JPS62232216A - パルス発生器 - 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】 Ｃ産業上の利用分野） 本発明は、ダイオードスイッチを利用して、負荷電流を
負荷抵抗器に供給することによりステップ出力電圧を発
生するパルス発生器に関する。

〔従来の技術〕

増幅器（または他の任意の電子デバイス）の周波数帯域
幅は入力信号の周波数を変化した場合の増幅器の出力を
測定することにより決定できるが、この測定方法は時間
がかかる。幸い、増幅器の周波数帯域幅は、矩形波信号
に対する応答特性を観測すればより迅速に決められる。

即ち、人力信号の急峻な立上りに応答する増幅器の立上
り時間（０はその増幅器の周波数帯域幅（ｆ）に反比例
すること（ｆｔ＝一定）が判っている。この方法による
測定精度は、入力矩形波信号の立上りが２峻であるかど
うか及び矩形波信号が立上り前後で平坦であるかどうか
によっても決まる。比較的高速な立上り信号を得る１つ
の方法として、ショットキーダイオードスイッチを用い
て、負荷抵抗器に流れる定電流を切り換える方法がある
。第２図に示すように、ダイオードスイッチは１対のシ
ョットキーダイオードＤａとＤｂを含み、そのカソード
を共に電流源！ｓに結線している。ダイオードＤｂのア
ノードは負荷抵抗器Ｒｏを介して接地し、一方、ダイオ
ードＤａのアノードは別の抵抗器Ｒを介して負電源−■
に結線し、更に高速スイッチＳを介して正電ｆｉ＋Ｖに
も結線している。スイッチＳが開いている時、電源−■
は、ダイオードＤａを逆バイアスし、ダイオードＤｂを
順バイアスしているので、抵抗器Ｒｏを流れる電流Ｉｓ
による電圧降下により、出力端に負の出力電圧■０を生
じる。

スイッチＳが閉じると、電源＋ＶがダイオードＤａを順
にバイアスし、ダイオードＤｂをバイアスするので、電
流Ｉｓは抵抗器ＲｏとダイオードＤｂを介して接地から
ではなく、ダイオードスイッチＳとダイオードＤａを介
して電源＋Ｖから流れることになる。スイッチＳを閉じ
て、ダイオードＤａに印加されるパルスの立上り時間が
速くなるにつれて負電位からゼロ電位へのＶｏの立上り
はより急峻となる。しかし、ダイオードＤａとＤｂには
内部容量が存在する為、スイッチＳから入力する矩形波
パルスの一部が微小電流信号となってダイオードＤａと
Ｄｂを通過して負荷抵抗器Ｒｏに印加される。この微小
電流信号が出力信号Ｖｏのリンギングの原因となる。ダ
イオードＤａに印加するパルスの立上り時間が早くなる
につれて、出力Ｖｏの状態が切り換わった後のリンギン
グの量は増加する。従って、この回路のスイッチング速
度は立上り後の出力Ｖｏにおけるリンギングの許容量に
よって制限される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、矩形パルス発生器として望まれる特性は
、出力パルスの立上りが急峻で、かつ立上り後の出力パ
ルスが平坦でリンギングのないことである。

従って本発明の目的は、正電位又は負電位のどちらか一
方から選択してゼロ電位に向かって急峻に立上る（又は
立下る）出力パルスを発生させることのできる改良した
パルス発生器を提供することである。　　゛ 本発明の他の目的は、ゼロ電位に遷移した後の出力パル
スに含まれるリンギングが除去できる新規なパルス発生
器を提供することである。

ｃ問題点を解決するための手段及び作用〕本発明の１つ
の側面は、１対の電流源を利用するパルス発生器であっ
て、１対のショットキーダイオードスイッチを介して互
いに逆極性の負荷電流を負荷抵抗器に供給している。負
荷電流により負荷抵抗器の両端に出力電圧が生じるが、
この電圧は１対の電流の差に比例している。このパルス
発生器の出力電圧は、互いに逆極性、等振幅、かつ急峻
に反転する１対の電圧パルスをショットキーダイオード
スイッチに印加することにより、ゼロ電位へと急激に遷
移する。このダイオードスイッチにより、負荷抵抗器の
負荷電流が互いに同時に切り変わる。１対の電圧パルス
は、等振幅且つ逆極性であるので、一方のダイオードス
イッチを通って負荷抵抗器に流れる電流によって生じる
出力のゼロ電位上のリンギングは、他方のダイオードス
イッチを通る逆極性の電流によって生じるリンギングと
挽性が逆で等振幅なので互いに打ち消される。それ故、
ゼロ電位に遷移した後の出力電圧は平坦でリンギングを
含まない。

本発明の別の側面は、各電流源から供給される電流の大
きさが調整できることである。このパルス発生器の出力
電圧の振幅は互いに逆極性の２電流の差に比例している
ので、ゼロ電位に遷移する前の出力電圧は正及び負の範
囲で調整可能である。

その結果、ゼロ電位へ遷移する際の出力信号を立上り又
は立下りいずれも任意に選択できる。

本発明の更に別の側面は、ステップ・リカバリー・ダイ
オードを順バイアスから逆バイアスに切り変えることに
より、ステップ・リカバリー・ダイオードの両端に等振
幅の急激に反転する電圧パルスを生じることである。ス
テップ・リカバリー・ダイオードを急激に逆バイアス状
態に切り変えると、急峻なエツジ（縁）を有する等振幅
の電圧パルスが生じ、その結果ダイオードスイッチによ
り、数ピコ秒程度の立上り（立下り）時間の出力パルス
を発生できる。

〔実施例〕

第１図は、本発明によるパルス発生器Ｏ１の好適実施例
を示す回路図である。このパルス発生器α［有］は、負
荷抵抗器Ｒｏの両端に振幅と極性が調整可能な出力電圧
Ｖｏを発生する。この定常電圧からゼロ電位に向かって
、電流源ＯＤで生ずる制御電流Ｉｃが供給された後、急
峻に出力電圧を遷移させることができる。電流源ａｌｌ
がオフのとき、電流源（ロ）及びａ旬から各々負荷抵抗
器Ｒｏを互いに逆向きに流れる２つの電流１１とＩ２に
対応して出力電圧Ｖｏが発生する。即ち、ｖＯの振幅１
１とＩ２の電流の差に比例しており、Ｖｏが接地電位に
対して負であるか正であるかは、Ｉ２と１１の大小関係
によって決まる。

負荷抵抗器Ｒｏは一端を接地し、他端をショットキーダ
イオードＤ２のアノード及び別のショットキーダイオー
ドＤ４のカソードと結線している。

抵抗器Ｒ１をダイオードＤ２のカソードと電流源−との
間に接続し、一方、抵抗器Ｒ２をダイオードＤ４のアノ
ードと電流源ａａとの間に接続してい・る、ダイオード
Ｄ２とＤ４が順バイアスされると、電流ｔＡ鰺の電流Ｉ
ｔは抵抗器Ｒ１、ダイオードＤ２、及び負荷抵抗器Ｒｏ
を通って流れ、−万雷流源ａａの電流■２は抵抗器Ｒ２
、ダイオードＤ４及び負荷抵抗器ＲＯを通って流れる。

出力電圧■０の振幅は、両党流■１と１２の差に比例し
ており、Ｉ１と１２は共に調整可能である。１２の電流
値が１１の電流値を超えれば、■０は接地に対し正電位
となり、ｒｌの電流値がＩ２の電流値を超せば、Ｖ。

は接地に対し負電位となる。

ダイオードＤ２のカソードは別のショットキーダイオー
ドＤ１のカソードにも結線している。ダイオードＤｌと
Ｄｌは、第１ダイオードスイツチＱ１９を構成し、その
共通端（ダイオードＤＩ及びＤｌの接続点）から電流源
側へ電流ＩＩを流す、即ち、どちらのダイオードが順バ
イアスされるかにより、電流１１を負荷抵抗器Ｒｏとダ
イオードＤ２を通って流すか、ダイオードＤＩを通る別
の側から流す、ダイオードＤ４のアノードも別のショッ
トキーダイオードＤ３のアノードにも結線し、ダイオー
ドＤ３とＤ４が第２ダイオードスイツチα目を構成する
。即ち、どちらのダイオードが順バイアスされるかによ
り、その共通端（ダイオードＤ３及びＤ４の接続点）を
介し電流源ａｖからの電流■２をダイオードＤ４を介し
て負荷抵抗器Ｒｏへ流すか、又はダイオードＤ３を介し
て別の側へ流す。

電流［１，！＝１２が共に負荷抵抗器ＲＯを流れる定常
状態時には、ダイオードＤ１のアノードの電圧■１は、
ダイオードＤ２を順バイアスし、ダイオードＤ１を逆バ
イアスする為に低くなっている。

一方、ダイオードＤ３のカソードの電圧ｖ２はダイオー
ドＤ４を順バイアスし、ダイオードＤ３を逆バイアスす
る為に高くなっている。反対に、出力電圧Ｖｏをゼロ電
位にする為に電流１１とＩ２が負荷抵抗器Ｒｏを流れな
い時には、電圧■１は高くなり、電圧■２は低くなるの
で、ダイオードＤｉとＤ３は順バイアスされ、ダイオー
ドＤ２とＤ４は逆バイアスされる。電圧Ｖｌと■２は平
衡を保っていて、スイッチング毎に交互に逆極性で等振
幅になる。

電圧Ｖｌが低状態から高状態に変化すると、ダイオード
ＤＩとＤｌが小さな内部容量を持っている為に、電圧■
１の変化に対応して生ずる微小リンギング信号がＤｌ及
びＤｌを通過して負荷抵抗器ＲＯに流れる。同時に、ダ
イオードＤ３とＤ４の微小内部容量の為に、電圧Ｖ２の
変化に対応して生ずる別の微小リンギング信号がＤ３及
びＤ４を通過して負荷抵抗器Ｒｏに流れる。１ｒＬ圧ｖ
ｔとｖ２は平衡を保ち、互いに逆相関係で変化するので
、■１とｖ２の各々の変化の結果負荷抵抗器Ｒ。

に流れる２つの微小リンギング信号も等振幅で逆相の関
係であるから、互いに打ち消す結果となることに注目さ
れたい。従って、１対のダイオードスイ・７チＯｌ及び
（１ｍを平衡制御電圧ｖｌとＶ２で制？１１−して、負
荷電流１１とＲ２を負荷抵抗器Ｒｏに対して切り換える
ことにより、ダイオードスイッチαυとα匂を通過して
（るリンギング信号に起因するＶｏの接地電位上でのゆ
らぎ（リンギング）を打ち消し、本発明によるパルス発
生器Ｏ１の出力電圧Ｖｏの平坦な接地電位を実現してい
る。

制御電圧Ｖｌと■２は、ステップ・リカバリー・ダイオ
ードＤ５のカソードとアノードに生ずる電圧から得てい
る。ダイオードＤ５のカソードは、キャパシタＣ３と短
い伝送線Ｔ１を介してダイオードＤｉのアノードと結線
し、一方、ダイオードＤ５のアノードは、キャパシタＣ
４と別の伝送線Ｔ２を介してダイオードＤ３のカソード
と結線している。

ダイオードＤ５が順バイアスのとき、Ｖｌは低く、■２
は高くなるようバイアスされている。このとき、ダイオ
ードＤＩとＤ３が逆バイアスでダイオードＤ２とＤ４が
順バイアスとなり、電流ＩＩとＲ２は、負荷抵抗器ＲＯ
を流れる。ダイオードＤ５が逆バイアスとなると、ｖｌ
は高く、■２は低くなりダイオードＤＩとＤ３が順バイ
アスでダイオードＤ２とＤ４が逆バイアスとなり、電流
＋１と１２は負荷抵抗器Ｒｏを流れず別経路を流れる。

ステップ・リカバリー・ダイオードＤ５は、順バイアス
時には、電荷を蓄えている。ダイオードに流れる：ま流
の方向が急に変わると、ダイオードＤ５は、蓄積してい
た電荷を放電させる短い時間だけ逆方向に電流を流す、
その蓄積電荷が放電されると、ステップ・リカバリー・
ダイオードＤ５は、急に逆方向電流を遮断し、ダイオー
ド両端の逆バイアス電圧が急激に立上り、７０〜１００
ピコ秒程度の立上り時間のパルスとなる。ダイオードＤ
５のカソードは、抵抗器Ｒ３を介して負電源−Ｅにも結
線し、一方ダイオードＤ５のアノードは、別の抵抗器Ｒ
４を介して正電源子Ｅにも結線している。この結果、正
電源子Ｅから負電源−Ｅに向かってダイオードＤ５の順
方向に連続して電流Ｉ３が流れ、ダイオードＤ５を通常
順バイアスしている。１対のスイッチング用電流源四及
び（２２）は、互いに平衡して、ダイオードＤ５の逆方
向に電流■［を流すために設けである。電流Ｉ４がオフ
のとき、ダイオードＤ５は電流■３によって順バイアス
され、■１は低く、ｖ２は高いままである。

電流１４　（＋３より大きい電流）がオンになると、ダ
イオードＤ５は瞬間的に逆方向に導通し、その後急に逆
方向電流を遮断し、急激にＶｌを高く、■２を低くする
。電圧ｖ１及びｖ２の変化はダイオードスイッチＯ１及
びα乃を成すダイオードのバイアス状態を急激に変え、
その結果、出力電圧Ｖ。

の接地電位への遷移は急峻で、立上り（又は立下り）時
間は、数ピコ秒程度となる。

電流源ｆ２１は、ＮＰＮ　）ランジスタＱ１とＰＮＰ　
トランジスタＱ２を含み、それらはＱ２のベースに供給
される制御電流１ｃによって制御される“準すイリスタ
゛スイッチ（２４）を構成する。正電源子Ｅがトランジ
スタＱ２のエミッタに結線され、Ｑ２のベースは、抵抗
器Ｒ７を介して電源子Ｅと、更に直接トランジスタＱｌ
のコレクタにも結線している。トランジスタＱ１のベー
スは抵抗器Ｒ９を介して接地し、抵抗器ＲＩＯを介して
負電源−ＥとトランジスタＱ２のコレクタにも結線して
いる。

抵抗器Ｒ５はトランジスタＱ１のエミッタと負電源−Ｅ
との間を結線し、インダクタＬ１はトランジスタＱｌの
エミッタとキャパシタＣ３の間を結Ｉｃがオフのとき、
Ｑ２のベースは高くなりＱ２はオフになる。その時、Ｑ
ｌのベース電位は分圧抵抗器Ｒ９とＲＩＯとによって決
まる電圧で一定となる。その結果トランジスタＱｌはこ
のベース電圧とＲ５で決まる定電流を導通する。この電
流により抵抗器Ｒ７の両端に電圧降下を生じるが、それ
によってトランジスタＱ２をオンさせることはない。定
常状態ではキャパシタＣ３を流れる電流■４はゼロであ
る。抵抗器Ｒ５を介して−Ｅボルトの電源はｖｌを下げ
て、ダイオードＤＩを逆バイアス、ダイオードＤ２を順
バイアスにして、電流１１を負荷抵抗器Ｒｏに流してい
る。

制御電流１ｃがオンになると、トランジスタＱ２のベー
ス電位が下がり、ｕ２がオンになる。正勾配の電圧パル
スがトランジスタＱ１のエミッタに生じ、このパルスは
インダクタＬ１により積分されて傾斜電流Ｉ４を生じ、
キャパシタＣ３を介してダイオードＤ５を逆方向に通過
する。電流■４の振幅は、電流Ｉ３の値より十分大きく
、ダイオードＤ５は蓄積電荷を放電後急激に電流を遮断
し電圧Ｖｌを高くする。Ｖｌが高くなると、ダイオード
Ｄｉは順バイアスに、ダイオードＤ２は逆バイアスにな
る。その時、電流■１はＲｏとダイオードＤ２からでは
なく、ダイオードＤ１を介してＱｌから流れる。

電流源（２２）は電流源シ睡の“鏡像″回路であって、
制御電流ＩＣがオンの時ダイオードＤ５に電流■４を流
し、制御電流１ｃがオフの時ダイオードＤ５に電流［４
を流さない為に設けられている。電流源（２２）はＰＮ
Ｐ　）ランジスタＱ３とＮＰＮ　トランジスタＱ４を含
み、Ｑ４のベースに制御電流ｒｅを印加して制御する別
の“準サイリスタ”スイッチ（２６）をＱ３．Ｑ４で構
成している。負電源−ＥがトランジスタＱ４のエミッタ
と結線する。Ｑ４のベースは抵抗器Ｒ８を介して負電源
−Ｅ、！：Ｑ３のコレクタとに結線している。Ｑ３のベ
ースは抵抗３ｉ５ｒｌｌｌを介して接地し、抵抗器ｒｌ
１２を介して正電Ｈ＋　Ｅ及びＱ４のコレクタと結線し
ている。

抵抗器Ｒ６はＱ３のエミッタと正電源子Ｅとの間を結び
、一方インダクタＬ２はＱ３のエミッタとキャパシタＣ
４の間を結ぶ。

制御電流１ｃがオフの時、Ｑ４のベース電位が低くなり
Ｑ４はオフとなる。Ｑ３のベース電位は分圧抵抗器Ｒ１
１とＲ１２により決まり、その結果Ｑ３はこの分圧電圧
とＲ６によって決まる定電流を導通する。この電流によ
って抵抗器Ｒ８の両端で電圧降下を生じるが、それはト
ランジスタＱ４をオンさせる程ではない。定常状態では
、キャパシタＣ４を流れる電流■４はゼロである。正電
源＋Ｅが抵抗器Ｒ６を介して■２を上昇させ、ダイオー
ドＤ３を逆バイアスに、ダイオードＤ４を準バイアスに
する結果、電流■２は負荷抵抗器ＲＯを流れる。制御電
流１ｃがオンすると、トランジスタＱ４のベース電位が
上昇し、Ｑ４をオンにする。

負勾配電圧パルスがＱ３のエミッタに生じ、このパルス
がインダクタＬ２で積分されて、傾斜電流■４を生じ、
キャパシタＣ４を介してダイオードＤ５を逆方向に通過
する。ダイオードＤ５が逆方向バイアス状態にスイッチ
している時、電圧ｖ２は低くなりダイオードＤ３は順バ
イアスに、ダイオードＤ４は逆バイアスにする。その時
、電流■２は、ダイオードＤ４を介して負荷抵抗器Ｒｏ
を流れず、ダイオードＤ３を介してトランジスタＱ３へ
と流れる。

伝送線Ｔ１とＴ２は互いにインピーダンス及び長さが等
しく、抵抗器Ｒ１とＲ２の抵抗値は伝送線のインピーダ
ンスと等しく、その結果伝送線はその特性インピーダン
スで終端されていることになる。それ故、制御電圧パル
スｖ１及び■２は、伝送線ＴＩ及びＴ２を通過し、キャ
パシタＣ１と０２を各々介して流れるがこの時反射は起
こらない。キャパシタＣ３と０４は直流バイアス電流Ｉ
３を遮断している。

トランジスタＱ１とＱ３のエミッタに生じる電圧の立上
り時間はおよそ１ナノ秒であって、ステップ・リカバリ
ー・ダイオードＤ５が逆バイアス状態へ切り変わる時の
制御電圧■１と■２の立上り時間よりはるかに遅い。従
ってダイオードＤ５が状態を反転するまで、電圧■１が
ダイオードＤｉを順バイアスする程上昇しないように確
実に設定することが重要である。それ故、インダクタＬ
１及びＬ２の値は、トランジスタＱ２とＱ４がオンして
からステップ・リカバリー・ダイオードＤ５がまだ逆方
向に導通している間に、ダイオードＤ５の両端に生ずる
電圧を適当に制限するような値をとるようにする。これ
は、ステップ・リカバリー・ダイオードがスイッチする
までダイオードスイッチθＱ及びＯｌの状態反転を起こ
させないようにする為である。

以上のように、本発明によるパルス発生器はゼロ電位へ
と急峻に遷移し、かつ振幅と極性が調整可能な出力電圧
パルスを発生する。平衡制御電圧ｖｌと■２で制御する
１対のダイオードスイッチ０１９及び０１を用いて、負
荷抵抗１ｉＳＲｏに対して流れる負荷電流を切り換える
ことにより、本発明によるパルス発生器００１はパルス
発生後の平坦な接地電位を保つ出力パルスを発生する。

即ち、ダイオードスイッチＯＩ９とＱｌに含まれる内部
容量を通過する電流に起因する遷移後の出力のリンギン
グを打ち消すことができる。制御電圧ｖ１及びｖ２のス
イッチングを制御するステップ・リカバリー・ダイオー
ドを用いることにより出力電圧Ｖｏの接地電位への遷移
を極めて急峻にすることができる。

以上本発明の好適実施例で説明してきたが、本発明の要
旨から逸脱することなく様々な変形及び変更を実施でき
ることは当業者にとって明らかであろう。

Ｃ発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によるパルス発生
器は極めてリンギングの少ない極めて急峻な立上り（又
は立下り）時間（数ピコ秒程度）のパルスを発生するこ
とができ、しかもパルスの遷移前の出力電圧を正負いず
れにも自由に任意レベルに設定できるのでパルスを様々
に応用及び利用する分野における基準パルス発生器とし
て極めて有用である。特に、増幅器等の周波数応答を迅
速に求める際の標準パルスとして好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるパルス発生器の好適実施例の回
路図、第２図は従来のパルス発生器の一例の回路図であ
る。 ０υはスイッチング制御電流源、（転）及びＱ４］は夫
々第１及び第２１１流源、Ｏｌ及び０乃は夫々第１及び
第２スイッチ手段、（至）、　（２２）はスイッチング
用電流源、（２４）　、　（２６）は準サイリスクスイ
ッチ、Ｒｏは負荷抵抗器、Ｖｏは出力電圧、Ｄ５はステ
ップ・リカバリー・ダイオードである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１及び第２スイッチ手段の出力端を負荷抵抗器を
   介して基準電位源に接続して出力端子とし、上記第１及
   び第２スイッチ手段の各共通端に互いに逆向きの第１及
   び第２電流源を接続し、上記第１及び第２スイッチ手段
   の各入力端に平衡した制御パルスを印加するようにして
   成るパルス発生器。 ２、上記第１及び第２スイッチ手段として、夫々互いに
   逆極性に直列接続したショットキー・ダイオードを用い
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパルス
   発生器。 ３、上記第１及び第２定電流源の少くとも一方を調整可
   能にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載のパルス発生器。 ４、上記制御パルスは、ステップ・リカバリー・ダイオ
   ードを含む回路により発生することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項、第２項又は第３項記載のパルス発生器
   。