JPH0624318B2 - 信号結合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、スイッチに関し、特にテレビジョン搬送波
に用いられるような高いラジオ周波数（ＲＦ……以下単
に高周波という）を取扱うに適したスイッチに関するも
のである。

＜発明の背景＞ テレビジョン装置では、アンテナ、ビデオ・カセット・
レコーダまたはケーブル・テレビジョン出力端子などの
様な複数種のテレビジョン信号源のうちから選んだ特定
の一つの信号源をテレビジョン受信機またはビデオ・カ
セット・レコーダの様な負荷装置に結合することが、屡
々行なわれる。また、この様な複数の信号源のうちの選
択されなかったものを他の負荷装置に供給できるように
するために或る出力点に結合することも屡々行なわれ
る。

直列および分路（シャント）ダイオードを使用したスイ
ッチは、入力ポートと出力ポート間のＲＦスイッチング
に一般に使用されている。このスイッチがオフすなわち
信号を通過させないときには、直列ダイオードは逆バイ
アスされていて小さなキャパシタンスを呈し、一方分路
ダイオードは順バイアスされて低抵抗を呈する。オフ状
態では入力ポートと出力ポート間で高い減衰度が必要で
あり、その様にするために上記逆バイアスされたダイオ
ードのキャパシタンスは非常に小でなければならない。
しかし、それには高い逆バイアス電圧が必要となる。更
に、並列ダイオードの抵抗は非常に低くなければならな
い。この抵抗は、比較的大きな順バイアス電流を使用す
ることにより低くできるが、そうすると可成り大きな電
力消費を要するという欠点が付帯的に生ずる。或る場合
には、単一の並列ダイオードのみを用いて通常得ること
ができるよりも一層高い減衰をＲＦ信号に与え得るよう
に、更に並列抵抗を低くする必要のあることが判った。

＜発明の概要＞ この発明の一特徴によれば、選択可能な第１動作モード
では入力ポートと出力ポート間で信号を選択的に結合し
また選択可能な第２動作モードでは入力ポートと出力ポ
ート間で信号を結合しないように働くスイッチ装置は、
それぞれが第１の型の第１電極と第２の型の第２電極を
有し直列に結合されている１対のダイオードを持ってい
る。各第１電極は或る回路点に結合されまた各第２電極
は入力ポートと出力ポートの一方にそれぞれ接続されて
いる。分路ダイオードは、基準電位点に結合された第１
の型の第１電極と上記回路点に結合された第２の型の第
２電極を有している。制御電極を有し、また制御可能な
主導電路を上記回路点と基準点の間に結合されたトラン
ジスタも具えている。

制御装置が、モード選択信号を受入れるように制御入力
に結合されている。この制御装置は、モード選択信号に
応じて第１動作モードを選択してバイアス電位を供給
し、対をなすダイオードを順バイアスしまた分路ダイオ
ードを逆バイアスするようにする。この制御装置は、ま
た、上記トランジスタの制御電極にも結合されていて、
このトランジスタの制御電極に制御電位を印加しその制
御可能な主導電路を実質的に非導通にする。

この制御装置は、モード選択信号に応じて第２動作モー
ドを選択し、並列ダイオードを順バイアスしまた１対の
ダイオードを逆バイアスするようなバイアス電位を供給
する。制御装置は、また、上記トランジスタの制御電極
に制御電位を供給してその制御可能な主導電路を実質的
に導通状態にする。

この発明の別の特徴として、この制御装置は、上記トラ
ンジスタの可制御主導電路の導通状態に応動するバイア
ス制御回路を具えている。このバイアス制御回路は、可
制御主導電路が実質的に非導通のとき１対のダイオード
には順バイアスを、分路ダイオードには逆バイアスを印
加し、また可制御主導電路が実質的に導通のときには分
路ダイオードに順バイアスを、対をなすダイオードには
逆バイアスを与える。

この発明の更に別の特徴によれば、対をなすダイオード
の各第１電極は低域通過フイルタによって上記回路点に
結合されている。

＜詳細な説明＞ 以下、この発明を図面を参照しつつ説明する。

図において、10はスイッチ装置をその２つの動作モード
のうちの選択された一方にするための制御端子であっ
て、第１の論理レベルを超える制御電圧がこの制御端子
10に印加されると、第１入力端子12に印加された信号は
それ以上結合されず、また第２入力端子14に印加された
信号は第１出力端子16へ結合される。制御端子10へ印加
される制御電圧がほぼ大地電位に等しい第２の論理レベ
ルより低いと、入力端子12に印加された入力信号は出力
端子16に結合され一方入力端子14に印加された入力信号
は第２出力端子18へ結合される。

信号の結合および減結合は図に破線枠20、21および22で
それぞれ示されている３個の基本的なスイッチ部によっ
て行なわれる。これらスイッチ部の構造はＴ型である。
スイッチ部20では、Ｔ型中の直列腕は背中合せに結合さ
れたダイオード62と64より成り、一方分路腕はダイオー
ド66とトランジスタ24のコレクターエミッタ間電路との
並列回路で構成されている。このトランジスタ24はバイ
ポーラトランジスタであることが望ましい。ダイオード
62、64および66は好ましくはＰＩＮ（Ｐ−真性−Ｐ）ダ
イオードで、これらは高周波数で望ましいスイッチング
特性を呈するものとして周知である。スイッチ部20を通
して信号を結合（通過）させるときは、直列ダイオード
62と64を順バイアスして比較的低インピーダンスを呈す
るようにし、一方分路ダイオード66は逆バイアスしかつ
トランジスタ24を遮断して分路腕が高インピーダンスを
呈するようにする。スイッチ部20を介して信号を結合
（通過）させないときは、詳しく後記するように、直列
ダイオード62、64を逆バイアスしまた分路ダイオード66
を順バイアスするようなバイアスを与える。トランジス
タ24は飽和状態までバイアスされ、すなわち、その両接
合は順バイアスされてコレクターエミッタ間電圧は非常
に小さく、それによって後述するようにダイオード62と
64は高い逆バイアスを受けダイオード66Ｆ強く順バイア
スされるようになる。順バイアスされたダイオード66と
飽和トランジスタ24のコレクターエミッタ間電路との並
列組合せは非常に低いインピーダンスを呈し、逆バイア
スされたダイオード62および64の比較的高いインピーダ
ンスと共働して比較的高い信号減衰度を示す。トランジ
スタ24は、こうして、自身が分路腕のインピーダンスの
一部を形成すると共にスイッチ部20の直列および分路腕
のダイオードのインピーダンスを制御する。

スイッチ部21は、ダイオード86、82および94とトランジ
スタ42を有し、これらはスイッチ部20のダイオード62、6
4および66とトランジスタ24にそれぞれ対応している。
しかし、スイッチ部21は、Ｔ型回路の直列腕中に直列イ
ンダクタンス54と分路キャパシタンス53、55より成る低
域通過フィルタが挿入されている点で少し形が異なって
いる。後で詳しく述べるように、この低域通過フィルタ
は、信号がスイッチ部21によって結合されるときは目立
った作用をしないが、信号がこの様に結合されないとき
は減衰度を増加する。

スイッチ部22は、基本的にはスイッチ部20と同様なもの
で、それぞれダイオード62、64および66とトランジスタ2
4に対応するダイオード88、100および102とトランジスタ
108を持っている。

次に、この図示実施例について詳細説明する。

制御端子10は、電流制限抵抗11によってＰＮＰトランジ
スタ19のベースに結合され、また電流制限抵抗26によっ
てＮＰＮトランジスタ24のベースにも結合されている。
トランジスタ19のエミッタは、キャパシタ13によって大
地に側路されると共に、第１電源端子30によってたとえ
ば12V ＤＣの動作電圧電源（図示せず）の正極に結合
されている。トランジスタ24のエミッタは大地32に結合
されており、一方この大地32は第２電源端子34によって
動作電圧電源の負極に結合されている。

トランジスタ19と24は、後でより詳しく説明するが、そ
れらのコレクタ電極が結合されている第１導体36の電位
を制御する。制御端子10に印加された制御電圧が、ほぼ
端子30の電位である第１の論理レベルを超えると、トラ
ンジスタ19のコレクタ電流は遮断され、トランジスタ24
は飽和状態にバイアスされる。従って、トランジスタ24
が飽和しているため導体36の電位は低くほぼ大地電位に
なる。制御端子10に印加される制御電圧が第２の論理レ
ベルより低いと、トランジスタ24は遮断されトランジス
タ19は飽和状態にバイアスされ、導体36の電位はほぼ端
子30の電位である高の状態になる。

導体36は更に各電流制限抵抗46と48によってトランジス
タ42および44の各ベース電極に結合されている。トラン
ジスタ42と44のエミッタは、大地におよび正の電源端子
30に、それぞれ結合されている。

第２の導体50は、トランジスタ44のコレクタに、および
抵抗52とインダクタ54の直列回路を介してトランジスタ
42のコレクタに結合されている。端子10に印加された制
御電圧が第１の論理レベルを超えると、導体36上の低電
位によって、トランジスタ42のコレクタ電流は遮断され
トランジスタ44は飽和状態にバイアスされる。従って、
導体50の電位は高で、ほぼ端子30の電位になる。

制御端子10に印加された制御電圧が第２の論理レベルよ
り低いと、導体36の高電位によってトランジスタ44のコ
レクタ電流は遮断され、トランジスタ42は飽和状態にバ
イアスされる。従って、導体50の電位は比較的低くほぼ
大地電位になる。このことから導体50は切換え可能な電
圧源として作用する。導体50はキャパシタ56と58によっ
てＡＣ信号に対して大地へ側路されている。

入力端子12はキャパシタ60によって第１ダイオード62の
陰極へＡＣ結合されており、一方その陽極は回路点68で
第２ダイオード64の陽極と第３ダイオードの陰極とに結
合されている。この回路点68は、また、抵抗70によって
導体36に結合されると共にトランジスタ24のコレクタに
直結されている。ダイオード62の陰極は、抵抗72によっ
て大地におよび抵抗74によって導体50に結合されてい
る。ダイオード66の陽極は、抵抗76によって導体50に結
合され、またキャパシタ78によって大地に側路されてい
る。

出力端子16は、抵抗80により大地に結合され、またキャ
パシタ61によってダイオード64と第４ダイオード82の各
陰極にＡＣ結合されている。第４ダイオード82の陽極は
トランジスタ42のコレクタに結合されている。

入力端子14は、キャパシタ84を介して、抵抗92によって
大地に結合された回路点90において第５ダイオード86と
第６ダイオード88の各陰極にＡＣ結合されている。ダイ
オード86の陽極は、抵抗52とインダクタ54の接続点に、
および第７ダイオード94の陰極に結合されている。

インダクタ54は、印刷回路基板上の導電性ストリップの
様な、長さの短かい導体でうまく形成できる充分小さな
インダクタンスを有するものである。このインダクタ54
に組合わせたキャパシタンスは、そのインダクタ54の各
端部と大地間に結合されたキャパシタ53および55として
図示されている。キャパシタ53と55は必ずしも実際のキ
ャパシタ部品である必要はない。それは、ここに必要と
するキャパシタンスは、インダクタ54およびたとえば印
刷回路基板のパタン導体に付帯する浮遊キャパシタンス
や寄生キャパシタンス間に合うからである。

ダイオード94の陽極は抵抗96によって導体36に結合さ
れ、またキャパシタ98によって大地に側路されている。
ダイオード88の陽極は回路点104において第８ダイオー
ド100の陽極と第９ダイオード102の陰極に結合されてい
る。回路点104は抵抗106によって導体36に、およびエミ
ッタが接地されたトランジスタ108のコレクタ電極に結
合されている。トランジスタ108のベース電極は抵抗110
によって導体50に結合されている。ダイオード102の陽
極は抵抗112によって導体50に結合され、かつキャパシ
タ114によって大地に側路されている。ダイオード100の
陰極は抵抗116によって導体50に結合されている。この
陰極は、更に、抵抗118によって大地に結合され、かつ
キャパシタ120により出力端子18に容量結合されてい
る。

動作時には、所望の動作モードに対して端子10に印加さ
れる論理レベルが選択される。説明の目的上、先ず、端
子10に印加された論理レベルが第１の論理レベルを超え
るすなわち第１論理レベルよりも正であるとする。前述
したように、これによってトランジスタ24は飽和状態に
され、導体36はほぼ大地電位になる。導体36がほぼ大地
電位になることによりトランジスタ44は導通して飽和状
態になり、導体50は大体端子30の電位になる。従って、
導体50の電位とトランジスタ24のコレクタの大地電位と
によって、ダイオード62は逆バイアスされダイオード66
は順バイアスされる。ダイオード82は、抵抗52、インダ
クタ54および抵抗80を通してその陽極に結合される導体
50の電位によって、順バイアスされる。これによって、
ダイオード64と82の陰極は正の電位になり、そのためダ
イオード64は陽極がトランジスタ24のコレクタを通して
ほぼ大地電位にあるので逆バイアスされる。

従って、入力端子12から出力端子16に至る信号路はＴ型
回路をなし、その直列腕は逆バイアスされたダイオード
62と64であり、それぞれ高インピーダンスを示す、分路
腕は順バイアスされたダイオード66と飽和トランジスタ
24から成り、両者は何れも低インピーダンスを呈し従っ
て特に低インピーダンスの並列組合せを形成している。
従って、入力端子12から出力端子16への信号路は特に高
い減衰度を呈し、これはＲＦスイッチのオフ状態にとっ
て望ましいことである。入力端子12における入力信号
は、上記により、出力端子16へのみならずダイオード82
によって端子16に結合されている出力端子18への伝達が
実質的に阻止される。

トランジスタ24が、その飽和時に高い減衰度を得るに当
って３っの役目を果たすことに注目すべきである。第１
に、このトランジスタ24の飽和コレクタ電圧は直列素子
をダイオード62と64の高インピーダンス状態を得るため
の逆バイアス電圧を決定する。第２に、トランジスタ24
は分路ダイオード66の低インピーダンス状態を得るため
の順バイアス電圧を設定する。第３に、このトランジス
タ24の低い飽和抵抗は分路ダイオード66の抵抗と並列に
結合されて、特に低インピーダンスの並列組合せを形成
する。

同様に、導体50から抵抗110を介して与えられるベース
駆動によって飽和状態にあるトランジスタ108のほぼ大
地電位にあるコレクタと、導体50の電位とによって、ダ
イオード100は逆バイアスされダイオード102は順バイア
スされている。ダイオード86し抵抗52と92を介して与え
られる導体50の電位によって順バイアスされる。これに
よって、ダイオード86と88の両陰極は正電位になり、ダ
イオード88は逆バイアスされる。それはダイオード88の
陽極がトランジスタ108のコレクタを通じてほぼ大地電
位にあるためである。

入力端子14から出力端子18への信号路も上記と同様にＴ
型回路をなしており、その直列腕は逆バイアスされたダ
イオード88と100より成り高インピーダンスを呈する。
分路腕は、順バイアスされたダイオード102と飽和トラ
ンジスタ108の並列組合せより成り、これらは両者とも
低インピーダンスを呈して特に低インピーダンスの並列
組合せを形成する。従って入力端子14から出力端子18へ
の信号路は特に高い減衰を示す。トランジスタ108は、
トランジスタ24について前述したと同じ様な複数の機能
を果たすものである。

入力端子14は、順バイアスされたダイオード86と82およ
びインダクタタンス54の直列接続によって出力端子16に
結合されている。トランジスタ42は、そのベースが抵抗
46を介してほぼ大地電位の導体36に結合されオフ状態に
バイアスされており、そのコレクタは大地に対して高い
インピーダンスを呈し、従って入力端子14と出力端子16
間の信号路には何の影響も与えない。インダクタ54のイ
ンダクタンスは、キャパシタ53および55と共動して、対
象とする信号の最高周波数よりも高いカットオフ周波数
を有する低域通過π型回路部を形成するように選ばれて
いる。

説明の目的上、今度は端子10に印加される論理レベルが
第２の論理レベルよりも小さい、すなわちより負である
と仮定する。既述のように、これによって導体36はほぼ
端子30の電位となり、またトランジスタ42が導通して飽
和状態になることにより、導体50はほぼ大地電位とな
る。抵抗70により導体36から回路点68に印加されるこの
正電位は、陽極がほぼ大地電位にあるダイオード66を逆
バイアスする。トランジスタ24は、端子10上のほぼ大地
電位が抵抗26を介してベースに与えられるのでオフ状態
にバイアスされる。陰極が抵抗74および80によってそれ
ぞれ大地に結合されたダイオード62と64は、回路点68の
この正電位によって順バイアスされる。トランジスタ42
は、導体36上の正電位が抵抗46を介してそのベースに与
えられるので、飽和状態にバイアスされる。これによっ
て、トランジスタ42のコレクタはダイオード82の陽極に
対してほぼ大地電位を印加する。なおダイオード82の陰
極は順バイアスされたダイオード64によって正電位に保
たれている。従ってこのダイオード82は逆バイアスされ
る。そのため入力端子12の信号は、順バイアスされたダ
イオード62、64によって出力端子16に結合されるが、端
子18には結合されない。

ダイオード94は、陽極に導体36の正電位が抵抗96を介し
て与えられ、また陰極には抵抗52によりほぼ大地電位が
与えられて、順バイアスされる。ダイオード88と100
は、抵抗106を介して印加される導体36上の正電位と抵
抗92および110によってそれぞれ印加されるほぼ大地電
位とによって、順バイアスされる。トランジスタ108
は、抵抗110によりそのベースに印加されるほぼ大地電
位によってオフ状態にバイアスされる。ダイオード86の
陽極は飽和状態にあるトランジスタ42のコレクタにイン
ダクタ54を介して結合され、また抵抗106、92および116
の抵抗比はダイオード86の陽極と陰極間に印加される電
位差がダイオード86を逆バイアスするようになってい
る。ダイオード102は、その陰極に抵抗106を介して導体
36上の正電位がかかりまた陽極に抵抗112を介してほぼ
大地電位が与えられるので、逆バイアスされる。従っ
て、入力端子41の信号は順バイアスされたダイオード88
と100とによって出力端子18に結合される。

入力端子12から出力端子18への信号の寄生結合および入
力端子14から出力端子16への信号の寄生結合は、減衰回
路の直列素子を構成するインダクタ54の作用で非常に少
量に低減される。インダクタ54は、信号の寄生結合の方
向如何にかかわらず対応する分路インピーダンスに比べ
て、対象とする周波数域で比較的高いリアクタンスを示
す。一方向への寄生信号結合に対しては飽和したトラン
ジスタ42の低インピーダンスによって分路インピーダン
スが生成され、また別の方向への寄生結合に対してはキ
ャパシタ98により大地へ側路された順バイアスされたダ
イオード94の低インピーダンスによって分路インピーダ
ンスが与えられる。

この発明は、異なった数の入出力ポートを持つ形式でも
利用できることは容易に理解されよう。更に、オフ状態
における減衰を特に大きくしたい場合には上記例よりも
多くの低減通過フイルタ部を挿入することもできる。こ
の様な或はその他の変形をこの発明の精神の範囲内で種
々考えることができるのは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明によるＲＦ信号スイッチング用のスイッチ
装置の一例構成を示す回路図である。 10……制御入力端子、12……信号入力ポート、16……信
号出力ポート、19……制御手段、20、21および22……そ
れぞれスイッチ部、24……トランジスタ、62、64……１
対のダイオード、66……分路ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】信号入力ポートおよび信号出力ポートと、
   モード選択信号を受入れる制御入力と、上記モード選択
   信号に応じて第１の動作モードが選択されたとき上記入
   力ポートと出力ポートの間で信号を結合しまた上記モー
   ド選択信号に応じて第２の動作モードが選択されたとき
   上記両ポート相互間の信号の結合を実質的に行なわない
   信号スイッチ装置とを具備し、上記信号スイッチ装置
   が、 第１の型の第１電極と第２の型の第２電極とをそれぞれ
   有し、上記それぞれの第１電極が或る回路点に結合され
   またそれぞれの第２電極が一方は上記入力ポートに他方
   は出力ポートに結合されて、互に直列結合された１対の
   ダイオードと、 上記第１の型の第１電極と上記第２の型の第２電極とを
   有し、これら電極が切換え可能な電圧源と上記の回路点
   にそれぞれ結合されている分路ダイオードと、 上記回路点と上記基準電位点との間に結合された制御可
   能な主導電路と、制御電極とを有するトランジスタと、 上記制御入力に結合され、上記第１の動作モードを選択
   するモード選択信号に応じて、上記１対のダイオードを
   順バイアスしまた上記分路ダイオードを逆バイアスする
   ようなバイアス電位を上記回路点と基準電位点との間に
   供給し、かつ上記トランジスタの制御電極に制御電位を
   印加してその制御可能な主導電路を実質的に非導通にす
   る制御手段とを有し、 上記制御手段は、上記第２の動作モードを選択する上記
   モード選択信号に応じて、上記分路ダイオードを順バイ
   アスしまた上記１対のダイオードを逆バイアスするよう
   なバイアス電位を上記回路点と基準電位点との間に供給
   し、かつ上記トランジスタの制御電極に制御電位を印加
   してその制御可能の主導電路を実質的に導通状態とする
   ものである、信号結合装置。