JPH11112321A - パルスドライバ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小振幅のパルス信号でもプリシュートやオー
バーシュートが小さいパルスドライバ回路を実現するこ
とを目的にする。 【解決手段】 本発明は、差動信号によりパルス信号を
発生するパルスドライバ回路に改良を加えたものであ
る。本装置は、差動信号を入力する第１の差動増幅器
と、この第１の差動増幅器が出力する差動信号を入力
し、パルス信号を出力する第２の差動増幅器とを有し、
第２の差動増幅器の出力振幅に合わせて、第１の差動増
幅器の出力振幅を変更することを特徴とする装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス信号を発生
するパルスドライバ回路に関し、小振幅のパルス信号で
もプリシュートやオーバーシュート等が小さいパルスド
ライバ回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 矩形波信号であるパルス信号を発生す
るパルス発生装置等のパルスドライバ回路は、振幅とオ
フセット電圧の可変が必要で、さらに高速でドライブす
る能力の高さが要求されている。このような回路は、差
動増幅器のコレクタからパルス信号を直接出力するもの
で、比較的回路構成が単純で、かつ速い立ち上がりのパ
ルス信号を発生することができる。

【０００３】このような回路を図３に示す。図におい
て、１は周波数シンセサイザで、正確な周波数の正弦波
を出力する。２はコンパレータで、周波数シンセサイザ
１からの信号と正弦波の中心電位である比較電圧とを比
較し、矩形波を出力する。３は差動増幅器で、コンパレ
ータ２からの矩形波の差動信号を入力し、パルス信号を
出力する。差動増幅器３は、ＮＰＮトランジスタＱ１，
Ｑ２と抵抗Ｒ１，Ｒ２と電流源Ｉ１とからなる。ＮＰＮ
トランジスタＱ１，Ｑ２は、ベースにそれぞれコンパレ
ータ２からの正、負の出力を入力し、エミッタ同志を接
続すると共に、エミッタを電流源Ｉ１の一端に接続す
る。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、コレク
タをそれぞれ抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端に接続すると共に、
コレクタを出力とする。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、他端を電圧
ＶＨに接続する。電流源Ｉ１は、他端を電圧Ｖ-に接続
する。

【０００４】このような装置の動作を以下に示す。図４
は図３の装置の動作を示したタイミングチャートであ
る。（ａ）は差動増幅器３に入力される正の入力信号、
（ｂ）は干渉微分パルス、（ｃ）は差動増幅器３の大振
幅時出力、（ｄ）は差動増幅器３の小振幅時出力、
（ｅ）は小振幅時出力を大振幅時出力と振幅スパンを一
致させた場合の出力を示す。

【０００５】周波数シンセサイザ１は正弦波を出力す
る。この正弦波をコンパレータ２は比較電圧と比較し、
矩形波を出力する。差動増幅器３は、矩形波の差動信号
を入力し、パルス信号を出力する。このパルス信号は、
ハイレベルの電圧はＶＨで、ロウレベル電圧はＶＨ−Ｉ
×Ｒとなる。ここで、Ｉは電流源Ｉ１の電流値、Ｒは抵
抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値である。従って、電圧ＶＨと電流
Ｉを変更することにより、各種パルス信号を出力するこ
とができる。

【０００６】なお、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値Ｒは、差動
増幅器３の出力インピーダンスと等しくなる。よって、
高速パルス回路として最も一般的な５０Ω系の伝送系ケ
ーブルをドライブするには、抵抗値Ｒを５０Ωにしてお
けば、その出力端においてのインピーダンスマッチング
が実現できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような回
路は、図４（ｃ）に示されるように、比較的大振幅で出
力している場合にはオーバーシュートはほとんど目立た
ない。ところが、振幅を下げると、図４（ｄ），（ｅ）
に示されるように、本来の振幅の２倍以上のオーバーシ
ュートを生じる場合もある。同様にプリシュートも同じ
傾向を示す。

【０００８】このような現象の原因を把握すべく、回路
シミュレータにて検討したところ、原因の支配的な部分
は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のベース・コレクタ
間容量およびベース・エミッタ間容量により入力パルス
（コンパレータ２の出力パルス）の高周波成分が漏洩し
てくるものであると判明した。その様子が、図４（ｂ）
の波形に示される。

【０００９】プリシュートに関しては、入力されたＮＰ
ＮトランジスタＱ１，Ｑ２のベースからコレクタへの漏
洩で、その反転出力の直前に同相の微分パルスとして重
畳される。オーバシュートに関しては、入力されたＮＰ
ＮトランジスタＱ１，Ｑ２のベースからエミッタへの漏
洩、さらに共通エミッタを介して反対側のトランジスタ
のエミッタからベースへ、さらにコレクタへと漏洩し、
同相出力に同相の微分パルスとして重畳される。

【００１０】入力パルスの振幅は、出力振幅に無関係に
一定であるので、重畳される微分パルスの振幅も一定で
ある。よって、パルス信号が比較的大振幅の場合には、
出力振幅と比較して目立たないほどであったが、小振幅
になると顕著になってくる。

【００１１】そこで、本発明の目的は、小振幅のパルス
信号でもプリシュートやオーバーシュートが小さいパル
スドライバ回路を実現することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、差動信号によ
りパルス信号を発生するパルスドライバ回路において、
前記差動信号を入力する第１の差動増幅器と、この第１
の差動増幅器が出力する差動信号を入力し、パルス信号
を出力する第２の差動増幅器とを有し、前記第２の差動
増幅器の出力振幅に合わせて、前記第１の差動増幅器の
出力振幅を変更することを特徴とするものである。

【００１３】このような本発明では、第１の差動増幅器
は、差動信号を入力し、第２の差動増幅器の出力振幅に
合わせて、出力振幅を変更して第２の差動増幅器へ出力
する。第２の差動増幅器は、第１の差動増幅器からの差
動信号を入力し、パルス信号を出力する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を説明す
る。図１は本発明の一実施の形態を示した構成図であ
る。図３と同一のものは同一符号を付して説明を省略す
る。図において、４は第１の差動増幅器で、差動信号を
入力する。第１の差動増幅器４は、ＰＮＰトランジスタ
Ｑ３，Ｑ４と抵抗Ｒ３，Ｒ４と電流源Ｉ２とからなる。
ＰＮＰトランジスタＱ３，Ｑ４は、ベースにそれぞれコ
ンパレータ２からの正、負の出力を入力し、エミッタ同
志を接続すると共に、エミッタを電流源Ｉ２の一端に接
続する。そして、ＰＮＰトランジスタＱ３，Ｑ４は、コ
レクタをそれぞれ抵抗Ｒ３，Ｒ４の一端に接続すると共
に、コレクタを出力とする。抵抗Ｒ３，Ｒ４は、他端を
電圧Ｖ-に接続する。電流源Ｉ２は、電流を可変でき、
他端を電圧Ｖ+に接続する。

【００１５】５は第２の差動増幅器で、第１の差動増幅
器４が出力する差動信号を入力し、第１の差動増幅器４
より振幅が大きいパルス信号を出力する。第２の差動増
幅器５は、ＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６と抵抗Ｒ５，
Ｒ６と電流源Ｉ３とからなる。ＮＰＮトランジスタＱ
５，Ｑ６は、ベースにそれぞれＰＮＰトランジスタＱ
４，Ｑ３のコレクタを接続し、エミッタ同志を接続する
と共に、エミッタを電流源Ｉ３の一端に接続する。そし
て、ＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６は、コレクタをそれ
ぞれ抵抗Ｒ５，Ｒ６の一端に接続すると共に、コレクタ
を出力とする。抵抗Ｒ５，Ｒ６は、他端を電圧ＶＨに接
続する。そして、電圧ＶＨは可変できる。電流源Ｉ３
は、電流を可変でき、他端を電圧Ｖ-に接続する。

【００１６】このような回路の動作を以下で説明する。
周波数シンセサイザ１は正確な周波数の正弦波を出力す
る。この正弦波をコンパレータ２は、正弦波の中心電位
である比較電圧で比較し、矩形波を出力する。

【００１７】コンパレータ２の差動出力は、第１の差動
増幅器４に入力されて、矩形波に応じたスイッチングを
する。そして、電流源Ｉ２の電流を変更し、第１の差動
増幅器４の出力振幅を第２の差動増幅器５の出力振幅の
例えば１／２にする。つまり、出力するパルス信号の１
／２の振幅にする。

【００１８】そして、第１の差動増幅器４の差動信号を
第２の差動増幅器５に入力する。第２の差動増幅器５
は、入力された差動信号に応じてスイッチングをする。
そして、電圧ＶＨを動かして、第２の差動増幅器５の出
力振幅のハイレベルを決め、電流源Ｉ３の電流を変更す
ることによりロウレベルを決める。

【００１９】ここで、具体的な値により説明を加える。
第１の差動増幅器４と第２の差動増幅器５とのトランジ
スタのベース・コレクタ間容量、及びベース・エミッタ
間容量で漏洩してくる微分パルスを入力振幅の４％と仮
定する。そして、コンパレータ２が出力する信号の振幅
を５００ｍＶとする。図２は図１の装置の動作を説明す
る図である。

【００２０】コンパレータ２が出力した信号が第１の差
動増幅器４に入力され、微分パルスの振幅は、入力振幅
の４％であるため、２０ｍＶとなる。この微分パルスの
振幅分は、第２の差動増幅器５に入力され、入力振幅の
４％であるため、０．８ｍＶとなる。結果として、コン
パレータ２が出力する信号によるパルス信号への影響
は、ほとんどなくなる。

【００２１】第１の差動増幅器４が出力する信号による
第２の差動増幅器５が受ける影響について以下に説明す
る。出力振幅が２．０Ｖのとき、第１の差動増幅器４
は、出力振幅の１／２である１．０Ｖの出力振幅の信号
を出力する。このとき、第２の差動増幅器５の干渉微分
パルス振幅は、入力振幅が１．０Ｖであるので、４０ｍ
Ｖとなる。つまり、出力振幅に対する干渉パルスの比率
は２．０％となる。

【００２２】また、出力振幅が１．０Ｖのとき、第１の
差動増幅器４は、出力振幅の１／２である０．５Ｖの出
力振幅の信号を出力する。このとき、第２の差動増幅器
５の干渉微分パルス振幅は、入力振幅が０．５Ｖである
ので、２０ｍＶとなる。つまり、出力振幅に対する干渉
パルスの比率は２．０％となる。

【００２３】同様に、出力振幅が０．５Ｖ，０．２Ｖの
ときは、図２に示されるようになる。上記のように、す
べての出力振幅に対して干渉パルスの比率は、２．０％
となる。

【００２４】このように、最終出力電圧に合わせて中間
の第１の差動増幅器４の出力振幅を可変制御することに
より、出力振幅に対する干渉パルス振幅の割合が一定に
なり、結果としてトランジスタの寄生容量に起因したプ
リシュートやオーバーシュートの割合は振幅によらず一
定となる。よって、小振幅時に異常に大きなプリシュー
トやオーバーシュートを生じる現象を防止できる。ま
た、第２の差動増幅器５の利得を一定にしているので、
出力信号の立ち上がり時間の振幅への依存度が軽減さ
れ、安定する。

【００２５】なお、本発明はこれに限定されるものでな
い、第１の差動増幅器４をＮＰＮトランジスタで構成
し、第２の差動増幅器５をＰＮＰトランジスタで構成し
てもよい。また、第１，第２の差動増幅器をＦＥＴで構
成してもよい。

【００２６】そして、第１の差動増幅器４が出力する振
幅を第２の差動増幅器５が出力するパルス信号の振幅の
１／２としたが、第１の差動増幅器４の出力振幅は、第
２の差動増幅器５の出力振幅より小さくすれば、小振幅
時に干渉パルスの影響を少なくすることができる。

【００２７】さらに、２つの差動増幅器により、パルス
ドライバ回路を構成した例を示したが、複数の差動増幅
器により構成してもよい。つまり、差動増幅器が出力す
る信号の振幅を順番に大きくする構成にしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果があ
る。請求項１によれば、第１の差動増幅器が第２の差動
増幅器の出力振幅に合わせて出力振幅を変更するので、
出力振幅が小振幅でもオーバーシュートやプリシュート
を小さくすることができる。

【００２９】請求項２によれば、第１の差動増幅器が第
２の差動増幅器の出力振幅に比例して出力振幅を変更す
るので、オーバーシュートやプリシュートを振幅によら
ず一定にすることができる。

【００３０】請求項３によれば、差動信号を第１の差動
増幅器で第２の差動増幅器より小さい振幅で出力し、第
２の差動増幅器により、パルス信号を出力するので、差
動信号による微分パルスによる影響を小さくできる。従
って、小さい振幅のパルス信号を出力する場合でも、オ
ーバーシュートやプリシュートを小さくすることができ
る。

【００３１】請求項４によれば、第２の差動増幅器の利
得を一定にしているので、出力信号の立ち上がり時間の
振幅への依存度が軽減され、安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示した構成図である。

【図２】図１の装置の動作を説明する図である。

【図３】従来のパルスドライバ回路の構成を示した図で
ある。

【図４】図３の装置の動作を示したタイミングチャート
である。

【符号の説明】

４ 第１の差動増幅器 ５ 第２の差動増幅器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 差動信号によりパルス信号を発生するパ
   ルスドライバ回路において、 前記差動信号を入力する第１の差動増幅器と、 この第１の差動増幅器が出力する差動信号を入力し、パ
   ルス信号を出力する第２の差動増幅器と を有し、前記第２の差動増幅器の出力振幅に合わせて、
   前記第１の差動増幅器の出力振幅を変更することを特徴
   とするパルスドライバ回路。
2. 【請求項２】 第１の差動増幅器の出力振幅を、第２の
   差動増幅器の出力振幅に比例して変更することを特徴と
   する請求項１記載のパルスドライバ回路。
3. 【請求項３】 差動信号によりパルス信号を発生するパ
   ルスドライバ回路において、 前記差動信号を入力する第１の差動増幅器と、 この第１の差動増幅器が出力する差動信号を入力し、第
   １の差動増幅器より振幅が大きいパルス信号を出力する
   第２の差動増幅器とを有することを特徴とするパルスド
   ライバ回路。
4. 【請求項４】 第２の差動増幅器の利得を一定にするこ
   とを特徴とする請求項３記載のパルスドライバ回路。