JPH08256021A - 非線形補償の方法と装置 - Google Patents
非線形補償の方法と装置Info
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- JPH08256021A JPH08256021A JP7334545A JP33454595A JPH08256021A JP H08256021 A JPH08256021 A JP H08256021A JP 7334545 A JP7334545 A JP 7334545A JP 33454595 A JP33454595 A JP 33454595A JP H08256021 A JPH08256021 A JP H08256021A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
- H03F1/3241—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、増幅器により駆動される容量性負
荷の非線形応答特性を補償するための方法及び装置に関
する。 【解決手段】 容量性負荷と同じ非線形特性を示す非線
形容量性基準要素を、制御増幅器回路内の単独の利得段
の周面に配置したローカル・フィード・ループにおいて
利用することで、容量性負荷の非線形性を先取りし、打
ち消す。
荷の非線形応答特性を補償するための方法及び装置に関
する。 【解決手段】 容量性負荷と同じ非線形特性を示す非線
形容量性基準要素を、制御増幅器回路内の単独の利得段
の周面に配置したローカル・フィード・ループにおいて
利用することで、容量性負荷の非線形性を先取りし、打
ち消す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に電子信号の調
整に関し、さらに具体的には、増幅器により駆動される
負荷、特に容量性負荷の非線形レスポンス特性を補償す
るための方法ならびに回路に関する。
整に関し、さらに具体的には、増幅器により駆動される
負荷、特に容量性負荷の非線形レスポンス特性を補償す
るための方法ならびに回路に関する。
【０００２】
【政府契約】本発明は契約Ｎ０００２４−９０−Ｃ−０
２５８により政府の援助を受けて行われた。本発明には
政府が一定の権利を有する。
２５８により政府の援助を受けて行われた。本発明には
政府が一定の権利を有する。
【０００３】
【従来の技術】機械装置の制御においては、高電圧増幅
器を用いて圧電アクチュエータもしくはその他の高容量
装置を駆動し、そうした装置により、制御される機械装
置に機械力を与えることがよくある。アクチュエータ
は、基本的には高圧（駆動）増幅器に対する純粋な容量
性負荷のように見える圧電セラミックウェハを積み重ね
て形成することができる。
器を用いて圧電アクチュエータもしくはその他の高容量
装置を駆動し、そうした装置により、制御される機械装
置に機械力を与えることがよくある。アクチュエータ
は、基本的には高圧（駆動）増幅器に対する純粋な容量
性負荷のように見える圧電セラミックウェハを積み重ね
て形成することができる。
【０００４】場合によっては、あらゆるセラミック構成
コンデンサーが様々な程度で示す非線形レスポンス特性
は無視できることがあり、特に、容量性負荷が狭い範囲
の電圧で作用している用途、あるいは非線形効果が重要
でない用途では無視できる。
コンデンサーが様々な程度で示す非線形レスポンス特性
は無視できることがあり、特に、容量性負荷が狭い範囲
の電圧で作用している用途、あるいは非線形効果が重要
でない用途では無視できる。
【０００５】しかし、容量性負荷を、電気エネルギーを
機械エネルギーに変換するという圧電特性を利用するた
めに用いている用途では、負荷を広い範囲の電圧で駆動
しなければならず、この場合非線形特性が強まる。
機械エネルギーに変換するという圧電特性を利用するた
めに用いている用途では、負荷を広い範囲の電圧で駆動
しなければならず、この場合非線形特性が強まる。
【０００６】このような純粋に容量性の負荷を通る電流
を線形化する方法はいくつか存在する。米国特許５，０
００，４１５では、複数の電荷・電圧フィードバック・
ループを負荷の周囲に配置し、負荷について非線形電圧
と変位との間で、また電荷と変位特性との間で、互いに
「打ち消す」傾向が生じるようにすることを開示してい
る。また、米国特許４，６２８，２７５では、単独のフ
ィードバック・ループが容量性負荷と直列に接続した大
型基準コンデンサからの電荷を感知する。この方法は、
負荷容量が比較的大きい場合には、基準コンデンサの数
値が過度に大きくなってしまうため、実用的ではない。
を線形化する方法はいくつか存在する。米国特許５，０
００，４１５では、複数の電荷・電圧フィードバック・
ループを負荷の周囲に配置し、負荷について非線形電圧
と変位との間で、また電荷と変位特性との間で、互いに
「打ち消す」傾向が生じるようにすることを開示してい
る。また、米国特許４，６２８，２７５では、単独のフ
ィードバック・ループが容量性負荷と直列に接続した大
型基準コンデンサからの電荷を感知する。この方法は、
負荷容量が比較的大きい場合には、基準コンデンサの数
値が過度に大きくなってしまうため、実用的ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、いずれの方法
にも共通して、負荷から制御増幅器回路に対して単数ま
たは複数の制御値をフィードバックしなければならない
という欠点がある。これは少なくとも二点において不利
である。第一に、切替え成分（切替え増幅器設計の場合
など）を取り除くためにフィードバック値がフィルタリ
ングを必要とする場合、信号の移相が入り込む可能性が
ある。こうした移相は、制御電子機器により補償する必
要があり、最終的な効果として、制御信号の周波数帯域
の幅が狭まる。第二に、容量性負荷を利用する機械シス
テムの物理的設計は、負荷から制御増幅器回路へのフィ
ードバック・ループ用のセンサや配線を追加するのに向
いていない場合がある。
にも共通して、負荷から制御増幅器回路に対して単数ま
たは複数の制御値をフィードバックしなければならない
という欠点がある。これは少なくとも二点において不利
である。第一に、切替え成分（切替え増幅器設計の場合
など）を取り除くためにフィードバック値がフィルタリ
ングを必要とする場合、信号の移相が入り込む可能性が
ある。こうした移相は、制御電子機器により補償する必
要があり、最終的な効果として、制御信号の周波数帯域
の幅が狭まる。第二に、容量性負荷を利用する機械シス
テムの物理的設計は、負荷から制御増幅器回路へのフィ
ードバック・ループ用のセンサや配線を追加するのに向
いていない場合がある。
【０００８】従って、負荷から制御増幅器へのフィード
バック・ループを使わずに、また、相対的に大型の基準
コンデンサを要することなく、容量性負荷の非線形レス
ポンス特性を補償する必要がある。
バック・ループを使わずに、また、相対的に大型の基準
コンデンサを要することなく、容量性負荷の非線形レス
ポンス特性を補償する必要がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、負荷の前にあ
る制御増幅器において予め駆動電圧の波形を非線形化す
ることにより負荷を通る電流を効果的に線形化する、容
量性負荷の非線形電流レスポンスを補償する方法および
装置に関している。容量性負荷と同じ非線形特性を示す
非線形容量性基準要素を、制御増幅器回路内の単独の利
得段の周囲に配したローカル・フィードバック・ループ
において利用することで、容量性負荷の非線形特性を先
取りし、打ち消す。ローカル・フィードバック・ループ
は物理的にも電気的にも容量性負荷を含んでおらず、こ
れにより負荷センサーやフィードバック・ループが不要
となる。
る制御増幅器において予め駆動電圧の波形を非線形化す
ることにより負荷を通る電流を効果的に線形化する、容
量性負荷の非線形電流レスポンスを補償する方法および
装置に関している。容量性負荷と同じ非線形特性を示す
非線形容量性基準要素を、制御増幅器回路内の単独の利
得段の周囲に配したローカル・フィードバック・ループ
において利用することで、容量性負荷の非線形特性を先
取りし、打ち消す。ローカル・フィードバック・ループ
は物理的にも電気的にも容量性負荷を含んでおらず、こ
れにより負荷センサーやフィードバック・ループが不要
となる。
【００１０】本発明は、容量性負荷が、数百枚のセラミ
ックウェハの「スタック（積み重ね）」（通常は並列に
接続される）において負荷を生成して構成されている場
合に便利である。この場合、基準要素は、負荷に使用し
ているのと同種の１枚のウェハだけとすることができ、
従って負荷の容量に比べるとほんのわずかな容量を有す
ることになるが、同時に、負荷と同様の非線形の容量／
電圧特性を示す。
ックウェハの「スタック（積み重ね）」（通常は並列に
接続される）において負荷を生成して構成されている場
合に便利である。この場合、基準要素は、負荷に使用し
ているのと同種の１枚のウェハだけとすることができ、
従って負荷の容量に比べるとほんのわずかな容量を有す
ることになるが、同時に、負荷と同様の非線形の容量／
電圧特性を示す。
【００１１】好適な実施例において、補償は倍電圧回路
構成における逆転高利得演算増幅器により行われる。入
力（総和）抵抗は入力コンデンサにより分流される。フ
ィードバック抵抗により分流される基準コンデンサから
成るローカル・フィードバック回路は、増幅器の出力を
増幅器の入力と接続し、負荷の両端で展開される電圧全
体が、ローカル・フィードバック回路内の基準要素の両
端で展開されているように見えるようにする。基準コン
デンサは負荷圧電ウェハの一つに合わせるか、または実
際に負荷ウェハの複製とする。ローカル・フィードバッ
ク抵抗ならびに増幅器入力部の抵抗とコンデンサとの組
合せの抵抗や容量の値は、適切な増幅器利得が得られ、
また、極−ゼロ取消しも適切に行われて平坦な周波数レ
スポンスとなるように選択する。
構成における逆転高利得演算増幅器により行われる。入
力（総和）抵抗は入力コンデンサにより分流される。フ
ィードバック抵抗により分流される基準コンデンサから
成るローカル・フィードバック回路は、増幅器の出力を
増幅器の入力と接続し、負荷の両端で展開される電圧全
体が、ローカル・フィードバック回路内の基準要素の両
端で展開されているように見えるようにする。基準コン
デンサは負荷圧電ウェハの一つに合わせるか、または実
際に負荷ウェハの複製とする。ローカル・フィードバッ
ク抵抗ならびに増幅器入力部の抵抗とコンデンサとの組
合せの抵抗や容量の値は、適切な増幅器利得が得られ、
また、極−ゼロ取消しも適切に行われて平坦な周波数レ
スポンスとなるように選択する。
【００１２】本発明の利点および様々な特徴は、添付図
面を参照しつつ以下の好適な実施例に関する詳細な説明
を読むことによりさらによく理解されるであろう。
面を参照しつつ以下の好適な実施例に関する詳細な説明
を読むことによりさらによく理解されるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】まず図４および図５ａを参照する
と、ここでは、セラミックコンデンサにおいて一般的
な、よく知られた非線形の電気容量／電圧曲線のレスポ
ンスを示している。同様の非線形特性は、実際に、あら
ゆるセラミック構成コンデンサにおいて、様々な程度で
見られる。電圧が０から数値Ｖ１に上昇していくにつれ
て、負荷の容量は非線形を描いて減少し、図に示すよう
にＣ０からＣ１になる。ここから理解されるように、負
荷Ｉｃを通る電流も、容量の変化に応じて非線形を描い
て変化する。具体的には、図５ａの正弦曲線を描く電圧
Ｖｃ（実線）が、容量性負荷の両端に印加されるのであ
る。非線形の容量性負荷に対する電流Ｉｃは、電圧に９
０度先行し（破線）、垂直軸に対して非対称である。こ
の非線形効果は数学的には以下の関係により表現でき
る。 Ｉｃ ＝ Ｃ（Ｖｃ）ｄＶｃ／ｄｔ ここで、 Ｉｃ ＝ 非線形コンデンサを通る電流、 Ｖｃ ＝ コンデンサにかかる電圧、 Ｃ（Ｖｃ）＝ 電圧−負荷の従属容量値である。
と、ここでは、セラミックコンデンサにおいて一般的
な、よく知られた非線形の電気容量／電圧曲線のレスポ
ンスを示している。同様の非線形特性は、実際に、あら
ゆるセラミック構成コンデンサにおいて、様々な程度で
見られる。電圧が０から数値Ｖ１に上昇していくにつれ
て、負荷の容量は非線形を描いて減少し、図に示すよう
にＣ０からＣ１になる。ここから理解されるように、負
荷Ｉｃを通る電流も、容量の変化に応じて非線形を描い
て変化する。具体的には、図５ａの正弦曲線を描く電圧
Ｖｃ（実線）が、容量性負荷の両端に印加されるのであ
る。非線形の容量性負荷に対する電流Ｉｃは、電圧に９
０度先行し（破線）、垂直軸に対して非対称である。こ
の非線形効果は数学的には以下の関係により表現でき
る。 Ｉｃ ＝ Ｃ（Ｖｃ）ｄＶｃ／ｄｔ ここで、 Ｉｃ ＝ 非線形コンデンサを通る電流、 Ｖｃ ＝ コンデンサにかかる電圧、 Ｃ（Ｖｃ）＝ 電圧−負荷の従属容量値である。
【００１４】実際には、セラミックの負荷の機械的変位
の歪み特性が、負荷の電流の歪み特性の直接の結果とし
て生じることがわかっている。言い換えれば、セラミッ
クの負荷を通る電流に歪みがあれば、容量性セラミック
負荷の機械的変位にも歪みが生じるということである。
の歪み特性が、負荷の電流の歪み特性の直接の結果とし
て生じることがわかっている。言い換えれば、セラミッ
クの負荷を通る電流に歪みがあれば、容量性セラミック
負荷の機械的変位にも歪みが生じるということである。
【００１５】図１は、本発明を電力利得増幅器１０と共
に動作させたブロック図である。増幅器１０は前置増幅
器１１の出力と接続されており、本発明により、前置増
幅器１１において非線形補償が加えられる。前置増幅器
は、単独の利得段１２に対して全範囲の電圧を展開す
る。前置増幅器１１は予想による形状の波形を「電力利
得」段１０に送り、一方この段は、参照数字１４により
識別される容量性負荷Ｃloadを駆動する。補償回路網は
電力利得増幅器１０に送られる信号を事前に調整し、負
荷の非線形の影響が打ち消されて図５ｂに示すような電
流／電圧の波形となるようにする。
に動作させたブロック図である。増幅器１０は前置増幅
器１１の出力と接続されており、本発明により、前置増
幅器１１において非線形補償が加えられる。前置増幅器
は、単独の利得段１２に対して全範囲の電圧を展開す
る。前置増幅器１１は予想による形状の波形を「電力利
得」段１０に送り、一方この段は、参照数字１４により
識別される容量性負荷Ｃloadを駆動する。補償回路網は
電力利得増幅器１０に送られる信号を事前に調整し、負
荷の非線形の影響が打ち消されて図５ｂに示すような電
流／電圧の波形となるようにする。
【００１６】負荷が示すのと同一の非線形の容量／電圧
特性を備えた容量性基準要素Ｃref１５は、図のよう
に、前置増幅器１１の単独の利得段１２の両端に接続し
てある。この構成では、基準要素１５の容量は負荷１４
の容量性数値よりも相当に低いため、入手の容易な回路
部品を利用することができる。たとえば、容量性負荷１
４は数百枚のセラミックウェハを積み重ねて並列に接続
し、大きな容量性負荷を作り出す「スタック」として構
成することができる（図６参照）。この場合基準要素１
５は、基準負荷において利用しているのと同種のウェハ
１枚だけから構成することができる。
特性を備えた容量性基準要素Ｃref１５は、図のよう
に、前置増幅器１１の単独の利得段１２の両端に接続し
てある。この構成では、基準要素１５の容量は負荷１４
の容量性数値よりも相当に低いため、入手の容易な回路
部品を利用することができる。たとえば、容量性負荷１
４は数百枚のセラミックウェハを積み重ねて並列に接続
し、大きな容量性負荷を作り出す「スタック」として構
成することができる（図６参照）。この場合基準要素１
５は、基準負荷において利用しているのと同種のウェハ
１枚だけから構成することができる。
【００１７】負荷の非線形特性を適切に打ち消すには、
基準要素１５には、負荷１４と同じ電圧がかかっていな
ければならない。これを実現するため、基準要素１５
は、前置増幅器１１の単独の利得段１２の「両端に対し
て」配置される。これにより、前置増幅器１１の中で単
独の利得段１２が展開し、最終的には負荷に対して展開
されることになる電圧範囲全体が、基準要素１５に対し
ても展開される。
基準要素１５には、負荷１４と同じ電圧がかかっていな
ければならない。これを実現するため、基準要素１５
は、前置増幅器１１の単独の利得段１２の「両端に対し
て」配置される。これにより、前置増幅器１１の中で単
独の利得段１２が展開し、最終的には負荷に対して展開
されることになる電圧範囲全体が、基準要素１５に対し
ても展開される。
【００１８】電力利得段１０は、関係する周波数帯域幅
の範囲内では電圧の利得や損失を生じさせることはな
い。
の範囲内では電圧の利得や損失を生じさせることはな
い。
【００１９】図２および図３は本発明による非線形補償
回路の詳細図である。図２では、コンデンサ２０が基準
要素Ｃref である。抵抗２１（Ｒ２）とコンデンサ２０
（Ｃ２）との組合せにより、以下のような周波数極が生
じる。 ｆｐ ＝ １／２ Ｒ２Ｃ２ Ｈｚ ここでＲ２ ＝ 抵抗２１の抵抗値、 Ｃ２ ＝ コンデンサ２０の容量である。 この極は、単独では図３に破線で示す下降線に対応する
周波数レスポンスを示すことになる。この極の影響は、
増幅器２４の入力部に示す抵抗２２（Ｒ１）とコンデン
サ２３（Ｃ１）で打ち消すことができる。この回路網
（Ｒ１とＣ１）により、以下のような周波数ゼロが生じ
る。 ｆｚ ＝ １／２ Ｒ１Ｃ１ Ｈｚ ここでＲ１ ＝ 抵抗２２の抵抗値、 Ｃ１ ＝ コンデンサ２３の容量である。 このゼロは、単独では図３に破線で示す上昇線に対応す
る周波数レスポンスを引き起こすことになる。回路網Ｒ
１／Ｃ１とＲ２／Ｃ２の数値をｆｐ ＝ ｆｚとなるよ
うに選択すれば、極とゼロの周波数レスポンスが同時に
作用して互いに打ち消す、すなわち補償し合う。図３に
実線で示す水平な線は、この周波数レスポンス全体を示
している。
回路の詳細図である。図２では、コンデンサ２０が基準
要素Ｃref である。抵抗２１（Ｒ２）とコンデンサ２０
（Ｃ２）との組合せにより、以下のような周波数極が生
じる。 ｆｐ ＝ １／２ Ｒ２Ｃ２ Ｈｚ ここでＲ２ ＝ 抵抗２１の抵抗値、 Ｃ２ ＝ コンデンサ２０の容量である。 この極は、単独では図３に破線で示す下降線に対応する
周波数レスポンスを示すことになる。この極の影響は、
増幅器２４の入力部に示す抵抗２２（Ｒ１）とコンデン
サ２３（Ｃ１）で打ち消すことができる。この回路網
（Ｒ１とＣ１）により、以下のような周波数ゼロが生じ
る。 ｆｚ ＝ １／２ Ｒ１Ｃ１ Ｈｚ ここでＲ１ ＝ 抵抗２２の抵抗値、 Ｃ１ ＝ コンデンサ２３の容量である。 このゼロは、単独では図３に破線で示す上昇線に対応す
る周波数レスポンスを引き起こすことになる。回路網Ｒ
１／Ｃ１とＲ２／Ｃ２の数値をｆｐ ＝ ｆｚとなるよ
うに選択すれば、極とゼロの周波数レスポンスが同時に
作用して互いに打ち消す、すなわち補償し合う。図３に
実線で示す水平な線は、この周波数レスポンス全体を示
している。
【００２０】Ｒ１、Ｒ２、Ｃ１、Ｃ２の選択にあたって
制限がいくつか存在する。図２の回路の伝達関数（ラプ
ラス領域で）は次の通りである。 Ｈ（s） ＝ −Ｒ２／Ｒ１ [（１＋Ｒ１ Ｃ１s） ／ （１＋Ｒ２ Ｃ２s）] この段の直流利得は抵抗２１（Ｒ２）と２２（Ｒ１）の
選択により（無反応要素）決定されるため、これらの抵
抗値は通常、負荷の駆動を考慮して決定される。基準要
素コンデンサ２０（Ｃ２）の容量に制限があるのは、こ
の構成においてはこのコンデンサが非線形特性を有して
いることが重要なのであり、その特性は、負荷の非線形
特性に実際上できる限り近似していなければならないた
めである。こうした特性は、容量と共に、主に基準要素
の物理的な寸法から決定される。そうすると残るのは、
ｆｐ ＝ ｆｚとするために適切な容量が必要な回路要
素であるコンデンサ２３（Ｃ１）の選択である。ここで
コンデンサ２０（Ｃ２）における負の容量変化を考えて
みる。これは、増幅器２４の入力部から出力部へと（基
準コンデンサ２０のほぼ全体のように見える）高い電圧
が印加され、展開されることから生じる。Ｃ２をＣ２だ
け減少させると、極ｆｐの周波数が高まり、ｆｐ'とな
る。 ｆｐ' ＝ １／２ Ｒ２（Ｃ２-Ｃ２）Ｈｚ 対応する周波数のレスポンスを図３に点線で示す（「Ｃ
２での負の変化」）。周波数レスポンスがまだ補償して
いるが、以前よりも高い周波数ｆ２で、また大きな規模
Ｈ２で補償していることに注意されたい。事実上、極と
ゼロは非常に低い周波数で相殺し合い、駆動増幅器の動
作帯域の外に出る。要約すると、この非線形補償段の利
得は動的であり、回路への入力電圧に依存する。
制限がいくつか存在する。図２の回路の伝達関数（ラプ
ラス領域で）は次の通りである。 Ｈ（s） ＝ −Ｒ２／Ｒ１ [（１＋Ｒ１ Ｃ１s） ／ （１＋Ｒ２ Ｃ２s）] この段の直流利得は抵抗２１（Ｒ２）と２２（Ｒ１）の
選択により（無反応要素）決定されるため、これらの抵
抗値は通常、負荷の駆動を考慮して決定される。基準要
素コンデンサ２０（Ｃ２）の容量に制限があるのは、こ
の構成においてはこのコンデンサが非線形特性を有して
いることが重要なのであり、その特性は、負荷の非線形
特性に実際上できる限り近似していなければならないた
めである。こうした特性は、容量と共に、主に基準要素
の物理的な寸法から決定される。そうすると残るのは、
ｆｐ ＝ ｆｚとするために適切な容量が必要な回路要
素であるコンデンサ２３（Ｃ１）の選択である。ここで
コンデンサ２０（Ｃ２）における負の容量変化を考えて
みる。これは、増幅器２４の入力部から出力部へと（基
準コンデンサ２０のほぼ全体のように見える）高い電圧
が印加され、展開されることから生じる。Ｃ２をＣ２だ
け減少させると、極ｆｐの周波数が高まり、ｆｐ'とな
る。 ｆｐ' ＝ １／２ Ｒ２（Ｃ２-Ｃ２）Ｈｚ 対応する周波数のレスポンスを図３に点線で示す（「Ｃ
２での負の変化」）。周波数レスポンスがまだ補償して
いるが、以前よりも高い周波数ｆ２で、また大きな規模
Ｈ２で補償していることに注意されたい。事実上、極と
ゼロは非常に低い周波数で相殺し合い、駆動増幅器の動
作帯域の外に出る。要約すると、この非線形補償段の利
得は動的であり、回路への入力電圧に依存する。
【００２１】下の表は、セラミックコンデンサの容量性
負荷を駆動する動作構成についての構成部品の数値を示
している。
負荷を駆動する動作構成についての構成部品の数値を示
している。
部品 数値 Ｒ１ １９．６Ｋオーム Ｒ２ １Ｍオーム Ｃ１ ３マイクロファラッド Ｃ２ １１０ナノファラッド 増幅器２４ 頂点ＰＡ８９
【００２２】図５ａおよび５ｂは、６０マイクロファラ
ッドのセラミックコンデンサの負荷に対する電圧Ｖｃと
電流Ｉｃを、好適な実施例に従って非線形補償を適用す
る前と後について示している。この動作構成では、２２
Ｈｚの正弦波を増幅器の入力部に印加して、負荷の両端
での出力電圧を９００Ｖとした。図５ａでは、増幅器の
出力電圧（非線形補償を行わない場合）は、負荷に対す
る電圧同様、正弦曲線を描いている。しかし、負荷を通
る電流は垂直軸に対して非対称であり、深刻な偶数調波
歪みを示している。これは、セラミックコンデンサの容
量性負荷における非線形の容量／電圧特性のために生じ
るのである。図５ｂでは、非線形補償を適用しており、
増幅器の利得は正弦曲線を描く入力信号と共に変化し、
出力電圧の波形に歪みを生じるが、電流の波形を直線化
し、偶数調波歪みを大幅に減少させている。こうしたこ
とは、図５ｂにおいて、電圧Ｖｃおよび電流Ｉｃとして
示されている。
ッドのセラミックコンデンサの負荷に対する電圧Ｖｃと
電流Ｉｃを、好適な実施例に従って非線形補償を適用す
る前と後について示している。この動作構成では、２２
Ｈｚの正弦波を増幅器の入力部に印加して、負荷の両端
での出力電圧を９００Ｖとした。図５ａでは、増幅器の
出力電圧（非線形補償を行わない場合）は、負荷に対す
る電圧同様、正弦曲線を描いている。しかし、負荷を通
る電流は垂直軸に対して非対称であり、深刻な偶数調波
歪みを示している。これは、セラミックコンデンサの容
量性負荷における非線形の容量／電圧特性のために生じ
るのである。図５ｂでは、非線形補償を適用しており、
増幅器の利得は正弦曲線を描く入力信号と共に変化し、
出力電圧の波形に歪みを生じるが、電流の波形を直線化
し、偶数調波歪みを大幅に減少させている。こうしたこ
とは、図５ｂにおいて、電圧Ｖｃおよび電流Ｉｃとして
示されている。
【００２３】上述の通り、セラミックコンデンサの容量
性負荷の機械的変位において見られる調波歪み特性は、
大体、その負荷を通る電流の波形の高調波歪み成分によ
って決まる。図５ａでは、非線形補償が適用されておら
ず、負荷の機械的変位は深刻な偶数調波歪みを示す。図
に示す電流の波形と同様、非線形の補償を適用すると、
負荷の機械的変位の偶数調波歪み成分は大幅に減少し、
図５ｂに電流の波形として示すような状態となる。
性負荷の機械的変位において見られる調波歪み特性は、
大体、その負荷を通る電流の波形の高調波歪み成分によ
って決まる。図５ａでは、非線形補償が適用されておら
ず、負荷の機械的変位は深刻な偶数調波歪みを示す。図
に示す電流の波形と同様、非線形の補償を適用すると、
負荷の機械的変位の偶数調波歪み成分は大幅に減少し、
図５ｂに電流の波形として示すような状態となる。
【図１】非線形負荷を駆動するための基準コンデンサＣ
ref に基づく非線形補償を利用した制御増幅器のブロッ
ク図である。
ref に基づく非線形補償を利用した制御増幅器のブロッ
ク図である。
【図２】本発明による非線形補償を示す高利得の演算増
幅器段を示す図である。
幅器段を示す図である。
【図３】図２に示す基準コンデンサＣref 伝達関数依存
性をグラフとして示す図である。
性をグラフとして示す図である。
【図４】容量性負荷と印加電圧との関係の標準的なレス
ポンス特性を示す図である。
ポンス特性を示す図である。
【図５ａ】高電圧増幅器により駆動される容量性負荷に
ついて補償を行わない場合の電圧と電流の波形を明確化
のために強調して示した図である。
ついて補償を行わない場合の電圧と電流の波形を明確化
のために強調して示した図である。
【図５ｂ】図５ａの歪んだ電流波形を補正するために本
発明による補償を適用した修正後の電圧および電流の波
形を示す図である。
発明による補償を適用した修正後の電圧および電流の波
形を示す図である。
【図６】容量性負荷の典型としての標準的なＰＭＮスタ
ックを示す図である。
ックを示す図である。
１０ 電力利得増幅器 １１ 前置増幅器 １２ 利得段 １４ 容量性負荷 １５ 基準要素 ２０、２３ コンデンサ ２１、２２ 抵抗
Claims (17)
- 【請求項１】容量性負荷の非線形レスポンスを補償する
ための前置増幅器構成であって、前記負荷とほぼ同一の
非線形特性を有する負荷基準要素と、入出力を接続した
増幅器と、該増幅器の入力と出力の接続部の間に接続し
た前記負荷基準要素と、前記増幅器の入力部に接続さ
れ、周波数レスポンスを備えていて前記負荷基準要素の
周波数レスポンスを補足することで互いに打ち消し合
い、それにより非線形の容量性負荷を補償する第一回路
網とから成ることを特徴とする構成。 - 【請求項２】前記第一回路網と共同して作用し、前記前
置増幅器構成の直流利得を設定する、前記負荷基準要素
の両端に並列に接続された無反応装置をさらに含むこと
を特徴とする、請求項１に記載の発明。 - 【請求項３】前記負荷基準要素が１枚のウェハであり、
前記負荷が該ウェハを複数枚積み重ね構成されることを
特徴とする、請求項１に記載の発明。 - 【請求項４】前記第一回路網が、容量性要素と並列に接
続された無反応要素から成ることを特徴とする、請求項
１に記載の発明。 - 【請求項５】前記負荷基準要素の両端に並列に接続した
無反応装置をさらに備えて第二周波数レスポンスを示す
第二回路網を形成し、第一および第二回路網の周波数レ
スポンスが互いに打ち消し合って平坦な周波数レスポン
スとなり、非線形負荷レスポンスを補償することを特徴
とする、請求項４に記載の発明。 - 【請求項６】容量性負荷を駆動する増幅器に対して補償
を行い、その容量性負荷を通る電流の波形における望ま
れない高調波歪みを最小限にする方法であって、波形レ
スポンスに望まれない高調波歪みを含んでいる負荷と同
様の容量／電圧レスポンス特性を有する基準要素を選択
することと、負荷により生じる望まれない高調波歪みを
予期して増幅電圧波形を予め非線形化することを目的と
して駆動電圧波形を修正するために、前記増幅器回路に
おいて基準要素を利用することと、非線形化した増幅電
圧波形を前記負荷と組合せ、負荷における容量／電圧特
性が非線形の電圧波形を高調波歪みのない線形電流波形
に変形することとから成ることを特徴とする方法。 - 【請求項７】前記増幅器に対し、前記基準要素を含む回
路網とは反対の周波数レスポンスを示す反応回路網を通
じて入力信号を接続するステップをさらに含むことを特
徴とする、請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】非線形レスポンスを示す容量性負荷のため
の、該負荷と相互に接続されたフィードバック・ループ
を不要にする補償回路であって、前記負荷とほぼ同一の
非線形レスポンス特性を有する負荷基準要素を備えた第
一回路網と、前記第一回路網の周波数レスポンスを打ち
消す周波数レスポンスを示す第二回路網と、入力信号が
前記第二回路網と前記第一回路網とを通じて組み合わさ
れ、増幅器出力部から前記入力部までのローカル・フィ
ードバック回路を形成する増幅器とから成ることを特徴
とする補償回路。 - 【請求項９】前記負荷が複数のウェハを備えたスタック
からなり、前記負荷基準要素が該負荷を構成しているの
と同種のウェハであることを特徴とする、請求項８に記
載の発明。 - 【請求項１０】前記第一および第二回路網が前記増幅器
の直流利得を設定することを特徴とする、請求項８に記
載の発明。 - 【請求項１１】前記第二回路網が、その抵抗値により前
記増幅器の直流利得ならびに該第二回路網の周波数レス
ポンスの両方が部分的に決定される抵抗から成ることを
特徴とする、請求項９に記載の発明。 - 【請求項１２】前記第二回路網中に前記抵抗と並列なコ
ンデンサがあることを特徴とする、請求項１１に記載の
発明。 - 【請求項１３】前記第一回路網中に前記負荷基準要素と
並列に接続した抵抗があり、該抵抗が前記第二回路網と
共に前記増幅器の直流利得ならびに該第一回路網の周波
数レスポンスを決定することを特徴とする、請求項８に
記載の発明。 - 【請求項１４】複数のセラミックウェハから成り、大型
の容量性負荷の非線形レスポンス特性を示す、圧電アク
チュエータを駆動する高電圧増幅器回路構成であって、
１／２ πＲＣ Ｈｚと定義されるゼロ周波数レスポン
ス特性を有する抵抗とコンデンサとの組合せから成る第
一回路網を含み、該第一回路網は前記増幅器回路の入力
部に接続されていて、前記増幅器回路の出力部と前記入
力部との間に接続された抵抗と組み合わせたセラミック
ウェハから成るローカル・フィードバック回路網を含
み、該ローカル・フィードバック回路網の極周波数レス
ポンスはＣが前記ウェハの容量値である場合、１／２
πＲＣ Ｈｚに等しいことを特徴とする、高電圧増幅器
回路構成。 - 【請求項１５】前記第一回路網およびローカル・フィー
ドバック回路網の前記抵抗の抵抗値が前記増幅器の直流
利得を確立することを特徴とする、請求項１４に記載の
請求。 - 【請求項１６】複数のセラミックウェハから成る負荷を
高電圧で駆動し、同時にその負荷の容量性の非線形レス
ポンス特性を補償する回路構成であって、入力部と出力
部とを備えた演算増幅器と、該増幅器に入力信号が送ら
れる際に通過する、並列に接続された第一コンデンサと
第一抵抗とから成る第一入力回路網と、第二抵抗と並列
に接続された、前記負荷を含むウェハと同種の１枚以上
のセラミックウェハから成るローカル・フィードバック
回路とを備え、該ローカル・フィードバック回路が前記
演算増幅器の入力部と出力部との間に接続されており、
前記第一入力回路網の周波数レスポンスが該ローカル・
フィードバック回路の周波数レスポンスと反対であって
これを打ち消すことを特徴とする回路構成。 - 【請求項１７】前記増幅器の直流利得が第一抵抗と第二
抵抗との相対的な抵抗値により決まることを特徴とす
る、請求項１６に記載の発明。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/363766 | 1994-12-23 | ||
| US08/363,766 US5512856A (en) | 1994-12-23 | 1994-12-23 | Method and apparatus for nonlinear compensation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08256021A true JPH08256021A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=23431637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7334545A Withdrawn JPH08256021A (ja) | 1994-12-23 | 1995-12-22 | 非線形補償の方法と装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5512856A (ja) |
| EP (1) | EP0718967A3 (ja) |
| JP (1) | JPH08256021A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004503313A (ja) * | 2000-06-15 | 2004-02-05 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 容量性マイクロマシン超音波振動子 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5895998A (en) * | 1997-09-18 | 1999-04-20 | Raytheon Company | Piezoelectric drive circuit |
| DE102004019052B4 (de) * | 2003-05-14 | 2012-03-22 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Linearisierung des Auslenkungsverhaltens bei der dynamischen oder statischen Ansteuerung eines Piezoaktors, umfassend einen Treiberanschluss, einen Verstärker, insbesondere invertierenden Operationsverstärker, sowie einen Gegen- oder Rückkopplungszweig |
| US20100185088A1 (en) * | 2009-01-21 | 2010-07-22 | Christian Perrey | Method and system for generating m-mode images from ultrasonic data |
| DE202009012938U1 (de) | 2009-01-30 | 2010-02-18 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zur Linearisierung des Auslenkungsverhaltens bei der insbesondere dynamischen Ansteuerung und Regelung eines Piezoaktors oder Piezoaktorsystems |
| US9036695B2 (en) | 2010-11-02 | 2015-05-19 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Motion-compensated temporal filtering based on variable filter parameters |
| CN106655719B (zh) * | 2017-01-11 | 2019-05-03 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种环路补偿器 |
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|---|---|---|---|---|
| US4600847A (en) * | 1984-12-24 | 1986-07-15 | Gte Laboratories Incorporated | Predistortion equalizing circuit |
| JPS61285082A (ja) * | 1985-06-10 | 1986-12-15 | Toshiba Corp | 圧電型駆動装置 |
| US4628275A (en) * | 1985-07-29 | 1986-12-09 | Rockwell International Corporation | Efficient power amplifier for high capacitive devices |
| US4841191A (en) * | 1987-02-20 | 1989-06-20 | Hitachi, Ltd. | Piezoelectric actuator control apparatus |
| DE3856194T2 (de) * | 1987-10-28 | 1998-12-24 | Philips Electronics Nv | Verstärkerschaltung und mit der Verstärkerschaltung versehene Wiedergabeanordnung |
| NL8800811A (nl) * | 1988-03-30 | 1989-10-16 | Nkf Kabel Bv | Schakeling voor het besturen van een piezo-elektrisch keramisch element in een translator. |
| US5000415A (en) * | 1989-11-08 | 1991-03-19 | Newport Corporation | Active vibration isolation systems |
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| US5315266A (en) * | 1992-06-19 | 1994-05-24 | National Semiconductor Corporation | Amplifier having improved capacitive drive capability |
-
1994
- 1994-12-23 US US08/363,766 patent/US5512856A/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-12-06 EP EP95308838A patent/EP0718967A3/en not_active Withdrawn
- 1995-12-22 JP JP7334545A patent/JPH08256021A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| JP2004503313A (ja) * | 2000-06-15 | 2004-02-05 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 容量性マイクロマシン超音波振動子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0718967A3 (en) | 1996-11-27 |
| US5512856A (en) | 1996-04-30 |
| EP0718967A2 (en) | 1996-06-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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