JPS62230115A - クロスダイオ−ドスイツチ回路 - Google Patents

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】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は、高周波回路等にスイッチとして適用されるク
ロスダイオードスイッチ回路に関するものである。

（従来の技術） 第３図に示すように、ダイオードＤｓ　、　Ｄ２を逆並
列接続して成るクロスダイオード回路（交差ダイオード
回路とも称される）は、その両端間に印加される電圧の
値に応じて抵抗値が変化する。

例えばＤｒ　、Ｄ２にシリコンダイオードを適用した場
合には、印加電圧０．．６５Ｖ以上で低抵抗（オン抵抗
と称する）を示し、印加電圧０．６５Ｖ未満で高抵抗（
オフ抵抗と称する）を示す。このため、開ｍ動作制御の
ための制御信号を必要としないスイッチとして使用する
ことができ、その応用範囲は極めて広い。

第４図はこのクロスダイオード回路の簡易等価回路図で
あり、図中ＲＬはＰＮ接合部の抵抗、Ｒ５は半導体の広
がり抵抗、０丁はダイオード１本当りの両端子間に存在
する静電容量（以下、端子開音ｌと称する）である。ま
た、第５図、第６図はクロスダイオード回路のそれぞれ
オフ時、オン時の等価回路間であり、図中ＲＯＦＦ／２
はオフ抵抗、ＲＯＭ／２はオン抵抗、２ＣＴは端子間容
量である。ここで、クロスダイオード回路のオフ時のイ
ンピーダンスＺｏ　Ｆ　Ｆは、と表わされ、端子開音ｆ
ｆ１２ｃｖの存在により、周波数（（＝ω／２π）が高
くなるほどＺＯＦＦの値は小さくなる。また、クロスダ
イオード回路のオン時には、 となるため、オン時のインピーダンスＺＯＮは、ｚ　＝
＝三　　　　　　・・・・・・（３）Ｎ　　　２ となり、周波数ｆにほとんど依存しない。

ところで、スイッチとしては、オフ時のインピーダンス
ＺＯＦＦが大きいほどよく（理想的には無限大）、オン
時のインピーダンスＺＯＮが小さいほどよい（理想的に
は零）が、第３図に示すクロスダイオード回路を高周波
回路にスイッチとして適用した場合には、前（１）式よ
り明らかなように端子間容量　２　Ｃｒの影響によりＺ
ｏ　Ｆ　Ｆが低下してしまうため、スイッチとしての機
能低下により他回路に悪影響を及ぼすことが考えられる
。例えば被検体の磁気共鳴像を可視化する磁気共鳴イメ
ージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）においては、
無線周波数帯（ＨＦ帯）の磁気共鳴信号（ＭＲ倍信号を
受信する関係上、送信時のＲＦパルスをしゃ断するため
に使用した場合、クロスダイオード回路の端子開音ｆｆ
ｉ　２　ＣＴに起因するＺｏ　Ｆ　ｐ低下により受信系
の入力インピーダンスが低下し、受信感度が低下すると
いう不都合を生じてしまう。受信感度低下はＳ／Ｎ比の
低下をＩＣき、可視化される磁気共鳴像（ＭＲ像）の画
質に悪影響を与えるのはいうまでもない。

このような問題点を解決するため、従来のＭＲｆ装置に
おいては、例えば第７図に示すように、ダイオードＤｒ
　、Ｄ２より成るクロスダイオード回路を直列接続する
ことにより、オフ時のインピーダンスＺｏ　Ｆ　ｐの低
下防止を図っている。

しかしながら、このような構成においては、オン時のイ
ンピーダンスｚｏＮが増大するのみならず、クロスダイ
オード回路のオン電圧（オンさせるのに必要な最低電圧
）が高くなる。そのため、送信系のアイソレーション用
としてこの回路を使った場合、ＲＦ（ラジオ周波数）パ
ルスの送信時に、パルス振幅の小さなところで波形がク
リップされ、ＲＦパルスに歪を生ずるという欠点がある
。

従って、クロスダイオード回路の直列接続は、オフ時の
インピーダンスＺｏ　ｐ　ｐの低下防止手段としては好
ましくない。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したように、クロスダイオード回路を高周波スイッ
チとして用いた場合には、端子間容量の存在により、オ
フ時のインピーダンスが低下するという問題点を生じ、
その改善策として複数のクロスダイオード回路を直列接
続した場合には、オン時のインピーダンス及びオン電圧
が変動するという問題点を生じている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、オン時のインピーダンス及びオ
ン電圧の変動を伴うことなく、オフ時のインピーダンス
低下防止を図ったクロスダイオードスイッｆ装置を提供
することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、ダイオードを逆並列接続して成るクロスダイ
オード回路に存在する端子間容量を含んで並列共振回路
を形成したものである。

（作　用） ｉｙｒ配クロりダイオード回路のオフ時に、該回路に印
加される信号周波数で共振するように、前記並列共振回
路の同調をとる。このようにすると、前記並列共振回路
のインピーダンスは、共振時に、換言すれば、クロスダ
イオード回路のオフ時に最大となる。このため、クロス
ダイオード回路に端子間容量が存在するのにもかかわら
ず、この端子間容量の影響を受けてクロスダイオード回
路のオフ時のインピーダンスが低下することはない。

また、クロスダイオード回路のオフ時のインピーダンス
低下防止を図るために、複数のクロスダイオード回路を
直列接続するといった手段を採るものではないから、オ
ン時のインピーダンス及びオン電圧が変動することもな
い。

従って、本発明に係るクロスダイオードスイッチ回路は
、クロスダイオード回路のオン時のインピーダンス及び
オン電圧の変動を伴うことなく、オフ時のインピーダン
ス低下防止を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図（ａ＞は本発明の一実施例たるクロスダイオード
スイッチ回路の回路図、同図（ｂ）はその等価回路間で
ある。

このクロスダイオードスイッチ回路は、ダイオード０１
．Ｄ２を逆並列接続して成るクロスダイオード回路１０
と、このクロスダイオード回路１０に存在する端子同容
ｆｆ１２ｃｒを含んで成る並列共振回路１１とから構成
されている。

前記並列共振回路１１は、前記端子間容量２ＣＴと、こ
の容患２Ｃ丁に対して並列的に挿入接続された同調用可
変コンデンサ（以下トリマと称する）　Ｃｖ　、インダ
クタＬＯとを有して構成されている。トリマＣｖ及びイ
ンダクタＬｏはそれぞれ静電客種及びインダクタンスを
変化させることがでさ、いずれか一方若しくは双方を適
宜に調　　　　□整することにより、共振周波数を変え
ることができる。

尚、等価回路図中ＲＬ／２は、ダイオード（Ｄｚ　、Ｄ
２　）２本分のＰＮ接合部抵抗を示している。

上記構成において、クロスダイオード回路１０のオフ時
に、該回路両端間に印加される信号（０，６５Ｖ未満の
高周波電圧）の周波数をｆＯとしたとき、次式が成立す
るようにトリマＣｖ又はインダクタＬｏを調整する。

ＬＯ（２Ｃ丁　＋ＣＶ　）　　・　（２πＪｏ）２　＝
１・・・・・・・・・（４） この調整以降、並列共振回路１１は、周波数ｉ。

の高周波信号が印加される毎に共振状態となる。

並列共振回路１１のインピーダンスは共振時に最大とな
るため、前記高周波信号に対するインピーダンス（本実
施例装置両端間のインピーダンス）は、前（１）式で表
わされるＺＯＦＦよりもはるかに大きな値となる。

例えば、クロスダイオード回路１０におＣプる端子同容
！ｔＩ　ＣＴを１　　ｐＦとし、オフ抵抗Ｒｏ　Ｆ　ｐ
を１ＭΩとし、周波数ｊｏを２０　Ｍ　ｌ−１ｚとした
場合、前（１）式によって表わされるインピーダンスＺ
ｏ　ｐ　ｐは８にΩ以下となる。この値は従来装置に相
当する。

一方、本実施例装置のように並列共振回路１１を設けた
場合には、前（４式の条件下において該回路１１のイン
ピーダンスを１ＭΩ以上とすることができるため、本実
施例装置全体のインピーダンスＺｏ　Ｆ　ｐは５００に
Ω以上となる。

また、本実施例装置におけるオン時のインピーダンスＺ
ＯＮは、前（３式で表わされるＺＯＮとほぼ同じ値であ
り、０．２Ω程度となる。

このように本実施例装置にあっては、クロスダイオード
回路１０に存在する端子間容量を含んで並列共振回路１
１を形成し、この並列共振回路１１を共振させることに
より、クロスダイオード回路１１のオフ時におけるイン
ピーダンスＺＯＦＦの低下防止を図るやのであり、従来
のように、複数のクロスダイオード回路を直列接続する
ことによりＺｏ　ｐ　ｐの低下防止を図るものではない
から、クロスダイオード回路１０のオン時におけるイン
ビーダンスＺＯＮ及びオン電圧（クロスダイオード回路
をオンさせるのに必要な最低電圧）の増加を伴うことな
く、オフ時のインピーダンスＺｏ　Ｆ　Ｆの低下防止を
図ることができる。従って、本実施例装置は、高周波回
路に適用される高周波スイッチとして好適なものといえ
る。

次に本発明に係るクロスダイオードスイッチ回路をＭＲ
Ｉ装置に適用した例について第２図を基に説明する。

第２図はＭＲＩ装置のＲＦ送受信部を示すものであり、
同図２０は送受信用増幅器、２１は受信用増幅器、２２
．２３はそれぞれ第１．第２のクロスダイオードスイッ
チ回路である。この第１゜第２のクロスダイオードスイ
ッチ回路２２．２３はいずれも第１図（ａ）、（ｂ）に
示すものが適用され、各並列共振回路はＲＦパルスの基
本周波数に同調がとられている。また、２４は第１のＲ
Ｆコイル、２５は同調用コンデンサ、２６は第２のＲＦ
コイル、２７はＲＦコイル２６を平衡モードにするため
のコンデンサである。そして同調用コンデンサ２５と前
記送信用増幅器２０との間に第１のクロスダイオードス
イッチ回路２２が接続されている。送信時には、同調用
コンデンサ２５゜第２のＲＦコイル２６及びコンデンサ
２７より直列共振回路が形成される。また、前記受信用
増幅器２１と接地ラインとの間に第２のクロスダイオー
ドスイッチ回路２３が接続されている。

以上の構成において、送信用増幅器２０より出力された
高周波パルス（通常、上記高周波をＡＭ変調したパルス
）により、第１．第２のクロスダイオードスイッチ回路
２２がオンし、被検体（図示せず）に向ってＲＦパルス
が送信されている。

このとき、送信に供される高周波パルスは、第２のクロ
スダイオードスイッチ回路２３がオンするため、送信用
増幅器２１の入力側には伝達されない。

また、受信時には、被検体よりのＭＲ倍信号微弱である
ため、この信号によって第１．第２のクロスダイオード
スイッチ回路２２．２３がオンすることはない。そして
このクロスダイオードスイッチ回路２２．２３がＭＲ倍
信号より共振回路を形成し高インピーダンスとなるため
、受信されたＭＲ倍信号送信用増幅器２０の出力側及び
接地ラインに流れ込むことなく、受信用増幅器２１の入
力“側に効率よく伝達されることになる。上述のように
、第１．第２のクロスダイオードスイッチ回路２２．２
３は、オン時におけるインピーダンスＺＯＮが低く、逆
にオフ時におけるインピーダンスＺＯＦＦが従来より高
いため、受信系の入力インピーダンスが低下するという
問題もなく、ＭＲ■装置における送受信回路のスイッチ
として好適である。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の変形実施が可能であるのはいうまでもない。

例えば、クロスダイオード回路１０を複数個並列接続し
、インダクタＬｏのインダクスを十分小さくすることに
より、並列共成回路１ｏのＱ（クォリティ・）？フタ）
を低（するようにしてもよい。このようにすると、共振
周波数帯域が広がるため、オフ時に印加される高周波信
号の周波数帯域がある程度広くてもそれを十分にカバー
できる。

また、上記実施例ではトリマＣｖ、インダクタＬｏｔｒ
有して並列共振回路１１を構成したものについて説明し
たが、端子間容量２Ｃｙの値、インダクタＬｏのインダ
クタンス、印加される高周波信号の周波数等によっては
、トリマＣｖを省略し、インダクタＬｏのみで同調をと
るようにしてもよいし、端子間容量２ＣＴ等のバラツキ
が少ない場合には、それぞれ固定型のコンデンサ、イン
ダクタを用いて並列共振回路１１を構成するようにして
もよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、オン時のインピー
ダンス及びオン電圧の変動を伴うことなく、オフ時のイ
ンピーダンス低下防止を因ったクロスダイオードスイッ
チ回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ　）は本発明の一実施例たるクロスダイオー
ドスイッチ回路の回路図、同図（ｂ）はその等価回路図
、第２図は前記クロスダイオードスイッヂ回路をＭＲＩ
装置に適用した場合を示す回路図、第３図はクロスダイ
オード回路の回路図、第４図はその等価回路図、第５図
、第６図はクロスダイオード回路のそれぞれオフ時、オ
ン時の等価回路図、第７図はクロスダイオード回路の直
列接続を示す回路図である。 １０・・・クロスダイオード回路、１１・・・並列共振
回路、２ＣＴ・・・端子間容量、Ｃｖ・・・コンデンサ
（トリマ）ｌ−ｏ・・・インダクタ。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　　大　　胡　　典　　夫ＣＧ）　　　　
　　　　　　　　（ｂ）−１図 弔 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイオードを逆並列接続して成るクロスダイオー
   ド回路と、このクロスダイオード回路に存在する端子間
   容量を含んで成る並列共振回路とを有することを特徴と
   するクロスダイオードスイッチ回路。
2. （２）前記並列共振回路は、前記端子間容量と、この容
   量に対してそれぞれ並列的に挿入接続されたコンデンサ
   及びインダクタとを含んで成る特許請求の範囲第１項に
   記載のクロスダイオードスイッチ回路。
3. （３）前記並列共振回路の共振周波数を、前記クロスダ
   イオード回路の閉状態時にこのクロスダイオード回路に
   印加される高周波信号の基本周波数に一致せしめた特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載のクロスダイオード
   スイッチ回路。
4. （４）前記高周波信号は、被検体の磁気共鳴像を可視化
   する磁気共鳴イメージング装置において受信された磁気
   共鳴信号である特許請求の範囲第３項に記載のクロスダ
   イオードスイッチ回路。