JPH0846494A - 波形整形回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な回路構成で、無信号入力状態における
出力信号の固定と、デューティ劣化のない出力信号波形
を得るための閾値制御を実現する。 【構成】 正相入力端子、逆相入力端子を備え、各端子
に供給される正相入力信号及び逆相入力信号の差信号を
所定の論理レベルまで増幅する差動増幅形式のリミッタ
アンプ１００と、このリミッタアンプ出力の平均電位に
相当する電圧を生成する電圧生成手段１２０，１２１
と、この電圧生成手段の出力電圧を前記リミッタアンプ
の正相入力端子に供給する第１のバイアス供給手段１０
３と、前記電圧生成手段の出力電圧を前記リミッタアン
プの逆相入力端子に供給する第２のバイアス供給手段１
０４と、前記リミッタアンプの出力信号を同極性の入力
端子に帰還する帰還手段１１０と、この帰還手段によっ
て帰還される信号を平滑化する平滑化手段１０６とを具
備して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微小な入力信号を増
幅して所定の論理レベルの信号に変換する波形整形回路
に係り、特に無信号入力時の出力信号レベルを“Ｈ”ま
たは“Ｌ”レベルに固定できるようにしたものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、波形整形回路は、デジタルデ
ータの送受信等の各種用途に用いられているが、ここで
はタイミング抽出フィルタの出力波形を規定の論理レベ
ルのクロック信号に波形整形する場合を例にとって説明
する。

【０００３】タイミング抽出フィルタは、送信器の逓倍
回路や受信器のクロック生成回路等に広く使用されてお
り、入力信号の中から希望する周波数成分の信号のみを
通過させるバンドパスフィルタである。

【０００４】このタイミング抽出フィルタの後段に配置
される波形整形回路には、タイミング抽出フィルタの挿
入損失のばらつきや受信データの符号パターンに依存す
る入力タイミング成分の変動等に対処するため、リミッ
タアンプとしての機能が必要になる。また、タイミング
抽出フィルタの出力信号振幅は、フィルタの挿入損失や
入力波形のタイミング成分の大きさに依存するが、概ね
数ｍＶ〜数十ｍＶ程度であり、ＥＣＬレベル（６００ｍ
Ｖｐ−ｐ）のクロック信号に波形成形すると仮定して
も、４０ｄＢ以上の高い利得が必要である。

【０００５】ここで、高利得の増幅器は動作が不安定に
なりやすく、特に１００ＭＨｚ以上の高周波では、パッ
ケージの影響や実装上の浮遊容量等により発振を生ずる
場合がある。波形整形回路が発振すると、クロック逓倍
回路の場合は逓倍動作が正常に行われなくなるだけでな
く、逓倍すべき入力信号がタイミング抽出フィルタに入
力されないにもかかわらず、逓倍クロックが出力される
という不都合が生じる。

【０００６】また、発振に至らなくても、受信器のクロ
ック再生の場合において、受信レベルが低下してＳ／Ｎ
の小さい信号がタイミング抽出フィルタに入力されるよ
うな状況では、波形整形回路が高利得なため、雑音の中
に含まれるタイミング周波数成分の信号を増幅して出力
することになり、受信データに同期しない非同期クロッ
クが出力されてしまうという問題が生ずる。

【０００７】このような問題に対処するため、従来で
は、タイミング抽出フィルタの入力信号レベルを監視し
て、所定レベル以下になった場合には波形整形回路の出
力を停止（ゲート）させる機能を設けたり、波形整形回
路の入力に不感帯を設けて発振を防止すると共に、所定
レベル以下の微小レベルの入力信号に対しては、出力信
号レベルを“Ｌ”レベル等に固定する方法が採られてい
る。

【０００８】図５は不感帯を設けた波形整形回路の一例
を示すものであり、５０は差動増幅器形式のリミッタア
ンプ、５１は入力信号結合用のコンデンサ、５２はバイ
パスコンデンサ、５３，５４，５５はリミッタアンプ５
０にバイアス電圧を与える抵抗であり、５４の両端に発
生する電圧がリミッタアンプ５０の入力端子にオフセッ
ト電圧を与えている。

【０００９】図５において、入力信号の振幅がオフセッ
ト電圧より小さい場合には、正相出力は“Ｈ”レベルに
固定されるが、オフセット電圧より十分大きい場合に
は、“Ｈ”、“Ｌ”両レベルの信号を出力するリミッタ
アンプ本来の動作を行うことになる。

【００１０】しかしながら、図５に示した従来の波形整
形回路は、オフセット電圧を付加したことによる感度劣
化（見掛上の利得減少）や出力信号波形のデューティ変
化を招くという問題を有する。

【００１１】この問題を解決するためには、入力信号レ
ベルが所定値以下のときにリミッタアンプの入力にオフ
セット電圧を与えるようにしておき、入力信号レベルの
増加に伴ってオフセット電圧を減少させるように閾値制
御を行う必要がある。

【００１２】図６はリミッタアンプに閾値制御を施した
波形整形回路の一例であり、６０はリミッタアンプ、６
１は信号結合用のコンデンサ、６２，６３はトランジス
タ６４にバイアス電圧を与える抵抗、６５はピーク検出
用のダイオード、６６はピーク検出用コンデンサ、６
７，６８は分圧用抵抗、６９はトランジスタ６４のエミ
ッタ抵抗である。

【００１３】図６において、ピーク検出用ダイオード６
５で検出された入力信号のピーク電圧はコンデンサ６６
に充電される。このピーク電圧は抵抗６７，６８で分圧
されてリミッタアンプ６０の逆相入力端子に印加され
る。

【００１４】リミッタアンプ６０の正相入力端子には、
トランジスタ６４を介して入力信号が印加される。この
トランジスタ６４は、ピーク検出用ダイオード６５で生
じるフォアードドロップ約０．７Ｖと同量のレベルシフ
トを与えるもので、ダイオード６５で検出したピーク値
とリミッタアンプ６０に印加される入力信号のピーク値
がほぼ同一電位になるように補償している。

【００１５】尚、抵抗６７，６８の抵抗値は、リミッタ
アンプ６０の逆相入力端子に印加される電圧が、正規振
幅の入力信号印加時における正相入力端子側の波形ピー
ク値のほぼ１／２の電位となるように設定される。

【００１６】このような閾値制御構成をとれば、タイミ
ング抽出フィルタの出力レベルが多少変動して波形整形
回路の入力信号振幅が変化しても、リミッタアンプ６０
の逆相入力端子には入力信号波形のピーク値の１／２の
電圧が自動的に発生することになり、これによってリミ
ッタアンプ６０の出力波形のデューティをほぼ５０％に
保つことができる。

【００１７】また、入力信号振幅が非常に小さくなった
場合には、抵抗６７で生ずる直流的な電圧降下により、
リミッタアンプ６０の逆相入力端子の電位が正相入力端
子側に比べて負電源側に引かれるようになり、これによ
ってリミッタアンプ６０の正相出力を“Ｌ”レベルに固
定することができる。

【００１８】このように、従来ではピーク検出によって
リミッタアンプの閾値を制御することで、オフセット電
圧の印加による利得の減少や出力波形のデューティ変化
を防止するようにしている。しかしながら、このような
構成では、回路規模が大きくなってしまうという欠点が
ある。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の波形整形回路では、無信号入力状態における出力信
号を“Ｌ”または“Ｈ”レベルに固定すると共に、正規
の振幅を有する入力信号に対しては、入力信号振幅のほ
ぼ１／２の電圧で波形を識別してデューティ５０％の出
力波形を得ている。しかし、このためにピーク検出機能
等を備える必要があり、回路規模が大きくなるという問
題があった。

【００２０】そこで、この発明は上記の課題を解決する
ためになされたもので、簡単な回路構成で、無信号入力
状態における出力信号の固定と、デューティ劣化のない
出力信号波形を得るための閾値制御を実現できる波形整
形回路を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係る波形整形回路は、正相入力端子、逆相
入力端子を備え、各端子に供給される正相入力信号及び
逆相入力信号の差信号を所定の論理レベルまで増幅する
差動増幅形式のリミッタアンプと、このリミッタアンプ
出力の平均電位に相当する電圧を生成する電圧生成手段
と、この電圧生成手段の出力電圧を前記リミッタアンプ
の正相入力端子に供給する第１のバイアス供給手段と、
前記電圧生成手段の出力電圧を前記リミッタアンプの逆
相入力端子に供給する第２のバイアス供給手段と、前記
リミッタアンプの出力信号を同極性の入力端子に帰還す
る帰還手段と、この帰還手段によって帰還される信号を
平滑化する平滑化手段とを具備して構成される。

【００２２】

【作用】上記構成による波形整形回路では、リミッタア
ンプの入力端子には出力端子から同極性帰還電圧が印加
されるため、オフセット電圧を生ずるが、このオフセッ
ト電圧は正規の振幅を有する入力信号が入力されると、
コンデンサの平滑作用により減少し、これによって識別
閾値が平均レベルに自動調整され、無信号入力状態にお
ける出力信号の固定と、デューティ劣化のない出力信号
波形を得るための閾値制御を実現できる。

【００２３】

【実施例】以下、図１及び図４を参照して本発明の実施
例を詳細に説明する。図１はこの発明に係る波形整形回
路の第１の実施例の構成を示すものである。尚、この波
形整形回路の入力には、平均値の変動しない正弦波状の
信号（タイミング抽出フィルタの出力信号）が印加され
ることを想定している。

【００２４】図１において、１００は差動増幅形式のリ
ミッタアンプである。このリミッタアンプ１００の正相
入力端子にはコンデンサ１０１を介して入力信号が供給
される。また、リミッタアンプ１００の正相入力端子と
逆相入力端子には、それぞれ抵抗１０３，１０４を介し
てバイアス電圧が供給される。このバイアス電圧は正負
間電源電圧を抵抗１２０，１２１で分割することで発生
され、交流インピーダンスを下げるため、コンデンサ１
１３でＧＮＤにバイパスされている。

【００２５】リミッタアンプ１００の逆相入力端子に
は、上記した抵抗１０４の他に抵抗１１０とコンデンサ
１０６の一端が接続される。抵抗１１０は、他端がリミ
ッタアンプ１００の逆相出力端子に接続されており、逆
相入力端子に同極性の出力信号を帰還するための帰還抵
抗として機能する。また、コンデンサ１０６は、他端が
ＧＮＤに接続されており、上記の帰還信号の平滑化用と
して機能する。

【００２６】上記のように、抵抗１２０，１２１はバイ
アス電圧を発生させるための簡易形の電圧源であるが、
このバイアス電圧値をリミッタアンプ１００の逆相出力
信号の平均値と等しくするような抵抗値に設定する。つ
まり、各抵抗１２０，１２１の抵抗値は、リミッタアン
プ１００の逆相出力電圧の“Ｈ”レベルをＶH 、“Ｌ”
レベルをＶL とし、電圧源のバイアス電圧値をＶB とし
たとき、 ＶB ＝（ＶH ＋ＶL ）／２ …(1) となるように設定される。

【００２７】また、抵抗１１０によって入力側に帰還さ
れる帰還電圧ＶFBは、抵抗１１０，１０４の抵抗値をそ
れぞれＲ110 ，Ｒ104 とすると、 ＶFB＝（ＶH −ＶB ）・｛Ｒ104 ／（Ｒ110 ＋Ｒ104 ）｝ …(2) で与えられる。

【００２８】ここで、上記帰還電圧ＶFBは無信号入力時
のオフセット電圧となるため、波形整形回路に入力され
る信号の雑音レベル等を考慮してＶFBの大きさ、つまり
抵抗１１０，１０４の抵抗値を決定する。尚、この場
合、抵抗１１０，１０４をあまり大きな値に設定する
と、リミッタアンプ１００の入力バイアス電流の影響で
帰還電圧ＶFBに誤差を生ずるため、抵抗１１０，１０４
に流れる帰還電流がリミッタアンプ１００の入力バイア
ス電流より十分大きくなる程度に設定する必要がある。

【００２９】上記構成において、以下、図２を参照して
その動作を説明する。図２は図１中ａ〜ｄで示す各点
（リミッタアンプ１００の入出力端）での信号波形を示
すもので、ａはリミッタアンプ１００の正相入力信号、
ｂは逆相入力信号、ｃは正相出力信号、ｄは逆相出力信
号の波形を示している。

【００３０】図１に示した回路構成では、抵抗１１０に
よって正帰還がかけられているため、逆相入力端子にオ
フセット電圧が発生する。リミッタアンプ１００の逆相
出力の初期状態を“Ｈ”レベルと仮定すると、無信号状
態におけるリミッタアンプの逆相入力端子の電位は正相
入力端子の電位に比べて高くなり、リミッタアンプ１０
０の正相出力は“Ｌ”レベル、逆相出力は“Ｈ”レベル
に固定される。

【００３１】この状態から、正相入力と逆相入力との間
に生じているオフセット電圧より大きな振幅の信号が入
力されると、リミッタアンプ１００の出力は固定状態か
ら脱し、入力信号の変化に従って“Ｈ”、“Ｌ”を交互
に出力する。このとき、リミッタアンプ１００の入力オ
フセット電圧も逆相出力のレベル変化に従って正負交互
に変化するが、正側と負側は打ち消し合うため、平均電
位はほぼＶB に等しくなる。よって、オフセット電圧は
減少して逆相入力端子と正相入力端子の直流電位は一致
するようになる。

【００３２】実際には、オフセット電圧の交流的な変化
がコンデンサ１０６によって平滑化されるため、リミッ
タアンプ１００の逆相入力端子の電位は、図２中ｂの破
線で示すように、除々にＶB に向かって収束していく。
この電位変化に伴って、リミッタアンプ１００の正相出
力波形及び逆相出力波形は、図２中ｃ，ｄに示すよう
に、除々にデューティ５０％の波形に近付いていくこと
になる。

【００３３】尚、以上の動作は、無信号状態におけるリ
ミッタアンプ１００の逆相出力の初期状態を“Ｈ”レベ
ルと仮定して説明したが、実際には“Ｌ”レベルの場合
も有り得る。この場合、リミッタアンプ１００の逆相入
力端子の電位は図２中ｂ′の一点鎖線で示すように変化
し、正相入力は“Ｈ”レベルからスタートし、逆相出力
は“Ｌ”レベルからスタートすることになるが、基本動
作は同じである。

【００３４】図３はこの発明に係る第２の実施例の構成
を示すものであり、リミッタアンプとしてＥＣＬ論理Ｉ
Ｃのラインレシーバ（例えばモトローラ製ＭＣ１０Ｈ１
１６等）を使った場合の一実施例を示している。

【００３５】図３において、３００はラインレシーバＩ
Ｃ、３０１は入力信号結合用のコンデンサ、３０３，３
０４はバイアス電圧供給用の抵抗、３０６は帰還信号平
滑用のコンデンサ、３１０は帰還抵抗、３１１，３１２
はＥＣＬ出力の終端抵抗、３１３及び３１４はバイパス
コンデンサである。

【００３６】上記構成による波形形成回路では、ライン
レシーバＩＣ３００がＥＣＬ論理レベルの中心電圧（−
１．３２Ｖ）を出力するＶBB端子を有することを利用
し、この端子ＶBBをバイアス電圧源として使用すること
で、第１の実施例で用いた抵抗分割による簡易な構成の
電圧源に比べて電源電圧変動の影響を受けにくくしてい
る。

【００３７】図４はこの発明に係る第３の実施例の構成
を示すものであり、リミッタアンプとして上述のライン
レシーバＩＣを使うと共に、差動形式の入力信号を扱う
場合の実施例を示している。

【００３８】図４において、４００はラインレシーバＩ
Ｃ、４０１，４０２は入力信号結合用のコンデンサ、４
０３，４０７及び４０４，４０８はバイアス電圧供給用
の抵抗、４０５，４０６は帰還信号平滑用のコンデン
サ、４０９，４１０は帰還抵抗、４１１，４１２はＥＣ
Ｌの終端抵抗、４１３，４１４はバイパスコンデンサで
ある。

【００３９】上記構成による波形形成回路では、差動形
式とすることにより、帰還抵抗等の部品点数が増加する
が、リミッタアンプとしてのラインレシーバＩＣ４００
の正相入力と逆相入力のバイアス回路が対称になるた
め、入力バイアス電流の影響によるオフセット電圧の発
生を抑えるこことができ、出力信号波形のデューティ劣
化をより小さく抑えることができる。

【００４０】以上説明したように、この発明の波形整形
回路によれば、非常に簡易な構成で閾値を自動的に可変
することができ、デューティ劣化のない出力信号波形が
得られると共に、無信号入力時における出力信号レベル
を容易に固定することができる。

【００４１】尚、この発明はタイミング抽出回路の波形
整形部に適用できるだけでなく、基板間でクロック伝送
する場合の受信部や、マンチェスタ符号のように、マー
ク率変化のない符号に変換されたデータを扱う受信装置
の識別部などにも適用できる。この発明は上記実施例に
限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々変形しても同様に実施可能であることはいう
までもない。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、簡
単な回路構成で、無信号入力状態における出力信号の固
定と、デューティ劣化のない出力信号波形を得るための
閾値制御を実現できる波形整形回路を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る波形整形回路の第１の実施例の
構成を示す回路図である。

【図２】同実施例の動作を説明するための波形図であ
る。

【図３】この発明に係る第２の実施例を示す回路図であ
る。

【図４】この発明に係る第３の実施例を示す回路図であ
る。

【図５】従来の波形整形回路の構成を示す回路図であ
る。

【図６】従来の他の波形整形回路の構成を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

１００，３００，４００…リミッタアンプ、１０３，１
０４，３０３，３０４，４０３，４０４，４０７，４０
８…バイアス供給用抵抗、１１０，３１０，４０９，４
１０…帰還抵抗、１０６，３０６，４０５，４０６…平
滑コンデンサ、１２０，１２１…電圧源形成用抵抗。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正相入力端子、逆相入力端子を備え、各
   端子に供給される正相入力信号及び逆相入力信号の差信
   号を所定の論理レベルまで増幅する差動増幅形式のリミ
   ッタアンプと、 このリミッタアンプ出力の平均電位に相当する電圧を生
   成する電圧生成手段と、 この電圧生成手段の出力電圧を前記リミッタアンプの正
   相入力端子に供給する第１のバイアス供給手段と、 前記電圧生成手段の出力電圧を前記リミッタアンプの逆
   相入力端子に供給する第２のバイアス供給手段と、 前記リミッタアンプの出力信号を同極性の入力端子に帰
   還する帰還手段と、 この帰還手段によって帰還される信号を平滑化する平滑
   化手段とを具備する波形整形回路。
2. 【請求項２】 前記電圧生成手段は、電源電圧を分圧す
   る分圧回路で構成するようにしたことを特徴とする請求
   項１記載の波形整形回路。