圧の大きさを不本意に変化させる。

温度補償用ダイオード６２が増幅器４６の反転入力端子
５０に与えられる補償電圧の大きさに対し対応する変化
を提供するよう構成されている。

その結果、増幅器４６はこれらの温度依存電圧振幅の変
化が互いに他の出力を実質的に打消しダイオード２２の
温度が変化しても出力端子５６と７２との間に実質的に
一定振幅の電力表示電圧を提供することを可能にする。

この結果を達成するために、ダイオード２２および６２
は緊密に整合された電気的特性を有しかつこれらの特性
における同じ動作点にバイアスされることが望ましい、
従って、正の電源供給導体３８からダイオード２２と直
列のかつ抵抗４０，３５．２６および２３を含む直流回
路レッグまたは経路は導体３８から抵抗４２および抵抗
５８と７０の等価抵抗を通る直列回路により与えられる
ダイオード６２と直列の抵抗にほぼ等しいことが望まし
い、より特定的には、抵抗４０および４２の抵抗値は比
較的高い値を有することができるが等しい値とすること
ができ、それによりノード３６および４４が電流源の出
力端子を近似しこの電流源の電流は各ダイオード２２お
よび６２を低い容量値を有しかつ、従って、計測される
べき電力を提供する入力回路に過負荷とならない高イン
ピーダンスを有するようにバイアスする。抵抗３５．２
６および２３はノード６０における抵抗５８および７０
により提供される等価抵抗とほぼ同じ抵抗値を持たせる
ことができる。これらの経路の各々における抵抗は従っ
てダイオード２２および６２がそれらの動作特性におけ
るほぼ同じ点にバイアスされるように構成される。各ダ
イオードは例えば少し導通的になるようバイアスするこ
とができる。

ダイナミック動作の間、検出されるべきあるいは計測さ
れるべき電力レベルを有する正弦波状あるいは交番人力
ＲＦ傷信号減衰器１６の入力端子１２および１４の間に
印加されかつ端子１８および３４の間に展開される。容
量１９は交流（ＡＣ）入力信号の直流レベルを阻止し、
それによりそれが交流電力表示に妨害を与えないように
する。ダイオード２２は入力信号の負方向遷移部分によ
り導通的にされる。抵抗２６および３５および容量３０
および３７はダイオード２２によって提供される整流さ
れた信号の交流成分の大部分をろ波除去するよう協働す
る。ノード８０における直流電圧は端子１８におけるＲ
Ｆ＠圧のピーク値からダイオード２２の接合電圧（φ）
を減じたものに等しい大きさを有することとなる。抵抗
２６もまたダイオード２２の直列抵抗の影響をなしにす
るよう動作する。従って、増幅器４６の入力端子４８に
直流制御電圧が与えられる。増幅器の利得を決定するフ
ィードバック抵抗５８および７０は高い値の抵抗を有す
るものとなる。抵抗５８および７０の並列結合はグラン
ドに対する等価抵抗を形成する０例えば、抵抗５８およ
び７０が各々ＩＫオムであれば、等価抵抗は５００オー
ムでありこれはほぼ抵抗３５の値になる。従って、ノー
ド４４からグランドへの全抵抗はダイオード６２の抵抗
に抵抗５８および７０の５００オームの等価抵抗を加え
たものになる。この全抵抗はほぼ（公称）ノード３６か
らグランドへの抵抗に等しくなる。

抵抗５８および７０は知られた態様で増幅器４６の利得
を例えば１と２の間のような所望の値となるよう決定す
る。

従って、もし入力端子４８の制御電圧の大きさが電圧Ｖ
のビーク−φでありがっ反転入力端子５０における入力
信号の大きさが−φであると仮定されかつ増幅器４６の
利得が２であれば、出力端子５６および７２の間にはほ
ぼ電圧Ｖのピークの２倍の大きさを有する電圧が発生す
るであろう。

端子５０におけるダイオード６２によって提供されるφ
成分はダイオード２２によって入力端子４８に与えられ
るＷましくない感温φ成分を打消すであろう。これらの
φ成分は回路１ｏにおいて温度と共に出力電圧が変化す
ることに対する主な貢献要素であるためそれらの打消し
は端子５６および７２の間における出力電圧の大きさが
、一定の電力入力信号に対し０ないし７０℃の間で周囲
温度が変化しても実質的に一定に維持される結果となる
。

より特定的には、第２図は、端子５２および７２の間の
増幅器４６の出力電圧の大きさを計測するための縦座標
軸８０および入力端子１２および１４の間の１ミリワツ
ト（ｄＢｍ）より上または下の入力電力の大きさをデシ
ベルで計測するための横座標軸８２を示し、カー１８３
を提供する。

入力電力の与えられた値はポイント８４で示されこれは
一定の温度の下においては出力端子５２および７２の間
における、レベル８６で示される一定振幅の出力電圧を
提供する。もしダイオード６２の補償効果が回路１０か
ら排除されれば温度変化によって増幅器４６の出力電圧
が、ポイント８４で示されるＡＣ入力電力の大きさが一
定のままであっても、レベル８８および９０の間で望ま
しくない変化を起こさせる。出力端子５６および７２の
間に接続された電圧計はダイオード２２の温度のみが変
わった場合入力信号の電力が変わったことを誤って表示
するであろう。

第３図は、回路１０の出力端子５２および７２の間にお
ける出力電圧の大きさを計測するための縦座標軸９２お
よびＡＣ入力電力の大きさをｄＢｍで示す横座標軸９４
を有するグラフを示す、カーブ９６は、温度補償用ダイ
オード６２を含みかつ以下の表に示される値の構成部品
を有する回路１０に対する０ないし７０℃の間の温度範
囲にわたる特性を示している。

容量１９，３０，３７．６８ 抵抗２３ 抵抗２６ 抵抗３５ 抵抗４０．４２ 抵抗５８．７０ 容量７９ 先に述べたように、 マイクロファラッド オーム オーム ム キロオ オーム ピコファラッド ム ０．１ ５１．１ ２２．１ ４７５第 ４７．５ ０００ ００ ダイオード２２の温度変化 の多くはそこに印加される入力信号の電力を放散する減
衰器１６によって引き起こされ得る。従って、ダイオー
ド２２および６２は減衰器１６に関してほぼ同じ熱流経
路に配置され、それによりそれらが同じ温度に保たれダ
イオード６２がダイオード２２を緊密に補償できるよう
にすることが望ましい、ダイオード６２および２２は例
えば、モトローラ社のＭＭＢＤ５０１型とすることがで
きる。

第２図の特性８３の曲率によって示されるように、端子
５６および７２の間の出力電圧は入力電力８２と共に非
線形の態様で変化する傾向となる。

より特定的には、この出力電圧はより低い電力レベルに
おいては２乗則になる傾向にあり、かつより高い電力レ
ベルにおいては直線的になる傾向がある。従って、幾つ
かの応用においては、「ルックアップテーブル」を設け
ることにより、特定の出力電圧の大きさに対応して正し
い電力レベルがその表から読取れるようにすることが必
要である。

このルックアップテーブルは平均電力あるいはビーク電
力のいずれかを提供するよう構成できる。

この表は図表の形で提供することもでき、あるいは「ル
ックアップテーブル」は電子的に提供することもできる
。

次に第４図を参照すると、アナログ−デジタル（Ａ−Ｄ
）回路１０４は回路１０からアナログ出力電圧を受け、
かつそれをマイクロプロセッサ＜ＭＰＵ）１０６には印
加されるデジタル信号に変換する。第１図に示される回
＃＆１０は端子５６において負方向に遷移する振幅を有
する出力電圧を提供しこれはＡ−Ｄ変換器１０４に接続
される。

もし正方向に遷移する出力電圧が望ましい場合には、ダ
イオード２２および６２の極性および端子３８および３
２の電源供給極性を反転することができる。ＭＰＵ１０
６は消去可能プログラム可能読取り専用メモリ（ＥＰＲ
ＯＭ）１０８にデジタル信号を提供し、このＥＰＲＯＭ
１０８は知られた態様でその中にプログラムされた経験
的に得られたルックアップテーブルを有しかつＭＰＵｌ
０６に適切な対応する電力レベルの値を提供し、該ＭＰ
Ｕ　１０６は次に適切なデジタル信号をデイスプレィ１
１０を制御するために提供する。

もし必要であれば、先に述べたダイオード６２および２
２に対する直列バイアス経路において、１つの経路に他
の経路より少量だけ多くの抵抗を与えることにより意図
的な不平衡を作り出し、回路１０が通常の状態でＡ−Ｄ
変換器１０４の範囲内にある出力信号を提供できるよう
にすることもできる。そのうえ、抵抗５８および７０の
値は増幅器４６の利得を調整するために選択でき、この
場合電力検出器１０の出力端子５６および７２の間の信
号の大きさの範囲がＡ−Ｄ変換器回路１０４の範囲をカ
バーするがそれをオーバドライブしないようにすること
ができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、最小数の構成部品を有
しかつ温度に間し最小量の調整またはアライメントを必
要とする温度補償された電力検出回路１０が提供される
１本実施例に係わる回路は０．４ＭＨｚから１００１０
０Ｏの広い周波数範囲にわたり動作する。

また、本発明が好ましい実施例を参照して特定的に示さ
れかつ述べられたが、当業者は本発明の範囲から離れる
ことなく形式上および細部における変更を成すことがで
きることを理解するであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例に係わる温度補償された電
力検出回路を示す概略的ブロック回路図、第２図は、第
１図の回路の出力電圧の大きさを入力電力の関数として
示すグラフ、 第３図は、第１図の回路の出力電圧の大きさを異なる入
力電力レベルに対する温度変化の関数として表わす特性
範囲を示すグラフ、そして第４図は、第１図の回路の出
力電圧の大きさに対応する電力レベルを決定するなめに
用いられる電子的ルックアップテーブルを示すブロック
回路図である。 １０　： １２゜ １６　： １８゜ 　９ ２２゜ ２３゜ 抵抗、 ４６： ５６゜ ４８： ５０： ５２： ０４ ０６ ０８ １０ 電力検出回路、 １４：入力端子、 減衰器、 ３４：減衰器１６の出力端子、 ３０　３７．６８．７９：容量、 ６２：ダイオード、 ２６．３５，４０，４２，５８゜ ７０： 演算増幅器 ７２：電力検出回路１０の出力端子、 非反転入力端子、 反転入力端子、 演算増幅器４６の出力、 ：Ａ−Ｄ変換器、 ：マイクロプロセッサ、 ：　　ＥＰＲＯＭ、 ：ディスプレイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力信号の電力の大きさと共に変化する大きさを有
   する電力表示出力信号を提供するための温度補償された
   電力検出回路であって、該電力検出回路は、 所定の温度特性を有する整流器手段であって、該整流器
   手段は入力信号を受けかつ温度変化と共に所望しない変
   化を行なう大きさを有する制御信号を提供するもの、 第１の入力端子、第２の入力端子および出力端子を有す
   る増幅器手段であって、該増幅器手段は前記第１の入力
   端子に印加される信号の極性を変化しないままとし、か
   つ前記増幅器手段は前記第２の入力端子に印加される信
   号の極性を反転するもの、 前記制御信号を前記整流器手段から前記増幅器手段の前
   記第１および第２の入力端子の内の１つに結合する第１
   の回路手段、 前記整流器手段の前記所定の温度特性に類似する温度特
   性を有する補償信号を提供するための温度補償手段、 前記補償信号を前記増幅器手段の前記第１および第２の
   入力端子の内の他のものに結合する第２の回路手段、そ
   して 前記増幅器手段は前記制御信号および前記補償信号に応
   答して一定の大きさの電力レベルを有する入力信号に応
   答して所定の温度範囲にわたり実質的に一定のままであ
   る大きさを有する電力表示出力信号を提供するもの、 を組合わせ具備することを特徴とする温度補償された電
   力検出回路。 ２、さらに、 第１の極性の電源電圧を与えるための第１の電力供給導
   体手段、 第２の極性の電源電圧を供給するための第２の電力供給
   導体手段、 前記所定の温度特性を有する第１の電子制御手段を含む
   前記整流器手段、 前記第１の電子制御手段および前記第１の電源供給導体
   手段と前記第２の電源供給導体手段の間に延在する第１
   の抵抗手段を含む第１の回路経路手段であつて、前記第
   １の抵抗手段は所定の大きさを有するもの、そして 前記第１の電源供給導体手段と前記第２の電源供給導体
   手段の間に延在する第２の回路経路手段であって、該第
   ２の回路経路手段は、前記第１の電子制御手段の温度特
   性に実質的に同じ温度特性を有する第２の電子制御手段
   および前記第１の抵抗手段の抵抗と実質的に同じ大きさ
   の抵抗を有する第２の抵抗手段を含み前記第２の電子制
   御手段が前記第１の電子制御手段と実質的に同じ温度特
   性を有することを可能にするもの、 を含む請求項１に記載の温度補償された電力検出回路。 ３、前記増幅器手段はそれぞれ前記第１および第２の入
   力端子に対応する非反転および反転入力端子を有する演
   算増幅器であり、 前記第１の回路手段は前記制御信号を前記第１の入力端
   子に結合し、かつ 前記増幅器出力端子と前記反転入力端子の間に抵抗手段
   が延在する、 請求項１に記載の温度補償された電力検出回路。 ４、前記整流器手段は、 第１のダイオード手段、 前記第１のダイオード手段のための直流電流戻り経路手
   段、そして 容量手段、 を含む請求項１に記載の温度補償された電力検出回路。 ５、第１の回路手段は抵抗手段を含む請求項１に記載の
   温度補償された電力検出回路。 ６、前記電力表示出力信号の大きさは電力の大きさに対
   し非線形の関係を有し、さらに、 前記増幅器手段に結合されたアナログ−デジタル変換器
   手段、 該アナログ−デジタル変換器手段に結合されたマイクロ
   プロセッサ手段、 該マイクロプロセッサ手段に結合された電気的メモリ手
   段、 前記マイクロプロセッサ手段に結合された表示手段、そ
   して 前記電気的メモリ手段は前記電力表示出力信号の特定の
   大きさに対応する電力レベルを変換するためのルックア
   ップテーブルを提供し、それにより前記表示手段が入力
   信号の電力の大きさの適正な表示を提供できるようにす
   るもの、 を含む請求項１に記載の温度補償された電力検出回路。 ７、交流入力信号の電力の大きさと共に変化する大きさ
   を有する出力信号を提供するための温度補償された電力
   検出回路であって、該電力検出回路は、 所定の温度特性を有する第１のダイオード手段を含む整
   流器手段であって、該整流器手段は交番入力信号を受け
   かつ温度変化と共に所望しない変化を行なう大きさを有
   する制御電圧を提供するようにされたもの、 第１の入力端子および第２の入力端子を有する増幅器手
   段であって、該増幅器手段は前記第１の入力端子に印加
   される信号の極性が変わらないようにしかつ前記増幅器
   手段は前記第２の入力端子に印加される信号の極性を反
   転するもの、 前記制御信号を前記増幅器手段の前記第１の入力端子に
   結合する第１の回路手段、 前記第１のダイオード手段の前記の所定の温度特性に類
   似する温度特性を有する補償信号を提供するための第２
   のダイオード手段を含む温度補償手段、 前記増幅器手段の前記第２の入力端子に前記補償信号を
   結合する第２の回路手段、そして 前記制御信号および前記補償信号に応答し一定の大きさ
   の電力を有する交番入力信号に応答して所定の温度範囲
   にわたり実質的に一定のままである大きさを有する出力
   信号を提供するための前記増幅器手段、 を組合わせ具備することを特徴とする温度補償された電
   力検出回路。 ８、さらに、 第１の極性の電源電圧を提供する第１の電源供給導体手
   段、 第２の極性の電源電圧を提供する第２の電源供給導体手
   段、 前記第１のダイオード手段および第１の抵抗手段を含む
   第１の回路経路手段であつて、該第１の回路経路手段は
   前記第１の電源供給導体手段および前記第２の電源供給
   導体手段の間に延在し、前記第１の抵抗手段は所定の大
   きさを有するもの、そして 前記第１の電源供給導体手段および前記第２の電源供給
   導体手段の間に延在する第２の回路経路手段であつて、
   該第２の回路経路手段は第２のダイオード手段および第
   ２の抵抗手段を含み、該第２の抵抗手段は前記第１の抵
   抗手段の抵抗に実質的に等しい大きさの抵抗を有し前記
   第２のダイオード手段が前記第１のダイオード手段と実
   質的に同じ温度特性を持つことを可能にするもの、を含
   む請求項７に記載の温度補償された電力検出回路。 ９、前記出力信号の大きさは電力レベルに対し非線形の
   関係を有する傾向となり、さらに、前記増幅器手段に結
   合されたアナログ−デジタル変換器手段、 該アナログ−デジタル変換器手段に結合されたマイクロ
   プロセッサ手段、 前記マイクロプロセッサ手段に結合された電気的メモリ
   手段、 前記マイクロプロセッサ手段に結合された表示手段、そ
   して 前記電気的メモリ手段は前記出力信号の特定の大きさに
   対応する電力レベルを変換するためのルックアップテー
   ブルを提供し、それにより前記表示手段が交番入力信号
   の電力の大きさを正確に表示できるようにするもの、 を含む請求項１に記載の温度補償された電力検出回路。