JPH07212158A - 関数発生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アナログ回路により構成され、非線型な伝達
関数を発生する回路を実現する。 【構成】 複数個の増幅回路を用いて互いに極性の異な
る所望の折れ線関数により入力信号を増幅し且つこれら
の折れ線関数が飽和領域で連続するようにしこれらの増
幅回路の出力を加算することによって所望の非線型伝達
関数を生成するか或いは一つの増幅回路により所望の折
れ線関数を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は関数発生回路に関し、特
に非線型な伝達関数を発生する回路に関するものであ
る。

【０００２】電子回路において、増幅回路等の入出力の
伝達関数は一般に線型であることが多い。しかしなが
ら、場合によっては２次，３次あるいは対数等の非線型
な伝達関数が発生することがあるため、このような非線
型な伝達関数を補償するためには非線型な伝達関数を発
生する回路が必要となる。

【０００３】

【従来の技術】光通信の分野で使用されているＬＤ（レ
ーザーダイオード）駆動回路では、ＬＤの光出力のパワ
ーを一定に保つため、ＡＰＣ（自動パワー制御）回路を
用いることが多い。

【０００４】この様なＡＰＣ回路が図７に示されてお
り、図中、１１はＬＤ、１２はこのＬＤを駆動するため
のＬＤ駆動回路、１３はＬＤ１１のバックパワーを検出
するためのＰＤ（フォトダイオード）、１４はＰＤ１３
の出力電圧と基準電圧ＲＥＦとの誤差を増幅してＬＤ駆
動回路１２に与える誤差増幅器である。

【０００５】この様なＡＰＣ回路では、ＬＤ１１の光パ
ワーをＰＤ１３で検出し、基準電圧ＲＥＦとの誤差を増
幅器１４で増幅し、ＬＤ駆動回路１２を駆動することに
よりフィードバックをかけ、ＬＤ１１の光出力の安定化
を図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の様なＡＰＣ回路
における光出力パワーは温度によって変動するが、その
原因としては電気回路の変動によるものや、ＬＤとＰＤ
とで構成される光結合系での変動によるものがある。

【０００７】前者の電気回路の変動は温度に対して１次
に近い特性を持つことが多く比較的容易に補償する事が
出来るが、後者の光結合系の変動は常温付近で光の結合
が最適に調整されている場合、その常温の低温側と高温
側でロスが増えることが多く、図８に示すような２次の
温度特性を示すことがある。

【０００８】この様な場合、理想的な温度補償を行おう
とすると、図９に示すような特性を基準電圧ＲＥＦに与
えて、平坦な温度特性を与える事が必要になる。

【０００９】従って、図９に示すような理想的な温度補
償特性を与えるためには単に１次の特性（線型特性）で
補償することは困難である。

【００１０】また、図９に示すような温度補償特性をデ
ィジタル処理により生成すると回路規模が大きくなって
しまうので比較的小規模でＩＣ化等に適したアナログ回
路による処理が必要である。

【００１１】従って本発明は、アナログ回路により構成
され、非線型な伝達関数を発生する回路を実現すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る関数発生回路は、図１に原理的に示す
ように、入力信号を所望の折れ線関数に増幅する第１の
増幅回路１と、該入力信号を該第１の増幅回路１の折れ
線関数とは逆極性で飽和領域で連続する所望の折れ線関
数に増幅する第２の増幅回路２と、各増幅回路１，２の
出力信号を加算する加算部３と、を備えている。

【００１３】また上記の各増幅回路１，２は、任意に設
定された互いに異なる動作点を有する増幅器と該増幅器
の各出力信号を加算する加算器とで構成されていること
が好ましい。

【００１４】更には各増幅回路１，２は、最大振幅及び
利得の内の少なくともいずれかが異なる複数の増幅器と
該増幅器の各出力信号を加算する加算器とで構成しても
よい。

【００１５】更に、本発明では、両折れ線関数とは別の
折れ線関数の信号増幅を行う更に別の増幅回路を設けて
その出力信号を該加算部３に与えることもでき、入力信
号を所望の折れ線関数に増幅する１つの増幅回路１だけ
で構成してもよい。

【００１６】

【作用】図１に示した本発明に係る関数発生回路におけ
る増幅回路１及び２は例えば図２（１）及び（２）に示
すような非線型な折れ線関数をそれぞれ発生する。

【００１７】これらの折れ線関数は図示の如く線型領域
（１次関数）を挟んで飽和領域が存在しており、これら
の飽和領域間が最大振幅となる。また、増幅回路１の折
れ線関数と増幅回路２の折れ線関数とは逆極性となって
おり且つ飽和領域で連続するものとなっている。

【００１８】従って、これらの増幅回路１及び２の出力
信号を加算部３で加算すると、図２（３）に示すような
鍋底型の非線型な伝達関数が出力される。

【００１９】この様な非線型な伝達関数出力を例えば図
７に示す基準電圧ＲＥＦとして与えれば、図９に示すよ
うな理想的な温度補償特性に近似した伝達関数を与える
ことが出来、温度補償をアナログ回路により行うことが
出来る。

【００２０】しかしながら、図２（３）に示すような非
線型な伝達関数は図９に示すような特性（例えば２次特
性）が理想であるとすればこの様な理想特性により近づ
ける必要がある。

【００２１】そこで本発明では、図１に示した増幅回路
１及び２の内部構成を更に例えば図３に示すように複数
個の増幅器と該増幅器の出力信号を加算する加算器とで
構成することにより、例えば図２（１）に示した増幅回
路１の折れ線関数を図４に示すようなより所望の傾斜を
持った特性にする事が出来る。同図（２）に示した増幅
回路２の場合も全く同様である。

【００２２】即ち、図３に示した増幅器〜のそれぞ
れの特性曲線（折れ線関数特性）が図４に点線で示した
様なものであるとすると、これらの特性曲線を加算器
で合成すると実線で示した様な折れ線関数が得られる。

【００２３】このような折れ線関数を得るためには、各
増幅器の動作点（入力の中心電圧：増幅器〜の基準
電圧ＲＥＦ１〜ＲＥＦ３）が任意に設定された互いに異
なる値であるか、或いはこれに加えて最大振幅及び利得
の内の少なくともいずれかが異なるようにすればよい。

【００２４】また、図１の本発明の関数発生器回路の場
合には図９の２次の温度補償特性に対応する折れ線関数
を図２（３）に示すように発生するものであるため、更
に３次乃至対数等の非線型な伝達関数を得るためにはこ
れらの増幅回路１及び２とは別の折れ線関数の信号増幅
を行う別の増幅回路を少なくとも一つ設けてその出力信
号を加算部３に加えることにより生成する事が出来る。

【００２５】更には、図４に示すような非線型な伝達関
数のみを発生する（入力信号を所望の折れ線関数に増幅
する）１つの増幅回路１だけを用いることも可能であ
る。

【００２６】

【実施例】図５は図１に示した本発明に係る関数発生回
路の実施例を示したもので、この実施例では各増幅回路
が一つの差動増幅器によって構成されている。

【００２７】即ち、増幅回路１はトランジスタＱ１及び
Ｑ２とで構成されそれぞれのエミッタに抵抗Ｒ１及びＲ
２が接続され、これらの抵抗Ｒ１及びＲ２の他端は共通
接続されている。

【００２８】同様に、増幅回路２においてもトランジス
タＱ３及びＱ４で構成され、エミッタ抵抗Ｒ３及びＲ４
の他端が共通接続されている。

【００２９】また、入力信号は増幅回路１のトランジス
タＱ２のベース端子及び増幅回路２のトランジスタＱ４
のベース端子に共に与えられており、増幅回路１のトラ
ンジスタＱ１のベース端子は抵抗ｒ１及びｒ２による分
圧回路で生成された基準電圧ＲＥＦ１を入力するように
なっており、増幅回路２のトランジスタＱ３のベース端
子もこの抵抗ｒ１及びｒ２で構成される分圧回路の接続
点から基準電圧ＲＥＦ２（ＲＥＦ２＞ＲＥＦ１）が与え
られるようになっている。

【００３０】また、ＣＳは電流源であり、この電流源Ｃ
ＳにはトランジスタＱ５及び抵抗Ｒ５が直列接続されて
おり、トランジスタＱ６〜Ｑ１０と共にカレントミラー
回路を構成している。

【００３１】そして、抵抗ｒ１とｒ２による分圧回路に
トランジスタＱ６及びＲ６が直列接続され、エミッタ抵
抗Ｒ１及びＲ２の共通接続点にトランジスタＱ７及び抵
抗Ｒ７が直列接続され、エミッタ抵抗Ｒ３及びＲ４の共
通接続点にトランジスタＱ８及び抵抗Ｒ８が直列接続さ
れており、これらトランジスタＱ５〜Ｑ８の各べース端
子は共通接続され、カレントミラー回路を構成してトラ
ンジスタＱ５に電流ｉが流れるとすると、トランジスタ
Ｑ６〜Ｑ８にもそれぞれ同じ電流ｉが流れることとな
る。

【００３２】また、増幅回路１のトランジスタＱ１のコ
レクタ端子は増幅回路２のトランジスタＱ４のコレクタ
端子と共通接続され抵抗ｒ４を介して電源端子に接続さ
れており、同様に増幅回路１のトランジスタＱ２のコレ
クタ端子と増幅回路２のトランジスタＱ３のコレクタ端
子とが共通接続されて抵抗ｒ３を介して電源端子に接続
されている。

【００３３】更には、トランジスタＱ２及びＱ３のコレ
クタ端子がトランジスタＱ１１のベース端子に接続さ
れ、トランジスタＱ１及びＱ４のコレクタ端子がトラン
ジスタＱ１２のベース端子に接続されている。

【００３４】これらのトランジスタＱ１１及びＱ１２は
それぞれ電源端子間においてトランジスタＱ９及び抵抗
Ｒ９並びにトランジスタＱ１０及び抵抗Ｒ１０の直列回
路とそれぞれ直列接続されており、トランジスタＱ１１
のエミッタ端子から出力Ａを発生し、トランジスタＱ１
２のエミッタ端子から出力Ｂが発生されるようにしてい
る。これらのトランジスタＱ９及びＱ１０もトランジス
タＱ５と共にカレントミラー回路を構成している。

【００３５】この様な実施例の動作を図６に示した特性
図を参照して以下に説明する。尚、図６において横軸は
入力電圧を示し縦軸は出力電圧を示している。

【００３６】先ず入力電圧が基準電圧ＲＥＦ１よりずっ
と小さい場合には、増幅回路１においてトランジスタＱ
１のみに全電流ｉ１が流れる。従って、電流ｉ１＝電流
ｉとなる。

【００３７】このとき、トランジスタＱ２には電流ｉ２
が流れないのでトランジスタＱ１１のベース端子は電源
電圧ＶccからトランジスタＱ３に流れる電流ｉ３による
抵抗ｒ３の電圧降下分を引いた電圧値（これは、後述す
るようにこの時点では増幅回路２においてはトランジス
タＱ３のみに全電流ｉ３がながれているためである）に
なるため、出力Ａは図６に示すように最大の飽和電圧値
を示す。

【００３８】この後、入力電圧が増加して基準電圧ＲＥ
Ｆ１に近づいてくると、トランジスタＱ２に電流ｉ２が
流れ始め、このためトランジスタＱ１に流れる電流ｉ１
が減少して行く。ｉ＝ｉ１＋ｉ２であるからである。

【００３９】従って、抵抗ｒ３には（上記のように流れ
る電流ｉ３に加えて）電流ｉ２が流れるのでトランジス
タＱ１１のベース端子は徐々に電圧降下して行くので、
出力Ａは図示のように徐々に減少して行くことになる。

【００４０】そして、入力電圧が基準電圧ＲＥＦ１と等
しくなると、電流ｉ１＝ｉ２となり、更に入力電圧が大
きくなって基準電圧ＲＥＦ１を超えて行くと、トランジ
スタＱ２に流れる電流ｉ２がトランジスタＱ１に流れる
電流ｉ１より大きくなって行き、最終的には電流ｉ２し
か流れなくなる。

【００４１】従って、トランジスタＱ１１のベース端子
は図６に示すように徐々に下がって行き、出力Ａは最低
のレベルに落ち着く。

【００４２】一方、ここまでは入力電圧が基準電圧ＲＥ
Ｆ２を超えていないものとすると、増幅回路２において
は上述の如くトランジスタＱ３のみに全電流ｉ３が流れ
ている。

【００４３】しかしながら、入力電圧が基準電圧ＲＥＦ
２に徐々に近づいて行くと増幅回路１と同様の動作状態
となり、トランジスタＱ４に電流ｉ４が流れ始め、且つ
トランジスタＱ３の電流ｉ３が徐々に減少することとな
る。

【００４４】従って、この時点ではトランジスタＱ２の
電流ｉ２は一定の電流ｉとなっているため、トランジス
タＱ１１のベース電圧はトランジスタＱ３に流れる電流
ｉ３の減少の影響を受け、この電流ｉ３が減少して行く
ことにより抵抗ｒ３を流れる電流が減少し、トランジス
タＱ１１のベース電圧が上昇するため、出力Ａは図６に
示すように今度は上昇することとなる。

【００４５】尚、図６にはトランジスタＱ１２のエミッ
タ端子から得られる出力Ｂの特性グラフも示されている
が、この出力Ｂは丁度出力Ａと逆の動作を呈することと
なる。従って、図２（３）や図９のような非線型伝達関
数を得るためには出力Ａを用いればよいことになる。こ
の場合、図６の入力電圧の横軸目盛りを温度の関数に対
応させて取れば図９に示す温度補償特性が得られる。

【００４６】また、この実施例においてエミッタ抵抗Ｒ
１〜Ｒ４を適当に選ぶことにより図６に示す特性曲線の
傾斜（利得）を得ることが出来、抵抗Ｒ７及びＲ８を可
変することで図２に示した最大振幅を変えることが出来
る。

【００４７】更に、上記の実施例では出力Ａ，Ｂにおい
て２次関数の近似を行っているが、この外に別の差動増
幅器を組み合わせることにより種々の非線型な関数を近
似することが可能となる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る関数発
生回路によれば、複数個の増幅回路を用いて互いに極性
の異なる所望の折れ線関数により入力信号を増幅し且つ
これらの折れ線関数が飽和領域で連続するようにしこれ
らの増幅回路の出力を加算することによって所望の非線
型伝達関数を生成するか或いは一つの増幅回路による所
望の折れ線関数を生成するように構成したので、比較的
回路構成の簡単なアナログ回路で精度よく関数の近似が
出来る。また、回路内に帰還動作がないため安定に動作
させ易くまた高速動作が要求される用途にも適用可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る関数発生回路の構成を原理的に示
したブロック図である。

【図２】本発明に係る関数発生回路の作用を説明するた
めの特性グラフ図である。

【図３】本発明に係る関数発生回路における各増幅回路
の構成例を示した回路図である。

【図４】本発明に係る関数発生回路に用いられる増幅回
路における複数の増幅器により生成された折れ線関数を
示したグラフ図である。

【図５】本発明に係る関数発生回路の実施例を示した回
路図である。

【図６】図５に示した実施例の回路の特性グラフ図であ
る。

【図７】従来から用いられているレーザーダイオード
（ＬＤ）のＡＰＣ回路を示したブロック図である。

【図８】ＡＰＣ回路における光結合系の温度特性図であ
る。

【図９】図８に対する理想的な温度補償特性を示したグ
ラフ図である。

【符号の説明】

１，２ 増幅回路 ３ 加算回路 〜 増幅器 加算器 図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を所望の折れ線関数に増幅する
   第１の増幅回路（１）と、 該入力信号を該第１の増幅回路（１）の折れ線関数とは
   逆極性で飽和領域で連続する所望の折れ線関数に増幅す
   る第２の増幅回路（２）と、 各増幅回路（１，２）の出力信号を加算する加算部
   （３）と、 を備えたことを特徴とする関数発生回路。
2. 【請求項２】 各増幅回路（１，２）が、任意に設定さ
   れた互いに異なる動作点を有する増幅器と該増幅器の各
   出力信号を加算する加算器とで構成されていることを特
   徴とした請求項１に記載の関数発生回路。
3. 【請求項３】 各増幅回路（１，２）が、最大振幅及び
   利得の内の少なくともいずれかが異なる複数の増幅器と
   該増幅器の各出力信号を加算する加算器とで構成されて
   いることを特徴とした請求項２に記載の関数発生回路。
4. 【請求項４】 両折れ線関数とは別の折れ線関数の信号
   増幅を行う更に別の増幅回路を設けてその出力信号を該
   加算部（３）に与えることを特徴とした請求項１乃至３
   のいずれかに記載の関数発生回路。
5. 【請求項５】 入力信号を所望の折れ線関数に増幅する
   １つの増幅回路（１）のみを備えたことを特徴とする関
   数発生回路。