JPS6135010A - トランスバーサル・フイルタ - Google Patents

トランスバーサル・フイルタ

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JPS6135010A
JPS6135010A JP14909885A JP14909885A JPS6135010A JP S6135010 A JPS6135010 A JP S6135010A JP 14909885 A JP14909885 A JP 14909885A JP 14909885 A JP14909885 A JP 14909885A JP S6135010 A JPS6135010 A JP S6135010A
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delay
circuit
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delay circuit
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Enu Deyuukusu Jiyon
ジヨン・エヌ・デユークス
Ei Baumugaatona Richiyaado
リチヤード・エイ・バウムガートナ
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Hewlett Packard Japan Inc
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Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H15/00Transversal filters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/02Multiple-port networks
    • H03H11/26Time-delay networks

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  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Pulse Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は改良された遅延回路を用いたトランスバーサル
・フィルタに関する。
〔従来技術の説明〕
アナログ信号を処理する場合には信号遅延線路を使用し
なければならないことが多い。このような遅延線路は一
般にその性質によりアナログかディジタルかに分類する
ことができる。アナログ遅延線路の典型的な例は197
3年8月3日に発行されたPackette、他になる
米国特許3.973.138号に開示されている。ここ
では、所定の時間おくれを発生するのに直列に接続した
コンデンサから成るパケット・ブリゲート(backe
t brigade)を使用している。このようなアナ
ログ遅延線路は残念なことに比較的高価であり、アナロ
グスイッチを使用しなければならず、しかもクロストー
クの問題を受けやすい。加えて、単独で使用するかある
いはカスケードにして使用するとき、このようなアナロ
グ装置は処理される信号の帯域幅が狭められるのを避け
られない。
典型的なディジタル遅延線路は1973年9月18日に
発行されたCovingtonになる米国特許3.76
0.280号に開示されている。ここでは一つのアナロ
グ信号チャネルが周波数変調(FM)信号に変換されこ
れがクロックで制御されているディジタル・シフト・レ
ジスタによって遅延を受ける。得られた遅延ディジタル
信号は復調されて遅延アナログ信号となる。このような
ディジタル遅延装置はアナログ遅延線路に関する多くの
問題を克服してはいるが、帯域幅の問題はやはり残って
いる。ディジタル信号はシフト・レジスタを介してクロ
ック信号により伝わるので、系全体の帯域幅を確保する
には非常に高速なシフト・レジスタとクロック・とを使
用する必要がある。したがって、従来の信号サンプリン
グの理論によれば、遅延出力信号が0.1%のパルス幅
分解能で5メガヘルツ(1’1Hz)の情報帯域帯を備
えているためには、シフト・レジスタは10ギガヘルツ
(GHz) (すなわち、5杓H2X1000X2)以
上のクロックで制御されなければならない。
他の方式として、たとえば1978年11月7日発行の
^rnsteinになる米国特許4,124.820号
に開示された、クロックで制御されるシフト・レジスタ
を使用しない遅延線路がある。これはFM信号をカスケ
ードに配列した多数の従来型ディジタル・ゲートと論理
ゲートに接続されたラッチとに加えて遅延回路を通過す
るFMパルスを再構成することにより所望の遅延機能を
得ている。そして、伝播おくれは外部のタイミング容量
または抵抗を加えて調節し、装置ごとの変動を補償して
いる。このような非同期遅延線路は前掲の米国特許3,
760゜280号のもののようにクロックを使用しては
いないが、得られる出力信号では個々のディジタル・ゲ
ートの帯域幅が狭いこと、伝播損失を克服するためラッ
チを使用していること、および伝播お(れを調節するた
めに抵抗とコンデンサとを使用していること、のために
やはり帯域幅は制限されている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、以上の様な問題点を有していない遅延
回路を用いることにより、小型で構成が簡単なトランス
バーサル・フィルタを提供することである。
〔発明の概要〕
本発明の好ましい実施例によれば、飽和型素子を直列に
接続して信号をおくらせる遅延回路を用いて、この遅延
回路に設けられた複数のタップから取出した信号に所定
の重み付多少をして合成するトランスバーサル・フィル
タが提供される。
〔実施例の説明〕
二進信号のおくれは信号を一連の飽和型の要素(sat
urating element)を介して結合するこ
とにより得られる。二進信号とは二つの電圧レベルの間
で変化する信号のことである。電圧レベルは、普通論理
0と論理1とで表わすが、たとえば0ポルトと3ボルト
とすることができる。また、飽和型の要素とは、内部に
容量を有していて(等価的に容量と見なせるものも含む
)、入力信号の状態が変化した場合、この容量の充放電
によって信号伝搬が遅延するもののことを言う。例とし
て、各種の論理ゲートがあげれらる。
第1図において、二進信号(Vb+)はカスケード接続
された複数の要素、この場合はインバータ14゜16、
18.20.22.24.26.28.および30、か
ら成る飽和回路の入力12に加えられる。印加電圧(V
dd )は(たとえば3ボルト)ノード32で装置に加
えられる。好ましい実施例では、カスケード接続された
インバータはそれぞれ数ナノ秒(たとえば3〜20ナノ
秒)の伝搬(すなわち、おくれ)時間tを持っている。
出力10では、二進信号のおくれはインバータの数に各
インバータを通過する際の伝搬時間tを掛けたものに等
しい。第1図の回路では、これは9tである。
第2図において、二進信号(Vbz)はカスケード接続
された複数のインバータ34.36.および38の入力
46に加えられる。出力42はノード50またはノード
48に接続される。単極双投スイッチ44またはこれに
相当する機能を有する論理回路等により、出力42をノ
ード50とノード48の間で切換接続する。
これにより、入力46から出力42までのおくれの量を
変化させる。たとえば、カスケード接続されたインバー
タの各々の伝搬時間がtであるとすれば、出力42がノ
ード48に接続されているときのおくれはtであり、ま
た出力がノード50に接続されているときのおくれは3
tである。
第3図に、二進木を用いるディジタル・スイッチングに
より伝搬遅延を変える構成の例が示されている。二進信
号は入力320で多数のおくれ要素321、322.3
23.324.325.326.および327(典盟約
には第1図および第2図に示すカスケード接続されたイ
ンバータ群)に加えられる。代表的には、一つの集積回
路上に作り込まれたとき、おくれ時間Tはおくれ要素3
21〜327の夫々について同一になる。一連の論理ス
イッチ331.332.333゜334、341.34
2.  および351(代表的には単極双投のスイッチ
またはこれに相当する論理回路等)は、二進木の形に配
列されて、回路全体の伝搬時間を選択する。論理スイッ
チ331〜334.341〜342、および351の接
点位置により、入力320から出力360までの伝搬お
くれの範囲はOTから77’までとなる。第3図の回路
では、スイッチのレベルは三つある。スイッチ351は
第1のレベルをつくる。スイッチ341 と342は第
2のレベルをつくる。スイッチ33L 332.333
.および334は第3のレベルをつくる。各レベルにあ
る全スイッチは、便宜のため、連動して切換ってよい。
たとえば、第3図に示すとうり、第3レベルのスイッチ
331゜332、333.および334はそれぞれ「1
」と記した極を選択している。
第3図に示す構成では、スイッチの各レベルは、おくれ
時間の係数(rnT’Jのn)を二進数で表わした場合
の各ビットを表わしている。レベル1は最上位のビット
であり、レベル2は次に最も高い位のビットであり、レ
ベル3は最上位のビットである。たとえば、第3図にお
いてレベル1のスイッチ351はrlJにセットされて
おり、レベル2のスイッチ341〜342は「0」にセ
ットされており、レベル3のスイッチ331〜334は
rlJにセットされているから、電流おくれは101b
itt XT、すなわち5Tである。(ここで添字、i
は2進数であることを示す)。
第4図には、おくれを変えるためのもう一つの構成を示
しである。二進信号(Vbt)は 入カフ2で多数の飽
和型素子64.66、68.および70(代表的には、
図示のとうり、カスケード接続したインバータ)に結合
される。たとえばデプリーション型MOSFET等の可
変抵抗74.76、7B、および80は制御人力62に
加えられた制御電圧(Vce)により制御され可変電流
源として働く。遅延時間tは制御電圧Vc4が変化する
につれて変化する。しかし、通常、制御電圧Vcaが一
定に保たれているときは、飽和型素子64.66、68
.および70が一つの集積回路上に作られるならば、遅
延時間tはそれぞれの飽和型素子64.66、68.お
よび70について等しくなる。したがって、入カフ2か
ら出力60までのおくれは常に4tである。制御電圧V
c4が減ると、可変抵抗?4.76、78.および80
のそれぞれの抵抗は増大する。これにより、可変抵抗7
4.76、78.および80を通る電流が減少して飽和
型素子64.66゜68、および70のそれぞれの伝搬
遅延時間tが増大する。また同様にして、制御電圧Vc
、が増大するにつれて、伝搬時間tが減少する。したが
って、制御電圧Vc4の変化により入カフ2から出力6
0までのおくれが変化する。
第5A図〜第5E図に集積回路上の二つのインバータの
接続例を示す。第5A図はエンハンスメント型MO3F
ET 603とデプリーション型MO3FI!T601
 とから成るインバータ607.が図示のように、エン
ハンスメント型MOSFET 604とデプリーション
型MO5FET 602とから成るインバータ608に
結合している回路を示している。MOSFET 601
.602は夫々インバータ607と608の負荷抵抗と
して作用する。出力ツードロ06は後段のインバータの
入力に結合している。第5A図かられかるとうり、出力
ツードロ06の信号Voは、インバータ607での伝搬
おくれとインバータ608での伝搬おくれだけの時間経
過後は、入力609の電圧Vi と同じである。この回
路に関しての実験の結果、立上り時間と立下り時間との
比が少なくとも3:1であることがわかた。ここで、立
上り時間とは信号V。
が論理Oから論理1に上昇し始めてから信号V。
が論理Oから論理1に上昇するまでに必要な時間を意味
する。立下り時間とは信号Voが論理1から論理0に下
降を始めてから信号Voが論理1から論理0に下降する
のに必要な時間を意味する。
立上り時間と立下り時間とが非対称であるため高周波パ
ルス列を、第5A図の回路に示すように結合している一
連のインバータを通して、パルス間のタイミングを歪ま
せることな(伝搬させるのは困難である。
第5B図においては、エンハンスメント型MO3FET
 623とデプリーション型MO5FET 621 と
から成るインバータ631は図示のようにエンハンスメ
ント型MO5FE7624とデプリーション型MO5F
ET622とから成るインバータ632と結合している
MOSFET 621と622は可変負荷抵抗として働
く。入力ツードロ29と入力ツードロ27は、前段のイ
ンバータの出力ノードに結合している。出力ツードロ2
6と出力ツードロ34は後段のインバータの入力に結合
している。第5B図に示すように、入力ツードロ29 
’1よMOSFET 623に結合しており、またMO
SFET 622のゲート628とも結合している。同
様に、インバータ631のシード625はゲート630
”i?MO3FET 624ニ結合しており、出力/ 
−)’626とも結合している。第5B図の回路につい
ての人力629から出力634までの立上り時間と立下
り時間の比は約1.5=1であることがわかった。この
特性により第5B図の回路は第5A図に示す回路よりも
高周波パルス列を伝えるのに適している。
第5C図は二つのインバータ114と116とが結合し
ている回路を示す。入力118に加わる制御電圧VCs
が変化すると、いずれも可変電流源として働くデプリー
ション型MO3Pt!7102とデプリーション型MO
5FET 104の夫々の両端間の抵抗が変化。
する。入力ノード98と入力ノード100は前段のイン
バータの出力ノードに結合している。入力ノード100
の電圧■1゜。は入力ノード9Bの電圧V911の逆に
−なっている。すなわち、電圧VqBが論理1のときは
、電圧■1゜。は論理0である。また逆も同様である。
インバータ114のデプリーション型)’l0sFBT
 106とエンハンスメント型?IO3FET 110
は図示のとうりインバータ116のデプリーション型M
O5FE7108とエンハンスメント型MO5FET 
112に結合している。出力ノード94と出力ノード9
6は後段のインバータに接続できるようになっている。
第5B図の回路と第5C図の回路との主な違いはMOS
FET 102と104が加わっていることである。
この二つのMOSFETは夫々インバータ114と11
6に追加されているが、同様なMOSFETをカスケー
ド接続した一連のインバータの各々に追加して、そのイ
ンバータを流れる電流を制御することにより各インバー
タでの遅延時間を変えることができる。この遅延時間を
変える能力を用いて集積回路間の伝搬時間のばらつきを
補正して標準値に合わせることができる。集積回路中の
伝搬時間は集積回路を製作する過程でのプロセスの変動
のために変動する可能性がある。プロセスの変動として
は、デプリーション・モードの負荷素子に関するドーピ
ング濃度の変動、小寸法素子のゲートの形状寸法の変動
、および温度変化のような環境条件の変化等がある。
第5D図と第5E図には、結合インバータの他の例を示
す。この例では、プロセス変動から生ずる伝搬時間の広
範な変動を、他のインバータの性能パラメータを損わず
に補償するようになっている。第5D図でインバータ3
55と356は夫々二つのデプリーション型MO5FE
Tを備えており(インバータ335にはデプリーション
型MO5FHT 351と3531インバータ356に
はデプリーション型MOSFHT 352と354)、
これらを直列に接続して電流制御により遅延時間を変化
させるようになっている。第5E図ではインパーク38
5と386の各々には、一つのデプリーション型MO3
F[!Tと一つのエンハンスメント型MO5FETとが
設けられており(インバータ385にはデプリーション
型1’1O5FET381 とエンハンスメント型MO
5FET 383 、またインバータ386には、デプ
リーション型MO5FET 382とエンハンスメント
型MO5FET 384)、これらを並列に接続して電
流制御により時間遅延を生ずるようになっている。
第6図はアナログ信号を遅延させる回路のブロック図で
ある。アナログ入力信号Va6は入力120に加えられ
る。変調器122において、アナログ入力信号Va6は
入力123に加わる搬送波Vc6を変調する。変調は、
たとえば、パルス幅変調、周波数変調、あるいは位相変
調とすることができる。変調器122から出る変調信号
Vmaは遅延回路124の入力130に接続されている
。遅延回路124は一連の飽和素子、たとえば前述のよ
うなカスケード接続されたインバータから構成されてい
る。遅延回路124の変調遅延出力信号Vmdaは復調
器126の入力131に接続されている。ここで復調さ
れることによって得られる遅延アナログ信号Vda6が
出力ノード128に現われる。遅延アナログ信号Vda
、は、アナログ入力信号を遅延回路124で決まる遅延
時間だけ遅らせたものである。
第7図は、パルス幅変調を行なった場合の、第6図の回
路の遅延回路124の入力130における変調信号vm
6の波形の例を示している。
第8図はパルス幅変調を採用している遅延回路の簡略ブ
ロック図である。アナログ入力信号vallは入力17
6に加えられる。パルス幅変調器162は入力160に
与えられる三角波(すなわち、背中合せのこぎり波)V
trllでアナログ信号Vaoをパルス幅変調する。三
角波Vtr、の振幅はアナログ入力信号Va6の最大振
幅より大きくなければならない。また三角波Vtreの
周波数は、ナイキストのサンプリング定理を満足するた
め、アナログ信号Va6の中の注目される最高次高調波
周波数の少なくとも2倍でなければならない。
パルス幅変調器】62の出力、すなわちパルス幅変調信
号Vp、は、典型的には前述のカスケード接続したイン
バータからから成る遅延回路166に接続されている。
低域フィルタ174は遅延回路166から出力される遅
延パルス幅変調信号Vpd、を遅延アナログ信号Vad
++に変換する。この遅延アナログ信号Vadeは回路
の出力170に現われる。この信号はアナログ人力Va
nをその回路で決まる遅延時間だけ遅らせた信号である
第8A〜80図は第8図のパルス幅変調器162の各種
の構成を示す回路図である。第8A図の構成では、比較
器630を用いて、アナログ入力信号Va6と三角波発
生器632により発生する三角波Vtr、とを比較する
。パルス幅変調された信号Vp、は比較器630の出力
634に現れる。
第8B図のパルス幅変調器では、アナログ入力信号Va
Bを三角波発生器662から発生する三角波V tr6
に加算することにより信号Vaddsを得る。
比較器660は信号Vaddsを一定の基準(第8B図
では接地電位を基準としである)と比較しパルス幅変調
信号Vl)aを生ずる。
第8C図でも、アナログ入力信号VaIlを三角波発生
器682から生ずる三角波Vtrsに加算して信号Va
dd、を得る。信号Vaddlは入力キャパシタンス7
11を介して接続されて、入力信号Vin1となる。こ
の入力信号V innはカスケード接続された奇数個の
インバータ (カスケード接続インバータ694〜69
7で表わす)を通って伝搬し、出力684にパルス幅変
調信号Vpaとして表われる。典型的には、第8C図の
変調器についてはインバータの個数としては21ケのイ
ンバータをカスケード接続すれば充分である。
入力抵抗693.出力抵抗692.およびキャパシタン
ス691は帰還回路として働く。この帰還回路は入力信
号V insの直流成分を第1のインバータすなわちイ
ンバータ694のスレッショルド電圧に抑えている。し
たがって、信号V in@の振動の中心値はインバータ
694のスレショルド電圧になっている。入力信号V 
innの直流成分がインバークロ94のスレショルド電
圧より低ければ、パルス幅変調信号Vp、のデユーティ
・サイクルが増大する。従ってキャパシタンス691の
電荷が増加することにより入力信号V insの直流成
分が上昇する。同様に、入力信号V 1nllの直流成
分がインバータ604のスレッショルド電圧より高けれ
ば、信号Vp、のデユーティ・サイクルが減少し、これ
によってキャパシタンス691の電荷□が減って入力信
号V innの直流成分が下降する。
第8D図は信号V act V tra+ V add
a+およびVl)aのタイミング・チャート (尺度に
よらない)を示す。入力信号V 1nllの波形ば信号
Vaddsとほとんど同じである。唯一の相異は、入力
信号Vinsでは基準信号Viで表わされる直流成分が
インバータ694のスレッショルド電圧になっている点
である。ここでは信号Vadd、の直流成分は0ボルト
である。
第9A図はパルス幅変調回路の他の例を示す。
クロック発生器201は代表的には周波数16MHzで
一連のクロック・パルスVckwを発生する。論理ゲー
ト205はクロック発生器201から直接到来するクロ
ックパルスVCkgと、遅延回路204を通って伝搬し
てくる一連のパルスV d qとの間で排他的論理和(
XOR)演算を行う。論理ゲート205は他の論理ゲー
ト(たとえば、ANDゲート、またはORゲート、ある
いは各種のフリップフロップ)で二つの入力信号間の相
対的な位相にしたがってデユーティ・サイクルが変化す
る出力信号を発生するもので置き換えることができる。
遅延回路204は代表的には上述のようにカスケード接
続されたインバータから構成される。アナログ入力信号
Vaqは遅延回路204の入力202に加えられる。ア
ナログ信号Va、の変化により、クロック・パルスVc
kwが遅延回路204を通過する時の、伝搬おくれは、
第5C図の回路について説明した様に変化する。
代表的には、アナログ入力信号Va、が3.0ボルトの
とき、遅延回路204は一連のクロックパルスV d 
9の位相を906シフトする(たとえば、クロック周波
数が161182のとき約16ナノ秒のおくれ)。
、第9B図に第9A図の回路のタイミング・チャートを
示す。波形217はクロック発生器201により発生さ
れたクロック・パルスVckwを示す。波形218は9
0°だけ位相シフトされたクロック・パルスVcLであ
る遅延回路204の出力204aを示す。
波形219は論理ゲート205の出力203に現れるパ
ルス幅変調信号Vpwgを示す。遅延回路204が90
″の位相シフトを行うと、パルス幅変調信号Vpimg
はデユーティ・サイクルが50%で周波数がクロックパ
ルスVck、の周波数の2倍に等しい方形波になる。遅
延回路204による時間遅延が大きくなるとパルス幅変
調信号Vpwgのデユーティ・サイクルが大きくなる。
遅延回路204による時間遅延が減るとパルス幅変調信
号VpH,のデユーティ・サイクルが減少する。このよ
うに、アナログ入力信号Vagは、クロック・パルスV
 ck*の後縁の位置をクロック・パルスVckqの前
縁に関して変化させることにより、遅延回路204の入
力202に与えられるクロック・パルスVck*xをパ
ルス幅変調する。
第9C図にパルス幅変調の他の例を示す、クロック発生
器209は、代表的には16MIIzの周波数の一連の
クロックパルスVckvcを発生する。クロックパルス
Vckqcは遅延回路212と遅延回路213を通る様
に接続されている。遅延回路212と213は一般に同
一のものであり、前述のとうりカスケード接続されたイ
ンバータから構成される。アナログ入力信号V a q
 cは回路の入力206に加えられる。
アナログ信号Vagcは差動電圧駆動装置に分配される
。たとえば、増幅器210はアナログ入力信号Vaqc
を入力し、このアナログ入力信号Vagcに直流バイア
ス電圧を加算して第1の出力信号Vplを出力する。一
方反転増幅器211はアナログ信号va、cを反転し且
つ直流バイアス電圧を加算して第2−の出力信号VPz
を出力する。
第1の出力信号V I) rは遅延回路211の制御入
力212cに接続され、また第2の出力信号Vl)zは
遅延回路213の制御入力213cに接続されている。
第1および第2の出力信号V I) + + V pz
はクロック・パルスVCkvcの遅延回路212と21
3中での伝搬おくれを変化させる。遅延回路214は更
に遅延回路213の出力に90″の位相シフト (たと
えばクロック周波数が16MIIzのとき約16ナノ秒
のおくれ)を生ぜ゛しめる。修正信号Vc、を遅延回路
214の制御入力208に加えて、ICプロセスにとも
なう遅延のばらつきの補償のため遅延回路214を通る
伝搬遅延を変化させてもよい。
遅延回路212の出力212aの信号Vx3と遅延回路
214の出力214aの信号Vxzは論理ゲート215
を介 −して出力207に接続されている。論理ゲート
215は遅延回路212と214の両出力の排他的論理
和演算を行う。論理ゲート215は、二つの入力信号間
の位相によってデユーティ・サイクルが変化する出力信
号を与える他の論理ゲート(たとえばANDゲート、ま
たはORゲート、あるいは各種のフリップフロップ)で
置き換えることができる。排他的論理和演算により出力
207上に与えられた結果は、パルス幅変調信号Vps
qcである。この信号は両縁で対称的に変調されている
。信号Vx、は遅延回路213と214の間に示されて
いる。
第9D図には、回路入力に関するタイミング・チャート
を示しである。波形236はアナログ入力信号Vagc
を示す。波形237は第1の出力信号V p+を示す。
波形238は第2の出力信号Vp、を示す。波形236
上にアナログ入力信号V a 9 Cの電圧値V、。、
  V9f、およびv9.を示しである。
第9E図にアナログ入力信号Vaqcの電圧値がVg、
あるときのクロック・パルスVckw+信号V x I
+Vx、、 Vxs、およびパルス幅変調信号VP11
qcのタイミング・チャートを示す。第9E図には、ア
ナログ入力信号Vaqcの電圧値がV g fであると
きのクロック・パルスVck*+信号VX++ Vxz
、  Vxs+およびパルス幅変調信号Vl)11.C
のタイミング・チャートを示す。また第9G図にはアナ
ログ入力信号V a 9 Cの電圧値がVq、であると
きのクロック・パルスVckqI信号Vx++ Vxz
+ VX3.およびパルス幅変調信号Vpw、cのタイ
ミング・チャートを示す。
第9C図に示す回路は第9A図に示す回路にいくつかの
性能上の改良が加えられている。たとえば、第9C図の
回路では、パルスの前縁と後縁の両者がアナログ入力信
号Va*cの変化の影響を受ける。第9A図の回路では
、遅延回路204の時間遅延が変化しても波形219の
パルスの後縁が変化するだけである。第9C図の回路は
各パルスの前縁と後縁を共に変化させるので、遅延回路
212と遅延回路213が遅延回路204の半分の飽和
型素子を備えていれば第9A図の回路と同じダイナミッ
クレンジを存することができる。このことは遅延回路2
12と213を通って伝搬する結果として信号Va*c
に現われる可能性のある変調の非直線性を打消すのに役
立つ。
第10図は周波数変調を採用しているアナログ遅延回路
の簡略ブロック図である。アナログ入力信号V a I
oは電圧制御発振器182の入力180に加えられる。
電圧制御発振器182の出力183は、典型的には前述
のとうりカスケード接続されたインバータから成る遅延
回路184に与えられる。遅延回路184の出力185
はFM検波器186に接続されている。このようにして
、遅延アナログ信号Vda+aがFM検波器186の出
力1.88に現われる。
第11図は位相変調を採用しているアナログ遅延回路の
簡略ブロック図である。アナログ入力信号Va11 は
位相変調器196の入力192に加えられる。
位相変調器196の第2の入力に接続しているのは定周
波数信号発生器190である。位相変調器196の出力
197は遅延回路198に結合している。遅延回路19
8は代表的には前述のようなカスケード接続されたイン
バータから構成されている。遅延要素198の出力19
9は位相検器200に入力される。
遅延アナログ信号Vda++は位相検波器200の出力
194に現われる。
第12図は信号V a l gの周波数変数または位相
シフト変調のいずれにも使用できる回路のブロック図を
示す。クロック・パルスVck+iはクロック発生器7
13により遅延回路734の入カフ32に結合している
。典型的には遅延回路734は上述のようなカスケード
接続されたインバータから構成される。
アナログ信号VaHは遅延回路734の入カフ33に結
合している。上に述べた様にして、信号Va+□の変化
により遅延回路734を通るクロック・パルスVck+
zの伝搬遅延が変化する。したがって、周波数変調、ま
たは位相変調された信号VIIIltが遅延回路734
の出カフ35に現われる。
第13A図は前述の遅延回路を用いて構成されたトラン
スバーサル・フィルタを示ス(トランスバーサル・フィ
ルタとその性質の一般的記述についてはProceed
ings of the 1.R,E、  1940年
7月号掲載のHe1nz E、 Kal1mann+ 
 r )ランスバーサル・フィルータ」を参照されたい
)。アナログ入力信号Van、は変調器、たとえば比較
器230、の第1の入力213aに加えられる。比較器
230の第2人力231bには搬送波発生器220が接
続されている。比較器240の出力231cは、前述の
ようなカスケード接続されたインバータから構成される
のが一般的な遅延回路232に接続されている。
遅延回路232の一連の出力であるタップ221゜22
2、223.224.225.226.227.228
.および229は加算ノード235a、 235b、お
よび235cで組合わされる。タップ221゛〜229
の各々には図示のとうり抵抗221a〜229aが設け
られている。抵抗221a〜229aの値はタップ22
1〜229の信号を、適当に重み付けする様に選択され
て台り、これにより加算ノード235a、 235b、
および235cでこれらの信号を比例的に混合するとき
所定のトランスバーサルフィルタの特性が得られるよう
にする。低域フィルタ234a、 234b、および2
34cは加算ノード235a。
235b、および235cで比例混合された信号から変
調搬送波を除去し低域フィルタ出力234を発生する。
第13A図に示すように、トランスバーサル・フィルタ
を構成するにあたってカスケード接続された遅延用の素
子から成る遅延回路を使用すれば最小数の回路素子でい
くつものトランスバーサル・フィルタ特性をつくり出す
ことができる。
第13B図は第13A図のトランスバーサル・フィルタ
とほぼ同じものだが、抵抗221a〜229aが夫々電
流源■、〜■、で置き換えられている。信号1.−1゜
は電流源■1〜■、への制御入力信号として作用する。
たとえば、tlが論理1のとき1.は「オン」であり、
1、が論理0のとき11は「オフ」である。電流源■1
〜1.を使用すれば集積回路上にトランスバーサルフィ
ルタを更に完全に組込むことができる。
第14図は前述の遅延回路を用いて構成した音響映像装
置のブロック図である(音響映像の一般的議論について
はHewlett−Packard Journal 
19B3年10月号のH,Edward Karrer
、 Arthur M、 Dickey。
「超音波映像:概観」を参照されたい)。一連のトラン
スデユーサ241.242.243.および244は超
音波パルス245を身体器官240に向けて送出する。
身体器官240は入射した超音波パルス245を反射し
、吸収し、あるいは散乱する。次にトランスデユーサ2
41〜244は送出された超音波パルス245の反射し
且つ散乱した残りである入来超音波パルス246を受取
る。トランスデユーサ241〜244は入来する超音波
パルス246を電気信号に変換する。この電気信号は受
信器と変調器(第14A図に示す)を介して一連の遅延
回路251.252゜253、および254に与えられ
る。各遅延回路251〜254には、夫々遅延制御入力
261.262.263.および264を備えている。
遅延制御入力261〜264は各遅延回路251〜25
4におけるお(れを変えるのに使用することができる。
遅延回路251〜254は上述の第5図の回路と同様の
回路であって良い。
遅延回路251〜254の遅延時間を夫々変えておくこ
とにより超音波パルス246から得られた電気信号を加
算回路270によって混合し、身体器官240の像27
2を得ることができる。
第14A図は第14図に示す音響映像装置の主要部のブ
ロック図である。図中、トランスデユーサ241〜24
4と遅延回路251〜254の間に結合されている受信
器241a〜244aは二進信号を出力する変調回路を
備えている。受信器241a〜244aは信号をパルス
幅変調してから遅延回路251〜254に与える。身体
器官240上の焦点240aは人体内の深部247であ
る0反射されて入来する超音波パルスの経路246a〜
246dは夫々異なる長さを有する。各遅延回路251
〜254の遅延量の選定にあたっては、焦点240aで
反射された超音波パルスが加算回路270へ到るまでの
時間(超音波の形態時の時間+電気信号になってからの
時間)、がどの経路246a〜246dを走行したか無
関係に、同じになるようにする。図示した様に、加算回
路270は抵抗270a〜270dおよび低域フィルタ
270eから構成することができる。このように、遅延
回路251〜254から出てくるパル幅変調された信号
は、復調のため共通の低域フィルタ270eを通過する
前に、ノード270fで抵抗性回路網(すなわち、抵抗
270a〜270d)で比例的に混合される。
第14B図は遅延回路251の一例を詳細に示している
。遅延時間制御信号261はタップ選択回路網265a
および265bへ入力される。受信器241aからのパ
ルス幅変調信号V241mを運ぶ入力241bは遅延部
266を介して遅延部267a〜267eに接続されて
いる。
遅延部としてば267a〜267eだけを示しであるが
、典型的には第14B図に示す様にして更に多くの遅延
部を接続することができる。この例においては、遅延部
267a〜267eは63ケのインバータを備えており
、信号は各遅延部で62.5nsおくれる。各遅延部2
67a〜267eの出力はタップ選択回路網265aと
265bの一方に接続され、また入力は他方のタップ選
択回路網265aと265bに接続されている。遅延時
間割御信号261の指示により、タップ選択回路網26
5aと265bは遅延部267a〜267eから一つの
出力を選択して混合器268に与える。混合器268の
出力269は第14A図に示すように、加算器270に
接続される。タップ選択回路M4265aと265bで
選択された遅延部の出力により遅延回路251によるお
くれの長さが決まる。このようにして遅延回路251に
よるおくれは遅延時間制御信号261により、62.5
ナノ秒毎の値を選択できる。この増分をも、と少くした
い場合には、インバータを少(しおよび/あるいは各イ
ンバータを通る伝搬おくれを短かくすることにより各遅
延部の遅延時間を短くすれば良い。
第15図は前述の遅延回路を用いて構成したFM検波器
の簡略ブロック図である(FM検波器に遅延線路を使用
することについての一般的議論についてMicrowa
ve & RF  1982年11月号掲載のJose
phF、 Lutz、  r同期遅延線検波器が広帯域
の性能を与える」を参照されたい)。たとえば搬送周波
数10.7MHzの振幅制限等を施された制限FM信号
(limited FM signal) Vfmが、
典型的には前述のようなカスケード接続したインバータ
である遅延回路282に与えられる。遅延要素282は
搬送波の周波数(10,7M■2)で(2n+1)x9
0°の位相シフトを生ずるように通常は選定される。遅
延回路282の出力283と制限FM信号vfmは排他
的論理和(XOR)ゲート284を介して低域フィルタ
286に与えられている。XORゲート284は他の論
理ゲート(たとえば、ANDゲート、またはORゲート
、あるいは各種のフリップフロップ等で、出力信号のデ
ユーティ・サイクルが二つの入力信号間の相対的位相に
したがって変化するものであれば、良い)で置き換える
ことができる。XORゲート284の出力285におけ
るディジタル信号Vdsは本質的にパルス幅変調された
信号である。低域フィルタ286はパルス幅変調信号V
dsから搬送波を除去して復調されたアナログ信号Va
nsを発生する。遮断周波数がFM信号の範囲より低い
低域フィルタ287を安定性を高めるために付加するこ
とができる。低域フィルタ287は帰還を行う遅延回路
282と電気的に結合して遅延回路282が搬送波の周
波数で確実に(2n+1)x90°の位相シフトを行う
ようにすることができる。
90@あるいはその奇数倍の位相シフト (たとえば9
0”、450”、  810’)を行うためには、遅延
回路282は制限FM信号Vf■を906またはその奇
数倍の位相シフトに相当するだけ時間遅延させなければ
ならない。第15A図のグラフに示されているとうり、
時間遅延を90°位相シフトの更に高次の倍数に相当す
る量に増加するとFM検波器の感度が増大する。この効
果は同調回路から構成されている従来のFM検波器の場
合にQの増大に伴って感度が増大することに似ている(
Qとは共振回路の利得の数字であって抵抗に対するリア
クタンスの比である)。第15A図のグラフは感度対時
間おくれの計算結果を示すもので、搬送波周波数は10
MH2としである。ラジアン/10−’ヘルツで表わし
た感度を縦軸に、ナノ秒で表わしたおくれの長さを横軸
に取っである。
第16図は遅延時間がある固定値になるように遅延回路
を校正する回路のブロック図である。遅延回路のこのよ
うな校正は多くの用途、たとえば、第14B図に示す遅
延回路251の設計、にとって重要である。
第16図では、典型的には上述のようなカスケード接続
されたインバータから成る遅延回路512に制御電圧入
力513が設けられている。制御人力513にかかる制
御電圧Vc16は遅延回路512による信号遅延時間を
変化させるのに使用される。カウンタ504は遅延回路
512の人力512aに接続されている。カウンタ51
1は遅延回路512の出力512bに接続されている。
カウンタ504と511は遅延線路512による最大可
能遅延時間より大きな周期を有する信号を発生するよう
に選定される。
カウンタ504 と511の出力はタイミング要素50
7に与えられている。タイミング要素507は典型的に
は比較器あるいはフリップフロップである。タイミング
要素507は両出力を比較しその出力信号をフィルタ5
10を介して遅延回路512の制御人力513に信号V
 C+ bを与える(つまり、前述の制御電圧VcHは
この様にして与えられる)。
このようにしてカウンタ504からの出力とカウンタ5
11からの出力を整列させる。制御電圧VCI6は遅延
512による伝搬遅延時間を校正するための遅延回路5
13への帰還信号として作用する。リセット入力502
はリセット入力505を介してカウンタ504のリセッ
ト人力505、リセット入力508を介してカウンタ5
11のリセット入力508に与えられる。リセット入力
502はまた遅延回路512の入力側にあるANDゲー
トの一方の入力にも与えられている。
第17図に第16図の回路の一構成例を示しである。
本構成は第14B図の遅延部267a〜267eを校正
するのに使用することができる。1マイクロ秒の遅延回
路544は第16図の遅延回路512に対応する。遅延
回路544は一連のタップ線533を介してタップ選択
回路網531に結合されている。選択線530は一連の
タップ線533のどのタップを遅延出力532に接続す
るかを選択する。異なるタップ線路が選択されるとこれ
にしたがってシステム人力547から遅延出力532へ
の伝搬遅延が変化する。
1/64カウンタ560と545はそれぞれ第16図の
カウンタ504と511に対応する。遅延(D)フリッ
プフロップ562はタイミング要素507に対応する。
低域フィルタ563はフィルタ510に対応する。更に
、リセット入力548.561.562.および565
はそれぞれリセット入力502.505.509.  
台よび508に対応する6ANDゲート549は^ND
ゲート503に対応する。
パルス変調された32MHzの信号vIIIIマがシス
テム人力547に与えられると、ANDゲート549を
介してカウンタ560に与えられるとともに、遅延回路
544を介してカウンタ545に与えられている。
1764カウンタ560は0.5MHzの信号VCII
?をDフリップフロップ562のクロック人力CLに与
える。
1/64カウンタ545はNOTゲート564を介して
0.5MHzの信号Vd、、をDフリップフロップ56
2のD入力に与える。遅延回路544が1マイクロ秒に
校正されているとき、信号V d + ’rとMCll
7は位相が合っている。Dフリップフロップ562のQ
出力上の信号VQI?のデユーティ・サイクルにより、
制御帰還信号V c I 7の大きさが決まる。
信号V q 17は低域フィルタ563を通ることによ
り制御帰還信号V c I ?となり、遅延回路544
の制御人力546に与えれらる。遅延回路の伝搬おくれ
が1マイクロ秒より長い場合には、信号V Q I 7
のデユーティ・サイクルが増大する。これにより制御帰
還信号Vc+□が増大し、遅延回路544による伝搬お
くれが減少する。逆に、遅延回路544の伝搬おくれが
が1マイクロ秒より短い場合には、信号VQI7のデユ
ーティ・サイクルが減少する。これにより制御帰還信号
V c I 7が減少し、遅延回路544による伝搬お
くれが増大する。このようにして、遅延回路による伝搬
おくれが1マイクロ秒になる様に校正される。
第18図は遅延回路593の入力59Qの入力信号Vm
Hが間欠的であるかあるいはこの入力信号V m + 
sが校正標準を基準としていない場合に、遅延回路59
3の入力590から出力591までの伝搬おくれを校正
するのに使用できる回路を示している。
校正は集積回路に特有なトラッキング性を利用して行わ
れる。校正用遅延回路595は集積回路592上で遅延
回路593の近傍に配置されている。校正用遅延線路5
95にはバッファ598と導線594が接続されている
。これにより、バッファ598の出力598aは校正用
遅延回路595の入力595aに電気的に結合される。
校正用遅延回路595が奇数個のインバータから構成さ
れている場合には、出力598aに現れる信号V o 
+ eは校正用遅延回路595の伝搬遅延時間で決まる
周波数で発振する。
位相ロック・ループ回路596は信号v010と外部周
波数597からの信号V f + aの周波数を比較し
て制御信号V C+ sを発生する。これにより信号V
 OHBが信号V f r aと同じ周波数になるまで
校正用遅延回路595の伝搬おくれを変化させる。した
がって外部周波数源597を用いて信号V f + s
を特定の周波数に設定することができる。このようにし
て、校正用、遅延回路595による伝搬おくれを定める
ことができる。更に、制御VCIBは遅延回路593に
よる信号伝搬遅延時間をも変化させる。
集積回路のトラッキング性のため、校正用遅延回路59
5による信号伝搬おくれが決まれば、遅延回路593に
よる信号伝搬おくれも決まる。したがって遅延回路59
3は信号V f + sで校正することができることに
なる。
〔発明の効果〕
以上説明した様に、本発明によれば小型かつ構成が簡単
で低価格化が容易である上に、調整が簡単なトランスバ
ーサル・フィルタが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第4図および第5A図ないし第5E図
は遅延回路の回路図、第3図は遅延時間を変化させるた
めのスイッチ構成を説明する図、第6図および第8図は
アナログ遅延回路を説明する図、第7図は第6図の回路
中の信号波形の一例を示す図、第8A図ないし第8D図
、第9A図ないし第9G図および第10図ないし第12
図はアナログ遅延回路に使用できる各種の変調器の構成
および動作を説明する図、第13A図および第13B図
は本発明の一実施例のトランスバーサル・フィルタの回
路図、第14図、第14A図、第14B図、第15図。 第15A図および第16図ないし第18図は遅延回路の
他の応用例を説明するための図である。 vb、 :二進信号、Vaa:印加電圧。 10:出力、12:入力 14、16.18.20.22.24.26.28.3
’O:インハ゛−タ。 60:出力、62:制御入力。 64、、66、68.70 フインバータ。 72:入力。 74、76、78.80 :可変抵抗。 Va6:アナログ入力信号。 Vda6:遅延アナログ信号。 Vc6:搬送波。 122:変調器、   124:遅延回路。 126:復調器。 Va+:+  ’アナログ入力信号。 ■1〜I、:電流源。 220:搬送波発生器。 232:遅延回路。 234a〜234c :低域フィルタ。 FIG 10 FIGII FIG  12

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 複数の直列に接続された飽和型の回路素子を含み入力端
    を有する遅延回路と、 前記回路素子に接続され異なる遅延を有する信号を取り
    出す複数のタップと、 前記複数のタップの出力を合成する手段 とを設けたトランスバーサル・フィルタ。
JP60149098A 1984-07-05 1985-07-05 トランスバ―サル・フイルタ Expired - Lifetime JP2510413B2 (ja)

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