JPH07183752A

JPH07183752A - 可変減衰器

Info

Publication number: JPH07183752A
Application number: JP5325121A
Authority: JP
Inventors: Masamori Tokuda; 正盛徳田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-07-21
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JP3073122B2

Abstract

(57)【要約】【目的】温度依存性が小さく、温度特性の優れた可変
減衰器の実現。【構成】減衰回路２を形成するピン・ダイオード６
ａ，６ｂは、電流Ｉｄによって導電度が変化して、入力
信号Ｓｉを減衰させるが、負の温度係数をもつために、
周囲温度の上昇とともに電流Ｉｄが増加し、減衰度の可
変範囲が狭くなる。このためピン・ダイオード６ａ，６
ｂに印加される減衰レベル設定信号Ｖｄを、逆に正の温
度係数をもつ正温度係数サーミスタ１３ａ〜１３ｃを含
む減衰レベル設定回路３で生成して減衰回路２に印加す
る。したがって減衰レベル設定信号Ｖｄは、周囲温度の
上昇とともにレベルが低下し、ピン・ダイオード６ａ，
６ｂの負の温度係数を打消すように働く。このため減衰
回路２の減衰度は、周囲温度の変化に対して優れた安定
性を示し、温度依存性が可及的に改善された可変減衰器
が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無線装置などから出力
される高周波信号のレベル設定などに特に好適に実施さ
れる可変減衰器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＩＮ接合構造を有するいわゆるピン・
ダイオードは、通電電流によって導電度が変化する特性
をもち、小形であることから、とくに高周波領域でのス
イッチング素子や、可変減衰器として広く利用されてい
る。

【０００３】図６は、従来技術による可変減衰器２１の
電気的構成を示す回路図である。可変減衰器２１は、入
力信号減衰回路２２と、減衰レベル設定回路２３とから
構成されている。入力信号減衰回路（以下、「減衰回
路」という）２２は、２個のピン・ダイオード２７ａ，
２７ｂと、２個の抵抗素子２８，２９と、バイパスコン
デンサ３０と、チョークコイル３１とを含み、ピン・ダ
イオード２７ａ，２７ｂは直列に接続されて、アノード
側が入力端子２５に、カソード側が出力端子２６に接続
される。

【０００４】入力端子２５は、第１抵抗素子２８とバイ
パスコンデンサ３０の直列回路を介して接地ラインＧに
接続され、出力端子２６は、第２抵抗素子２９を介して
接地ラインＧに接続され、π型回路網が形成されてい
る。第１抵抗素子２８とバイパスコンデンサ３０との接
続点には、チョークコイル３１を介して、減衰レベルを
設定するための減衰レベル設定信号（以下、「設定信
号」という）Ｖｄが印加される。ピン・ダイオード２７
ａ，２７ｂは、通電電流Ｉｄによって導電度が変化する
特性を有するので、設定信号Ｖｄを変化させることによ
って、入力端子２５に入力される高周波信号Ｓｉを任意
レベルに減衰させて、出力端子２６から出力信号Ｓｏと
して導出させることができる。設定信号Ｖｄは、減衰レ
ベル設定回路（以下、「設定回路」という）２３から、
制御端子３９を介して導出される。

【０００５】設定回路２３は、デジタル／アナログ変換
器（以下「Ｄ／Ａ変換器」という）３２と、複数の抵抗
素子３３，３４，３５と、トランジスタ３６とを含んで
形成されている。第３抵抗素子３３と第４抵抗素子３４
は、Ｄ／Ａ変換器３２のプルアップ用抵抗である。Ｄ／
Ａ変換器３２とトランジスタ３６には、たとえば５Ｖの
電源電圧Ｖａが印加される。

【０００６】Ｄ／Ａ変換器３２は、デジタル入力端子ｄ
７〜ｄ０に入力される８ビットの設定入力信号に対応し
て、０〜２５５ステップのアナログ出力電圧Ｖｃを生成
し、第５抵抗素子３５を介してトランジスタ３６に入力
する。トランジスタ３６は、前記アナログ出力電圧Ｖｃ
のレベルに対応する設定信号Ｖｄを、制御端子３９を介
して減衰回路２２に対して出力する。したがって入力信
号Ｓｉは、設定信号Ｖｄのレベルによって所望のレベル
に減衰される。

【０００７】ところがこのような構成の可変減衰器２１
は、温度依存性が極めて大きいという問題点がある。可
変減衰器２１の２ＧＨｚにおける制御コード対減衰度特
性は、図７のグラフに示されている。グラフからも明ら
かなように、可変減衰器２１の減衰度（ｄＢ）は周囲温
度によって大きく変化する。たとえば同じ１０進数の制
御コード１７５（１０１０１１１１₂ ）が与えられて
も、温度が１０℃と４０℃とでは８ｄＢ以上の差があ
り、温度が１０℃と−２０℃とでは１５ｄＢもの差が生
じる。これはピン・ダイオード２７ａ，２７ｂと、トラ
ンジスタ３６がいずれも負の温度係数を有し、温度の上
昇とともに順電流が増加するためであり、特に減衰量が
大きく設定される制御コード２００〜２５５（１１００
１０００₂ 〜１１１１１１１１₂ ）の領域では、高温と
なるにつれて減衰度の可変範囲が狭くなるという温度依
存性の問題点がある。また電源回路が非安定なため、電
源電圧Ｖａが変動すると、トランジスタ３６のバイアス
が変化して減衰特性に少なからぬ影響を及ぼすという問
題点がある。

【０００８】前述のような問題点を解決するために、図
８に示される回路構成の可変減衰器２１ａが提案されて
いる。可変減衰器２１ａは、前述の図６に示されている
可変減衰器２１に温度補償回路２４を加えたものであ
り、図６と同一部分には同一の参照符を付してある。温
度補償回路２４は、２個の演算増幅器３６ａ，３６ｂ
と、複数の抵抗素子と、２個のピン・ダイオード３７，
３８とを含み、Ｄ／Ａ変換器３２から出力されるアナロ
グ出力電圧Ｖｃは、温度補償回路２４に入力される。

【０００９】第１ピン・ダイオード３７は第１演算増幅
器３６ａの帰還回路に挿入され、第２ピン・ダイオード
３８は第２演算増幅器３６ｂのリファレンス端子に接続
されている。２個のピン・ダイオード３７，３８は、い
ずれも前記減衰回路２２のピン・ダイオード２７ａ，２
７ｂと同じ負の温度係数を有するので、第１演算増幅器
３６ａの増幅度即ち出力電圧Ｖｆのレベルは、周囲温度
の上昇につれて減少する。また第２演算増幅器３６ｂに
与えられる基準電圧Ｖｒｅｆのレベルも温度の上昇とと
もに低下する結果、設定信号Ｖｄのレベルは温度上昇と
ともに低下する。したがって温度補償回路２４を介して
導出される設定信号Ｖｄは、減衰回路２２の温度依存性
を打消し、周囲温度による影響を排除するように作用す
る。これによって、減衰回路２２の温度特性が改善され
ることになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
図８に示される可変減衰器２１ａは、１つの減衰回路に
ついて１つの温度補償回路が必要なため、コストアップ
を招来する。たとえば図９に示されている多段の増幅回
路４１ａ〜４１ｃを含むような減衰回路２２ａでは、ピ
ン・ダイオードの段数分だけのレベル設定回路２３ａ，
２３ｂと、温度補償回路２４ａ，２４ｂと、抵抗素子２
８ａ，２８ｂと、コンデンサ３０ａ，３０ｂと、チョー
クコイル３１ａ，３１ｂとを備えねばならず、特にマイ
クロ波領域ではコスト的に不利となり、温度補償回路の
数を最小限に止めれば満足すべき特性が得られないとい
う問題点がある。

【００１１】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
減衰度の温度依存性を可及的に小さくし、電源電圧の変
動に対しても安定な可変減衰器を提供することである。

【００１２】また、本発明の別の目的は、増幅器の高温
での利得低下を打消し、温度に対して利得が安定なシス
テムを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力端子に入
力される信号のレベルを減衰させて出力端子に導出する
信号減衰手段と、前記入力される信号の減衰量を設定す
るための設定信号を前記信号減衰手段に与える設定信号
出力手段とを備え、前記信号減衰手段は、正または負の
温度係数を有し、前記設定信号のレベルに対応して導電
度が変化する可変導電性半導体素子を含み、前記設定信
号出力手段は、任意に設定される減衰量に対応する設定
信号を発生する信号発生手段と、前記信号発生手段から
導出される設定信号のレベルを、周囲温度に対応して変
化させる感温性抵抗素子とを含むことを特徴とする可変
減衰器である。

【００１４】

【作用】本発明に従う可変減衰器は、入力端子に入力さ
れる信号の減衰量を設定するための設定信号が、設定信
号出力手段から信号減衰手段に与えられ、減衰された信
号は出力端子を介して導出される。

【００１５】信号減衰手段は、正または負の温度係数を
有する可変導電性半導体素子を含み、前記設定信号のレ
ベルによって可変導電性半導体素子の導電度が変化し、
前記入力される信号を減衰させる。

【００１６】設定信号出力手段は、信号発生手段と、感
温性抵抗素子とを含む。信号発生手段は、任意に設定さ
れた減衰量に対応するレベルの設定信号を出力する。信
号発生手段から出力される設定信号のレべルは、前記感
温性抵抗素子によって周囲温度に対応して変化する。

【００１７】感温性抵抗素子として、信号減衰手段の可
変導電性半導体素子とは逆の温度係数を有するものを使
用すると、前記設定信号は、信号減衰手段の温度依存性
を打消すように働き、これによって可変減衰器の温度特
性が可及的に改善される。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である可変減衰器
１の電気的構成を示す回路図である。可変減衰器１は、
信号減衰手段である減衰回路２と、設定信号出力手段で
ある減衰レベル設定回路３とを含む。減衰回路２は、直
列に接続された２個のピン・ダイオード６ａ，６ｂと、
２個の抵抗素子７，８と、バイパスコンデンサ９と、チ
ョークコイル１０とを含んで構成される。ピン・ダイオ
ード６ａ，６ｂは、入力端子４と出力端子５間に介挿さ
れ、ピン・ダイオード６ａのアノード側が入力端子４
に、ピン・ダイオード６ｂのカソード側が出力端子５に
接続されている。入力端子４は、第１抵抗素子７と、バ
イパスコンデンサ９の直列回路を介して接地され、出力
端子５は、第２抵抗素子８を介して、それぞれ接地ライ
ンＧに接続され、π型回路網が形成されている。

【００１９】第１抵抗素子７とバイパスコンデンサ９の
接続点には、減衰レベル設定回路（以下、「設定回路」
という）３から出力される減衰レベル設定信号（以下
「設定信号」という）Ｖｄがチョークコイル１０を介し
て印加される。ピン・ダイオード６ａ，６ｂは、ともに
負の温度係数を有し、電流Ｉｄによって導電度が変化す
る特性を有する。電流Ｉｄは設定信号Ｖｄに応じて変化
するから、設定信号Ｖｄのレベルによって、入力端子４
から入力される信号Ｓｉのレベルを予め定める範囲内で
任意に減衰させて、出力端子５から出力信号Ｓｏとして
導出させることができる。

【００２０】設定回路３は、信号発生手段と、複数の感
温性抵抗素子とを含む。感温性抵抗素子は、前記減衰回
路２に使用されているピン・ダイオード６ａ，６ｂとは
逆の温度係数をもつ、正温度係数サーミスタなどで実現
される。信号発生手段は、トランジスタ１１と、デジタ
ル／アナログ変換回路（以下、「Ｄ／Ａ変換器」とい
う）１２と、可変シャントレギュレータ１４と、複数の
正温度係数サーミスタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび複
数の抵抗素子１５〜１７とを含んで構成される。正温度
係数サーミスタ１３ａ，１３ｂは、Ｄ／Ａ変換器１２の
プルアップ用抵抗として、正温度係数サーミスタ１３ｃ
は、可変シャントレギュレータ１４の直流出力電圧Ｖｋ
の設定用として機能する。

【００２１】電源電圧Ｖａが図示しない電源部から抵抗
素子１７を介して電源ラインＬと接地ラインＧ間に印加
される。可変シャントレギュレータ１４のリファレンス
端子ｒには、抵抗素子１５と、正温度係数サーミスタ１
３ｃとが接続される。基準電圧Ｖｒは、使用する可変シ
ャントレギュレータ１４に固有のものであり、たとえば
常温（たとえば２０℃）で２．５Ｖのものが使用され
る。抵抗素子１５と、正温度係数サーミスタ１３ｃの抵
抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とすれば、直流出力電圧Ｖｋ
は、式（１）で表される。

【００２２】Ｖｋ＝Ｖｒ｛１＋（Ｒ１／Ｒ２）｝＋Ｉｒ・Ｒ１ …（１）Ｉｒは可変シャントレギュレータ１４のリファレンス端
子ｒに流入する電流であり、通常Ｉｒ≒０であるので、
式（１）は、Ｖｋ＝Ｖｒ｛１＋（Ｒ１／Ｒ２）｝ …（２）と簡略化できる。式（２）から明らかなように、直流出
力電圧Ｖｋは、正温度係数サーミスタ１３ｃの抵抗値Ｒ
２に依存し、この場合には正温度係数サーミスタ１３ｃ
は正の温度係数を有しているから、直流出力電圧Ｖｋ
は、周囲温度が上昇するにつれて低下する。なお抵抗素
子１７の抵抗値は、予め電源電圧Ｖａと、可変シャント
レギュレータ１４に流入するカソード電流Ｉｋによって
生じる電圧降下とを見込んで設定される。

【００２３】前述のように、減衰回路２のピン・ダイオ
ード６ａ，６ｂとは逆の温度特性によって生成される直
流出力電圧Ｖｋは、トランジスタ１１のコレクタと、正
温度係数サーミスタ１３ａ，１３ｂを介してＤ／Ａ変換
器１２とに印加される。Ｄ／Ａ変換器１２は、デジタル
入力端子ｄ７〜ｄ０に入力される８ビットの設定入力信
号に対応して、直流出力電圧Ｖｋから、０〜２５５ステ
ップのアナログ出力電圧Ｖｃを生成して出力する。アナ
ログ出力電圧Ｖｃは、抵抗素子１６を介してトランジス
タ１１のベースに印加される。トランジスタ１１は、ア
ナログ出力電圧Ｖｃの前記２５６ステップのレベルに対
応する電圧を、設定信号として制御端子１９に導出す
る。前記０〜２５５の２５６ステップは制御コードを形
成し、これによって２５６段の減衰度が任意に設定可能
とされる。

【００２４】Ｄ／Ａ変換器１２には、正温度係数サーミ
スタ１３ａ，１３ｂがプルアップ用抵抗として使用され
ているので、アナログ出力電圧Ｖｃは、温度上昇につれ
て低下する。さらにアナログ出力電圧Ｖｃが入力される
トランジスタ１１は、ピン・ダイオード６ａ，６ｂと同
じように負の温度係数を有するけれども、直流出力電圧
Ｖｋと、アナログ出力電圧Ｖｃとが負の温度係数を打ち
消すように作用する。したがって設定回路３から導出さ
れる設定信号Ｖｄは、温度上昇によってピン・ダイオー
ド６ａ，６ｂを流れる電流Ｉｄの増加を抑制するように
働くことになる。これによって減衰回路２の温度依存性
が可及的に低減されるのである。

【００２５】図２は、本実施例による可変減衰器１の２
ＧＨｚにおける制御コード対減衰度特性を示すグラフで
ある。本実施例における可変減衰器１は、極めて優れた
温度特性を示し、たとえば制御コード１７５における減
衰度（ｄＢ）は、温度−２０℃〜４０℃範囲では偏差２
ｄＢ以下である。−２０℃〜７０℃に亘る広い温度範囲
でも偏差は５ｄＢ以内に収まっている。これを同じ条件
の下での従来技術を示す図５のグラフと比較すれば、本
発明による可変減衰器１の温度依存性が著しく低減され
ていることは明らかであろう。

【００２６】図６と図７を参照して、従来技術では、温
度が高くなるほど減衰回路２２を形成するピン・ダイオ
ード２７ａ，２７ｂに流れる電流Ｉｄが増加し、減衰度
が小さくなる。これに対して図１と図２に示される本発
明の可変減衰器１では、可変シャントレギュレータ１４
の直流出力電圧Ｖｋと、Ｄ／Ａ変換器１２のアナログ出
力電圧Ｖｃとが、いずれも温度増加にともなって減少
し、ピン・ダイオード６ａ，６ｂに流れる電流Ｉｄの増
加を抑えるため、広い温度範囲に亘る減衰度の一定化が
実現されるのである。

【００２７】図３は、本発明の他の実施例である可変減
衰器１ａの構成を示す回路図である。図３は図１に類似
し、同一部分には同一参照符を付してある。本実施例で
は、可変抵抗器で実現される減衰レベル設定器１８と、
正温度係数サーミスタ１３ｄとの直列回路によって設定
信号Ｖｄが生成されるものである。負の温度特性をもつ
直流出力電圧Ｖｋは、レベル設定器１８と正温度係数サ
ーミスタ１３ｄの直列回路を介して、減衰回路２に与え
られる。入力される信号Ｓｉの減衰量は、減衰レベル設
定器１８の抵抗値を変化させることによって、任意に設
定することができる。この実施例においても、正温度係
数サーミスタ１３ｃ，１３ｄの温度係数に基づいて生成
される設定信号Ｖｄが、ピン・ダイオード６ａ，６ｂの
温度係数を打消すように働くため、温度依存性の低い可
変減衰器１ａが、簡素化された回路によって実現され
る。

【００２８】図４は、本発明の他の実施例である減衰回
路２ａの構成を示す回路図である。図４において、図
１，図３と同一部分には同一の参照符を付してある。本
実施例の減衰回路２ａと、前記図１，図３に示される実
施例の減衰回路２との相違点は、本実施例ではピン・ダ
イオード６ａ，６ｂを入力端子４と接地ラインＧ間およ
び出力端子５と接地ラインＧ間にそれぞれ接続している
ことである。ピン・ダイオード６ａ，６ｂとともにπ型
回路網を形成する抵抗素子４６は、入力端子４と出力端
子５間に介挿される。抵抗４６には結合コンデンサ４７
が直列に接続され、ピン・ダイオード６ａ，６ｂの直流
結合は遮断されている。

【００２９】図示しない減衰レベル設定回路から設定信
号Ｖｄａ，Ｖｄｂがチョークコイル１０ａ，１０ｂを介
してピン・ダイオード６ａ，６ｂに個別に印加される
と、設定信号Ｖｄａ，Ｖｄｂのレベルに対応してピン・
ダイオード６ａ，６ｂを流れる電流Ｉｄａ，Ｉｄｂが変
化し、これにともなってピン・ダイオード６ａ，６ｂの
導電度が変化する。このため入力端子４および出力端子
５から見たインピーダンスが変化し、入力信号Ｓｉを減
衰させて出力端子５に導出させることができる。

【００３０】前述の説明では、減衰回路２を負の温度係
数を有するピン・ダイード６ａ，６ｂで形成し、温度が
上昇するにつれて電流Ｉｄが増加するものとし、設定回
路３，３ａには逆の温度係数を有する正温度係数サーミ
スタ１３ａ〜１３ｄを用いて電流Ｉｄの増加を抑えるよ
うにしているけれども、たとえば減衰回路２が正の温度
係数を有する素子で構成される場合には、設定回路３，
３ａはこれと逆に負の温度係数を有する素子で構成され
ることは当然である。また図１と図３の回路では、π型
回路網を抵抗素子７，８で形成しているけれども、この
部分をピン・ダイオード６ａ，６ｂとは逆の温度係数を
もつ正温度係数サーミスタなどに置き換えるようにして
もよい。さらに減衰回路２もπ型回路網のほかに、たと
えばＴ型回路網などを用いるようにしてもよい。

【００３１】図５は、本発明のさらに他の実施例である
可変減衰器１ｃの構成を示す回路図である。通常、可変
減衰器は図９に示すように増幅回路とともに使用される
が、一般に増幅回路は高温で電力利得が低下する傾向が
ある。図５に示される実施例は、この利得の低下を補償
するようにした可変減衰器である。図５は図３に類似
し、同一部分には同一参照符を付してある。本実施例と
図３に示される実施例との相違点は、正温度係数サーミ
スタ１３ｅは、前記式（１）のＲ１に相当する位置に入
っている。また、抵抗Ｒ２に相当するものは通常の抵抗
素子５１である。したがって、本実施例では可変シャン
トレギュレータ１４の直流出力電圧Ｖｋは高温になるに
従って上昇する。

【００３２】また、設定信号Ｖｄを生成する回路は、可
変抵抗器で実現される減衰レベル設定器１８と、負温度
係数（ＮＴＣ）サーミスタ５２とダイオード５３ａ，５
３ｂとの直列回路５４で構成される。この直列回路５３
は、温度が高くなるに従って合成抵抗値Ｒ３が減少す
る。したがって高温になる程、直流出力電圧Ｖｋが高く
なるので、減衰回路２のピン・ダイオード６ａ，６ｂに
流れる電流Ｉｄを大きくすることができる。したがって
高温になる程、減衰度を小さくすることができるので、
増幅回路での利得低下を補償することができ、温度変動
の影響を受け難いシステムを実現できる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明による可変減衰器
は、入力端子に入力される信号を減衰させるための設定
信号が、設定信号出力手段から信号減衰手段に与えられ
る。信号減衰手段は、可変導電性半導体素子を含み、前
記設定信号によってその導電性が変化して、入力される
信号を減衰させる。

【００３４】設定信号出力手段に含まれる感温性抵抗素
子の温度係数を、信号減衰手段に含まれる可変導電性半
導体素子とは逆に選んだ場合には、出力される設定信号
は、前記可変導電性半導体素子の温度係数を打消すよう
に働く。これによって可変減衰器の温度依存性が可及的
に低減され、温度特性が著しく改善された可変減衰器が
実現される。

【００３５】また、設定信号出力手段に含まれる感温性
抵抗素子の温度係数を適正に選ぶことによって、増幅回
路の高温での利得低下を補償することができ、温度変動
の影響を受け難いシステムを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である可変減衰器１の電気的
構成を示す回路図である。

【図２】図１に示される可変減衰器１の特性を示すグラ
フである。

【図３】本発明の他の実施例を示す回路図である。

【図４】本発明の他の実施例である減衰回路２ａの構成
を示す回路図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例を示す回路図であ
る。

【図６】従来技術による可変減衰器２１の電気的構成を
示す回路図である。

【図７】図６に示される可変減衰器２１の特性を示すグ
ラフである。

【図８】他の従来技術による可変減衰器２１ａの電気的
構成を示す回路図である。

【図９】他の従来技術による可変減衰器２１ｂの電気的
構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１可変減衰器２，２ａ減衰回路３減衰レベル設定回路４入力端子５出力端子６ａ，６ｂピン・ダイオード１２デジタル／アナログ変換器１３ａ，１３ｂ正温度係数サーミスタ１４可変シャントレギュレータ１８減衰レベル設定器Ｉｄピン・ダイオードに流れる電流Ｓｉ入力信号Ｓｏ出力信号Ｖｃアナログ出力電圧Ｖｄ減衰レベル設定信号Ｖｋ直流出力電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力端子に入力される信号のレベルを減
衰させて出力端子に導出する信号減衰手段と、前記入力される信号の減衰量を設定するための設定信号
を、前記信号減衰手段に与える設定信号出力手段とを備
え、前記信号減衰手段は、正または負の温度係数を有し、前
記設定信号のレベルに対応して導電度が変化する可変導
電性半導体素子を含み、前記設定信号出力手段は、任意に設定される減衰量に対応する設定信号を発生する
信号発生手段と、前記信号発生手段から導出される設定信号のレベルを、
周囲温度に対応して変化させる感温性抵抗素子とを含む
ことを特徴とする可変減衰器。