JPH0714141B2

JPH0714141B2 - パルス発生器

Info

Publication number: JPH0714141B2
Application number: JP62070156A
Authority: JP
Inventors: アゴストン・アゴストン; ジョン・エリック・カールソン
Original assignee: テクトロニツクス・インコ−ポレイテツド
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: EP0238745B1; EP0238745A2; US4758736A; EP0238745A3; DE3685956T2; DE3685956D1; JPS62232216A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ダイオードスイッチを利用して、負荷電流を
負荷抵抗器に供給することによりステップ出力電圧を発
生するパルス発生器に関する。

〔従来の技術〕

増幅器（または他の任意の電子デバイス）の周波数帯域
幅は入力信号の周波数を変化した場合の増幅器の出力を
測定することにより決定できるが、この測定方法は時間
がかかる。幸い、増幅器の周波数帯域幅は、矩形波信号
に対する応答特性を観測すればより迅速に決められる。
即ち、入力信号の急峻な立上りに応答する増幅器の立上
り時間（ｔ）はその増幅器の周波数帯域幅（ｆ）に反比
例すること（ft＝一定）が判っている。この方法による
測定精度は、入力矩形波信号の立上りが急峻であるかど
うか及び矩形波信号が立上り前後で平坦であるかどうか
によっても決まる。比較的高速な立上り信号を得る１つ
の方法として、ショットキーダイオードスイッチを用い
て、負荷抵抗器に流れる定電流を切り換える方法があ
る。第２図に示すように、ダイオードスイッチは１対の
ショットキーダイオードDaとDbを含み、そのカソードを
共に電流源Isに結線している。ダイオードDbのアノード
は負荷抵抗器Roを介して接地し、一方、ダイオードDaの
アノードは別の抵抗器Ｒを介して負電源−Ｖに結線し、
更に高速スイッチＳを介して正電源＋Ｖにも結線してい
る。スイッチＳが開いている時、電源−Ｖは、ダイオー
ドDaを逆バイアスし、ダイオードDbを順バイアスしてい
るので、抵抗器Roを流れる電流Isによる電圧降下によ
り、出力端に負の出力電圧Voを生じる。スイッチＳが閉
じると、電源＋ＶがダイオードDaを順バイアスし、ダイ
オードDbを逆バイアスするので、電流Isは抵抗器Roとダ
イオードDbを介して接地からではなく、ダイオードスイ
ッチＳとダイオードDaを介して電源＋Ｖから流れること
になる。スイッチＳを閉じて、ダイオードDaに印加され
るパルスの立上り時間が速くなるにつれて負電位からゼ
ロ電位へのVoの立上りはより急峻となる。しかし、ダイ
オードDaとDbには内部容量が存在する為、スイッチＳか
ら入力する矩形波パルスの一部が微小電流信号となって
ダイオードDaとDbを通過して負荷抵抗器Roに印加され
る。この微小電流信号が出力信号Voのリンギングの原因
となる。ダイオードDaに印加するパルスの立上り時間が
早くなるにつれて、出力Voの状態が切り換わった後のリ
ンギングの量は増加する。従って、この回路のスイッチ
ング速度は立上り後の出力Voにおけるリンギングの許容
量によって制限される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、矩形パルス発生器として望まれる特性
は、出力パルスの立上りが急峻で、かつ立上り後の出力
パルスが平坦でリンギングのないことである。

従って本発明の目的は、正電位又は負電位のどちらか一
方から選択してゼロ電位に向かって急峻に立上る（又は
立下る）出力パルスを発生させることのできる改良した
パルス発生器を提供することである。

本発明の他の目的は、ゼロ電位に遷移した後の出力パル
スに含まれるリンギングが除去できる新規なパルス発生
器を提供することである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

本発明の１つの側面は、１対の電流源を利用するパルス
発生器であって、１対のショットキーダイオードスイッ
チを介して互いに逆極性の負荷電流を負荷抵抗器に供給
している。負荷電流により負荷抵抗器の両端に出力電圧
が生じるが、この電圧は１対の電流の差に比例してい
る。このパルス発生器の出力電圧は、互いに逆極性、等
振幅、かつ急峻に反転する１対の電圧パルス（制御パル
ス）をショットキーダイオードスイッチに印加すること
により、ゼロ電位へと急激に遷移する。このダイオード
スイッチにより、負荷抵抗器の負荷電流が互いに同時に
切り変わる。１対の電圧パルスは、等振幅且つ逆極性で
あるので、一方のダイオードスイッチを通って負荷抵抗
器に流れる電流によって生じる出力のゼロ電位上のリン
ギングは、他方のダイオードスイッチを通る逆極性の電
流によって生じるリンギングと極性が逆で等振幅なので
互いに打ち消される。それ故、ゼロ電位に遷移した後の
出力電圧は平坦でリンギングを含まない。

本発明の別の側面は、各電流源から供給される電流の大
きさが調整できることである。このパルス発生器の出力
電圧の振幅は互いに逆極性の２電流の差に比例している
ので、ゼロ電位に遷移する前の出力電圧は正及び負の範
囲で調整可能である。その結果、ゼロ電位へ遷移する際
の出力信号を立上り又は立下りいずれも任意に選択でき
る。

本発明の更に別の側面は、ステップ・リカバリー・ダイ
オードを順バイアスから逆バイアスに切り変えることに
より、ステップ・リカバリー・ダイオードの両端に等振
幅の急激に反転する電圧パルスを生じることである。ス
テップ・リカバリー・ダイオードを急激に逆バイアス状
態に切り変えると、急峻なエッジ（縁）を有する等振幅
の電圧パルスが生じ、その結果ダイオードスイッチによ
り、数ピコ秒程度の立上り（立下り）時間の出力パルス
を発生できる。

〔実施例〕

第１図は、本発明によるパルス発生器（10）の好適実施
例を示す回路図である。このパルス発生器（10）は、負
荷抵抗器Roの両端に振幅と極性が調整可能な出力電圧Vo
を発生する。この定常電圧からゼロ電位に向かって、電
流源（11）で生ずる制御電流Icが供給された後、急峻に
出力電圧を遷移させることができる。電流源（11）がオ
フのとき、電流源（12）及び（14）から各々負荷抵抗器
Roを互いに逆向きに流れる２つの電流I1とI2に対応して
出力電圧Voが発生する。即ち、Voの振幅I1とI2の電流の
差に比例しており、Voが接地電位に対して負であるか正
であるかは、I2とI1の大小関係によって決まる。

負荷抵抗器Roは一端を接地し、他端をショットキーダイ
オードD2のアノード及び別のショットキーダイオードD4
のカソードと結線している。抵抗器R1をダイオードD2の
カソードと電流源（12）との間に接続し、一方、抵抗器
R2をダイオードD4のアノードと電流源（14）との間に接
続している。ダイオードD2とD4が順バイアスされると、
電流源（12）の電流I1は抵抗器R1、ダイオードD2、及び
負荷抵抗器Roを通って流れ、一方電流源（14）の電流I2
は抵抗器R2、ダイオードD4及び負荷抵抗器Roを通って流
れる。出力電圧Voの振幅は、両電流I1とI2の差に比例し
ており、I1とI2は共に調整可能である。I2の電流値がI1
の電流値を超えれば、Voは接地に対し正電位となり、I1
の電流値がI2の電流値を超せば、Voは接地に対し負電位
となる。

ダイオードD2のカソードは別のショットキーダイオード
D1のカソードにも結線している。ダイオードD1とD2は、
第１ダイオードスイッチ（16）を構成し、その共通端
（ダイオードD1及びD2の接続点）から電流源（12）へ電
流I1を流す。即ち、どちらのダイオードが順バイアスさ
れるかにより、電流I1を負荷抵抗器RoとダイオードD2を
通って流すか、ダイオードD1を通る別の側から流す。ダ
イオードD4のアノードも別のショットキーダイオードD3
のアノードにも結線し、ダイオードD3とD4が第２ダイオ
ードスイッチ（18）を構成する。即ち、どちらのダイオ
ードが順バイアスされるかにより、その共通端（ダイオ
ードD3及びD4の接続点）を介し電流源（14）からの電流
I2をダイオードD4を介して負荷抵抗器Roへ流すか、又は
ダイオードD3を介して別の側へ流す。

電流I1とI2が共に負荷抵抗器Roを流れる定常状態時に
は、ダイオードD1のアノードの電圧V1は、ダイオードD2
を順バイアスし、ダイオードD1を逆バイアスする為に低
くなっている。一方、ダイオードD3のカソードの電圧V2
はダイオードD4を順バイアスし、ダイオードD3を逆バイ
アスする為に高くなっている。反対に、出力電圧Voをゼ
ロ電位にする為に電流I1とI2が負荷抵抗器Roを流れない
時には、電圧V1は高くなり、電圧V2は低くなるので、ダ
イオードD1とD3は順バイアスされ、ダイオードD2とD4は
逆バイアスされる。電圧V1及びV2は、常に逆極性であり
振幅が等しいという意味で平衡（バランス）している。

電圧V1が低状態から高状態に変化すると、ダイオードD1
とD2が小さな内部容量を持っている為に、電圧V1の変化
に対応して生ずる微小リンギング信号がD1及びD2を通過
して負荷抵抗器Roに流れる。同時に、ダイオードD3とD4
の微小内部容量の為に、電圧V2の変化に対応して生ずる
別の微小リンギング信号がD3及びD4を通過して負荷抵抗
器Roに流れる。電圧V1とV2は平衡を保ち、互いに逆相関
係で変化するので、V1とV2の各々の変化の結果負荷抵抗
器Roに流れる２つの微小リンギング信号も等振幅で逆相
の関係であるから、互いに打ち消す結果となることに注
目されたい。従って、１対のダイオードスイッチ（16）
及び（18）を平衡制御電圧V1とV2で制御して、負荷電流
I1とI2を負荷抵抗器Roに対して切り換えることにより、
ダイオードスイッチ（16）と（18）を通過してくるリン
ギング信号に起因するVoの接地電位上でのゆらぎ（リン
ギング）を打ち消し、本発明によるパルス発生器（10）
の出力電圧Voの平坦な接地電位を実現している。

制御電圧V1とV2は、ステップ・リカバリー・ダイオード
D5のカソードとアノードに生ずる電圧から得ている。ダ
イオードD5のカソードは、キャパシタC3と短い伝送線T1
を介してダイオードD1のアノードと結線し、一方、ダイ
オードD5のアノードは、キャパシタC4と別の伝送線T2を
介してダイオードD3のカソードと結線している。

ダイオードD5が順バイアスのとき、V1は低く、V2は高く
なるようにバイアスされている。このとき、ダイオード
D1とD3が逆バイアスでダイオードD2とD4が順バイアスと
なり、電流I1とI2は、負荷抵抗器Roを流れる。ダイオー
ドD5が逆バイアスとなると、V1は高く、V2は低くなりダ
イオードD1とD3が順バイアスでダイオードD2とD4が逆バ
イアスとなり、電流I1とI2は負荷抵抗器Roを流れず別経
路を流れる。ステップ・リカバリー・ダイオードD5は、
順バイアス時には、電荷を蓄えている。ダイオードに流
れる電流の方向が急に変わると、ダイオードD5は、蓄積
していた電荷を放電させる短い時間だけ逆方向に電流を
流す。その蓄積電荷が放電されると、ステップ・リカバ
リー・ダイオードD5は、急に逆方向電流を遮断し、ダイ
オード両端の逆バイアス電圧が急激に立上り、70〜100
ピコ秒程度の立上り時間のパルスとなる。ダイオードD5
のカソードは、抵抗器R3を介して負電源−Ｅにも結線
し、一方ダイオードD5のアノードは、別の抵抗器R4を介
して正電源＋Ｅにも結線している。この結果、正電源＋
Ｅから負電源−Ｅに向かってダイオードD5の順方向に連
続して電流I3が流れ、ダイオードD5を通常順バイアスし
ている。１対のスイッチング用電流源（20）及び（22）
は、互いに平衡して、ダイオードD5の逆方向に電流I4を
流すために設けてある。電流I4がオフのとき、ダイオー
ドD5は電流I3によって順バイアスされ、V1は低く、V2は
高いままである。電流I4（I3より大きい電流）がオンに
なると、ダイオードD5は瞬間的に逆方向に導通し、その
後急に逆方向電流を遮断し、急激にV1を高く、V2を低く
する。電圧V1及びV2の変化はダイオードスイッチ（16）
及び（18）を成すダイオードのバイアス状態を急激に変
え、その結果、出力電圧Voの接地電位への遷移は急峻
で、立上り（又は立下り）時間は、数ピコ秒程度とな
る。

電流源（20）は、NPNトランジスタQ1とPNPトランジスタ
Q2を含み、それらはQ2のベースに供給される制御電流Ic
によって制御される“準サイリスタ”スイッチ（24）を
構成する。正電源＋ＥがトランジスタQ2のエミッタに結
線され、Q2のベースは、抵抗器R7を介して電源＋Ｅと、
更に直接トランジスタQ1のコレクタにも結線している。
トランジスタQ1のベースは抵抗器R9を介して接地し、抵
抗器R10を介して負電源−ＥとトランジスタQ2のコレク
タにも結線している。抵抗器R5はトランジスタQ1のエミ
ッタと負電源−Ｅとの間を結線し、インダクタL1はトラ
ンジスタQ1のエミッタとキャパシタC3の間を結線してい
る。電流源（20）の過渡出力電流I4はインダクタL1を介
してキャパシタC3へと流れる。

Icがオフのとき、Q2のベースは高くなりQ2はオフにな
る。その時、Q1のベース電位は分圧抵抗器R9とR10とに
よって決まる電圧で一定となる。その結果トランジスタ
Q1はこのベース電圧とR5で決まる定電流を導通する。こ
の電流により抵抗器R7の両端に電圧降下を生じるが、そ
れによってトランジスタQ2をオンさせることはない。定
常状態ではキャパシタC3を流れる電流I4はゼロである。
抵抗器R5を介して−Ｅボルト電源はV1を下げて、ダイオ
ードD1を逆バイアス、ダイオードD2を順バイアスにし
て、電流I1を負荷抵抗器Roに流している。

制御電流Icがオンになると、トランジスタQ2のベース電
位が下がり、Q2がオンになる。正勾配の電圧パルスがト
ランジスタQ1のエミッタに生じ、このパルスはインダク
タL1により積分されて傾斜電流I4を生じ、キャパシタC3
を介してダイオードD5を逆方向に通過する。電流I4の振
幅は、電流I3の値より十分大きく、ダイオードD5は蓄積
電荷を放電後急激に電流を遮断し電圧V1を高くする。V1
が高くなると、ダイオードD1は順バイアスに、ダイオー
ドD2は逆バイアスになる。その時、電流I1はRoとダイオ
ードD2からではなく、ダイオードD1を介してQ1から流れ
る。

電流源（22）は電流源（20）の“鏡像”回路であって、
制御電流Icがオンの時ダイオードD5に電流I4を流し、制
御電流Icがオフの時ダイオードD5に電流I4を流さない為
に設けられている。電流源（22）はPNPトランジスタQ3
とNPNトランジスタQ4を含み、Q4のベースに制御電流Ic
を印加して制御する別の“準サイリスタ”スイッチ（2
6）をQ3,Q4で構成している。負電源−Ｅがトランジスタ
Q4のエミッタと結線する。Q4のベースは抵抗器R8を介し
て負電源−ＥとQ3のコレクタとに結線している。Q3のベ
ースは抵抗器R11を介して接地し、抵抗器R12を介して正
電源＋Ｅ及びQ4のコレクタと結線している。抵抗器R6は
Q3のエミッタと正電源＋Ｅとの間を結び、一方インダク
タL2はQ3のエミッタとキャパシタC4の間を結ぶ。

制御電流Icがオフの時、Q4のベース電位が低くなりQ4は
オフとなる。Q3のベース電位は分圧抵抗器R11とR12によ
り決まり、その結果Q3はその分圧電圧とR6によって決ま
る定電流を導通する。この電流によって抵抗器R8の両端
で電圧降下を生じるが、それはトランジスタQ4をオンさ
せる程ではない。定常状態では、キャパシタC4を流れる
電流I4はゼロである。正電源＋Ｅが抵抗器R6を介してV2
を上昇させ、ダイオードD3を逆バイアスに、ダイオード
D4を準バイアスにする結果、電流I2は負荷抵抗器Roを流
れる。制御電流Icがオンすると、トランジスタQ4のベー
ス電位が上昇し、Q4をオンにする。負勾配電圧パルスが
Q3のエミッタに生じ、このパルスがインダクタL2で積分
されて、傾斜電流I4を生じ、キャパシタC4を介してダイ
オードD5を逆方向に通過する。ダイオードD5が逆方向バ
イアス状態にスイッチしている時、電圧V2は低くなりダ
イオードD3は順バイアスに、ダイオードD4は逆バイアス
にする。その時、電流I2は、ダイオードD4を介して負荷
抵抗器Roを流れず、ダイオードD3を介してトランジスタ
Q3へと流れる。

伝送線T1とT2は互いにインピーダンス及び長さが等し
く、抵抗器R1とR2の抵抗値は伝送線のインピーダンスと
等しく、その結果伝送線はその特性インピーダンスで終
端されていることになる。それ故、制御電圧パルスV1及
びV2は、伝送線T1及びT2を通過し、キャパシタC1とC2を
各々介して流れるがこの時反射は起こらない。キャパシ
タC3とC4は直流バイアス電流I3を遮断している。

トランジスタQ1とQ3のエミッタに生じる電圧の立上り時
間はおよそ１ナノ秒であって、ステップ・リカバリー・
ダイオードD5が逆バイアス状態へ切り変わる時の制御電
圧V1とV2の立上り時間よりはるかに遅い。従ってダイオ
ードD5が状態を反転するまで、電圧V1がダイオードD1を
順バイアスする程上昇しないように確実に設定すること
が重要である。それ故、インダクタL1及びL2の値は、ト
ランジスタQ2とQ4がオンしてからステップ・リカバリー
・ダイオードD5がまだ逆方向に導通している間に、ダイ
オードD5の両端に生ずる電圧を適当に制限するような値
をとるようにする。これは、ステップ・リカバリー・ダ
イオードがスイッチするまでダイオードスイッチ（16）
及び（18）の状態反転を起こさせないようにする為であ
る。

以上のように、本発明によるパルス発生器はゼロ電位へ
と急峻に遷移し、かつ振幅と極性が調整可能な出力電圧
パルスを発生する。平衡制御電圧V1とV2で制御する１対
のダイオードスイッチ（16）及び（18）を用いて、負荷
抵抗器Roに対して流れる負荷電流を切り換えることによ
り、本発明によるパルス発生器（10）はパルス発生後の
平坦な接地電位を保つ出力パルスを発生する。即ち、ダ
イオードスイッチ（16）と（18）に含まれる内部容量を
通過する電流に起因する遷移後の出力のリンギングを打
ち消すことができる。制御電圧V1及びV2のスイッチング
を制御するステップ・リカバリー・ダイオードを用いる
ことにより出力電圧Voの接地電位への遷移を極めて急峻
にすることができる。

なお、上述してきたように、本発明のパルス発生器はダ
イオードスイッチを利用しており、４つのダイオードを
制御パルスで制御する点でダイオード・ゲートと類似し
てはいるが、ダイオード・ゲートとはその機能が大きく
異なっていることに注意されたい。即ち、通常のダイオ
ード・ゲートは、制御パルスに応じてそれを構成する４
つのダイオードを同時にオンにして入力端子からの入力
信号を出力端子へと通過させる一方で、４つのダイオー
ドを同時にオフにして入力信号を非通過とする。つま
り、通常のダイオード・ゲートは、制御パルスに応じて
入力信号の通過／非通過をスイッチングするだけであっ
て、制御パルスに応じてパルス信号を出力することはな
い。

しかし、本発明のパルス発生器は、制御パルスに応じて
第１及び第３ダイオードをオンにする一方で第２及び第
４ダイオードをオフにするか、又は第１及び第３ダイオ
ードをオフにする一方で第２及び第４ダイオードをオン
にするかを制御し、これによってパルス信号を出力する
ものであって、入力信号を通過／非通過させるものでは
なく、同じく４つのダイオードで構成されるダイオード
・ゲートとはその機能が大きく異なっている。

以上本発明の好適実施例で説明してきたが、本発明の要
旨から逸脱することなく様々な変形及び変更を実施でき
ることは当業者にとって明らかであろう。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によるパルス発生
器は極めてリンギングの少ない極めて急峻な立上り（又
は立下り）時間（数ピコ秒程度）のパルスを発生するこ
とができ、しかもパルスの遷移前の出力電圧を正負いず
れにも自由に任意レベルに設定できるのでパルスを様々
に応用及び利用する分野における基準パルス発生器とし
て極めて有用である。特に、増幅器等の周波数応答を迅
速に求める際の標準パルスとして好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるパルス発生器の好適実施例の回
路図、第２図は従来のパルス発生器の一例の回路図であ
る。（11）はスイッチング制御電流源、（12）及び（14）は
夫々第１及び第２電流源、（16）及び（18）は夫々第１
及び第２スイッチ手段、（20），（22）はスイッチング
用電流源、（24），（26）は準サイリスタスイッチ、Ro
は負荷抵抗器、Voは出力電圧、D1、D2、D3及びD4は夫々
第１、第２、第３及び第４ダイオード、D5はステップ・
リカバリー・ダイオードである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭51−144564（ＪＰ，Ａ) 特公昭47−12403（ＪＰ，Ｂ１) 実公昭49−22833（ＪＰ，Ｙ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソードが相互接続された第１及び第２ダ
イオードを有する第１スイッチ手段と、アノードが相互接続された第３及び第４ダイオードを有
する第２スイッチ手段と、上記第２ダイオードのアノード及び上記第４ダイオード
のカソードに一端が接続され、基準電位源に他端が接続
され、上記一端を出力端子とする負荷抵抗器と、上記第１スイッチ手段の共通カソードに接続された第１
電流源と、上記第２スイッチ手段の共通アノードに接続された第２
電流源と、上記第１ダイオードのアノード及び上記第３ダイオード
のカソードに夫々逆極性で振幅の等しい制御パルスを印
加する制御パルス発生手段とを具え、上記制御パルスに応じて上記第１及び第３ダイオードを
オンにする一方で上記第２及び第４ダイオードをオフに
するか、又は上記第１及び第３ダイオードをオフにする
一方で上記第２及び第４ダイオードをオンにするかの制
御を行うことを特徴とするパルス発生器。
【請求項２】上記第１、第２、第３及び第４ダイオード
にショットキー・ダイオードを用いることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のパルス発生器。
【請求項３】上記第１及び第２電流源の少なくとも一方
が供給する電流の大きさを調整可能にしたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項又は第２項記載のパルス発生
器。
【請求項４】上記制御パルス発生手段は、上記第１ダイ
オードのアノードにカソードが接続され、上記第３ダイ
オードのカソードにアノードが接続されたステップ・リ
カバリー・ダイオードを含む回路であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項第２項又は第３項記載のパルス
発生器。