(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルテレビのノードに結合されるように構成された高インピーダンス信号タップを備えた入力を持ち、及び出力を持つ分圧器と、
前記分圧器の出力に結合される緩衝回路と、を備える監視回路であって、
前記緩衝回路が前記分圧器の出力に結合されるゲートを持つ電界効果トランジスタを含み、前記トランジスタは前記トランジスタのソースが監視回路の出力となるように共通ドレイン増幅器として構成されるケーブルテレビ信号監視回路。
【請求項２】
前記電界効果トランジスタは、ガリウム砒素金属半導体電界効果トランジスタから成る、請求項１記載の監視回路。
【請求項３】
前記トランジスタは、そのソースとゲートとの間にスタティック保護ダイオードを含む、請求項２記載の監視回路。
【請求項４】
前記分圧器回路は、前記トランジスタの寄生キャパシタンスを補償する調節可能なコンデンサを含む、請求項１記載の監視回路。
【請求項５】
前記緩衝回路は、さらに前記トランジスタのドレインに結合されるチョーク・インダクタを含む、請求項１記載の監視回路。
【請求項６】
前記緩衝回路は、その出力にdc阻止コンダクタを含む、請求項１記載の監視回路。
【請求項７】
前記分圧器は、前記分圧器への入力とアースとの間で直列に結合される第一および第二の抵抗器を備え、前記第一の抵抗器が前記第二の抵抗器よりも大きな抵抗を持ち、前記第一と第二の抵抗器の合計が前記外部回路の特性インピーダンスの少なくとも１０倍である、請求項１記載の監視回路。
【請求項８】
ケーブルテレビ信号線に結合され、高インピーダンス信号タップを備えた入力、及び出力を持つ分圧器を含み、その入力で受け取る電圧をスケーリングする第一段と
第一段の出力に結合され、第二段の出力に対して第一段の出力信号を緩衝するように高入力インピーダンスおよび低出力インピーダンスを持つ第二段と、を備えるケーブルテレビ信号監視回路。
【請求項９】
前記第一段は、分圧器から成る、請求項８記載の監視回路。
【請求項１０】
前記分圧器は、前記分圧器の入力とアースの間で直列に結合される第一および第二の抵抗器を備え、前記第一の抵抗器が前記第二の抵抗器よりも大きい抵抗を持ち、前記第一と第二の抵抗器の合計が前記外部回路の特性インピーダンスの少なくとも１０倍である、請求項９記載の監視回路。
【請求項１１】
前記第二段は、前記第一段の出力に結合されるゲートを持つ電界効果トランジスタを備え、前記トランジスタはそのソースが該監視回路の出力となるように共通ドレイン増幅器として構成される、請求項８記載の監視回路。
【請求項１２】
前記電界効果トランジスタは、ガリウム砒素金属半導体電界効果トランジスタから成る、請求項１１記載の監視回路。
【請求項１３】
前記トランジスタは、そのソースとゲートとの間にスタティック保護ダイオードを含む、請求項１２記載の監視回路。
【請求項１４】
前記第一段は、前記電界効果トランジスタの寄生キャパシタンスを補償する調節可能なコンデンサを含む、請求項１３記載の監視回路。
【請求項１５】
前記第二段は、さらに前記トランジスタのドレインに結合されるチョーク・インダクタを含む、請求項１１記載の監視回路。
【請求項１６】
前記第二段は、その出力にdc阻止コンデンサを含む、請求項８記載の監視回路。
【請求項１７】
ネットワーク増幅器であって、
ケーブルテレビ入力ポートと、
ケーブルテレビ出力ポートと、
前記ネットワーク増幅器の信号経路に沿って前記入力ポートと前記出力ポートとの間に結合され、ケーブルテレビ信号を増幅するように構成された増幅器回路と、
前記信号経路に結合される少なくとも１つのケーブルテレビ監視回路と、を備え
前記監視回路は、
ケーブルテレビ信号線に結合される高インピーダンス信号タップを備えた入力と、及び出力とを持つ分圧器を含み、前記入力において受け取る電圧をスケーリングする第一段と、
前記第一段の出力に結合され、第二段の出力に対して前記第一段の出力信号を緩衝するように高入力インピーダンスおよび低出力インピーダンスを持つ第二段と、から成るケーブルテレビ信号ネットワーク増幅器。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの監視回路は、該ネットワーク増幅器の前記入力ポートで前記信号経路に結合される監視回路を含む、請求項１７記載のネットワーク増幅器。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの監視回路は、前記信号経路に結合される入力および自動利得制御回路の入力に結合される出力を持つ監視回路を含み、前記自動利得制御回路は前記増幅器回路の制御入力に結合される、請求項１７記載のネットワーク増幅器。
【請求項２０】
前記第一段は、分圧器から成る、請求項１７記載のネットワーク増幅器。
【請求項２１】
前記分圧器は、前記分圧器への入力とアースの間で直列に結合される第一および第二の抵抗器を備え、前記第一の抵抗器が前記第二の抵抗器よりも大きい抵抗を持ち、前記第一と第二の抵抗器の合計が前記外部回路の特性インピーダンスの少なくとも10倍である、請求項２０記載のネットワーク増幅器。
【請求項２２】
前記第二段は、前記第一段の出力に結合されるゲートを持つ電界効果トランジスタを備え、前記トランジスタはそのソースが前記監視回路の出力となるように共通ドレイン増幅器として構成される、請求項１７記載のネットワーク増幅器。
【請求項２３】
前記電界効果トランジスタは、ガリウム砒素金属半導体電界効果トランジスタから成る、請求項２２記載のネットワーク増幅器。
【請求項２４】
前記トランジスタは、そのソースとゲートの間にスタティック保護ダイオードを含む、請求項２３記載のネットワーク増幅器。
【請求項２５】
前記第一段は、前記トランジスタの寄生キャパシタンスを補償する調節可能なコンデンサを含む、請求項２４記載のネットワーク増幅器。
【請求項２６】
ケーブル・ネットワークの信号経路において信号を監視するための方法であって、
ケーブル・ネットワークの信号経路からの信号を高インピーダンスでタッピングすること、
信号経路からタッピングされる信号レベルを減少させること、
別の経路に送るために信号を緩衝すること、を含む方法。
【請求項２７】
前記信号経路からタップされる信号レベルを減少させることは、分圧器回路により信号電圧を分割することを含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記信号を緩衝することは、共通ドレイン構成の電界効果トランジスタにより信号を緩衝することを含む、請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術的分野
本発明は、一般的に通信分野に関するものであり、特にネットワーク増幅器における監視回路およびその方法に関するものである。
【０００２】
背景
同軸ケーブル・ネットワークは、一般に各ユーザーロケーションでテレビに接続される従来のアンテナを使用して得られるよりも高品質のビデオおよびオーディオ・プログラムを消費者に配給するために使用される一般的媒体である。ケーブル・ネットワークは、通常、多数のコンテンツ・プロバイダ例えばＡＢＣ、ＮＢＣ、ＣＢＳ、Ｆｏｘ、ＣＮＮ、ＥＳＰＮなどから入力またはプログラムを受け取るヘッド・エンドを含む。ヘッド・エンドは、一般に、ヘッド・エンドから例えば多数のエンド・ユーザーのテレビ受像機にプログラムを配給する配給ネットワークに接続される。配給ネットワークは、同軸ケーブル単独か、光ファイバーまたはその他の配給媒体と組み合わせた同軸ケーブルを含むことができる。
【０００３】
配給ネットワークの同軸ケーブル部分を通じて送信される無線周波（ＲＦ）信号は、ヘッド・エンドからの距離に応じて減衰する傾向がある。すなわち、ＲＦ信号はヘッド・エンドから遠ざかるにつれて品質が低下する。この減衰を補償するために、ケーブル・ネットワークは、一般に、ネットワーク全体に選択的に分布するネットワーク増幅器を含む。この増幅器は、各エンド・ユーザーに送られる信号が許容できる品質レベルになるようにネットワーク内の選択された点でＲＦ信号を受信して、これを増幅する。
【０００４】
ネットワーク増幅器は、一般に、ネットワーク・オペレータがネットワークを通じて及び増幅器内で送られるＲＦ信号を監視できるように２つかそれ以上の「監視回路」を含んでいる。従来、監視回路は、増幅器のＲＦ信号経路内に配置される方向性カプラーを使用している。方向性カプラーは、二重開口バラン装置など変成器を含む。方向性カプラーは監視対象のＲＦ信号を増幅器のＲＦ信号経路から例えばテスト・ポイント・コネクタまでまたは別の回路の入力に結合する。監視対象のＲＦ信号は、一般に、テスト・ポイント・コネクタで選択される係数分例えば２０デシベル（ｄＢ）、縮小される。
【０００５】
ネットワーク増幅器は、従来、増幅器の入力ポートと結合される監視回路および出力ポートと結合される監視回路を含んでいる。さらに、増幅器は、内部フィードバック信号を自動利得制御（ＡＧＣ）回路などネットワーク増幅器の回路に送るために使用されるその他の監視回路を含む場合もある。ＡＧＣ回路は、出力が受容可能な範囲内にあるようにネットワーク増幅器の利得のレベルを調節する。
【０００６】
従来の監視回路の１つの欠点は、監視回路により生じる増幅器のＲＦ信号経路における１ｄＢの最大挿入損失である。すなわち、監視回路は、増幅器により出力されるＲＦ信号を低下または減衰させる。この信号の強さの損失は、増幅器の効果を減少させる。この挿入損失は、各監視回路に相加的なものであり、各監視回路に当てはまる。従って、入力、出力およびＡＧＣ監視回路を持つネットワーク増幅器は、信号の強さに３ｄＢの低下を生じる。監視回路を追加すれば、さらにＲＦ信号の低下を生じる。
【０００７】
ＲＦ信号の低下を克服しようとする従来の試みは、増幅器のその他の問題を追加するか、あるいは複雑化する可能性がある。例えば、増幅器の利得の単なる増加は、監視回路により生じる１ｄＢの低下を相殺するために使用できる。しかし、ネットワーク増幅器の出力レベルの増加１ｄＢごとに増幅器の相互変調歪みが２から３ｄＢ増加する。相互変調歪みは、ケーブル・ネットワークにおける複合信号の感知ビデオ忠実度にとって重要である。
【０００８】
従来の監視回路をネットワーク増幅器の入力において使用すると、ネットワーク増幅器の前置増幅器雑音指数に１ｄＢの雑音指数を追加する可能性がある。動作雑音指数は、所与のネットワークにおいて増幅器をどこに配置すべきかを決定するための重要な要因である。
【０００９】
従来の監視回路のもう１つの問題点は、使用される方向性カプラーの帯域幅が限られていることである。すなわち、方向性カプラーは、狭い周波数範囲、一般に５から８６０ＭＨＺ±０．２５ｄＢ平坦度の信号しか処理できない。現在、ケーブル・ネットワークはチャネルの周波数範囲を１０００ＭＨＺ程度の高さに拡大しようと計画している。このためには、監視回路において方向性カプラーが制限要因になるだろう。
【００１０】
上記の理由により、また本明細書を読みこれを了解すれば当業者には明らかになるであろう下に示されるその他の理由により、技術上、挿入損失が小さく帯域幅が高い、ネットワーク増幅器においてＲＦ信号を監視するための回路が必要である。
【００１１】
発明の要約
本発明が対処するネットワーク増幅器に伴う上記の問題点およびその他の問題点は、以下の明細書を読み検討することにより理解されるだろう。ネットワーク増幅器において信号を監視するためにアクティブ・カプラーを使用する監視回路が説明されている。
【００１２】
特に、本発明の例示的実施態様は、監視回路を含む。監視回路は、ケーブル・ネットワークにおいて信号を監視するために使用できる。前記の監視回路は、第一段および第二段を含む。第一段は、入力および出力を持つ。入力は外部回路に結合される。第一段はその入力で受け取る電圧をスケーリングする。第二段は第一段の出力に結合される。第二段は、高入力インピーダンスおよび低出力インピーダンスを持つ。第二段は、第二段の出力に対して第一段の出力での信号を緩衝（バッファリング）する。
【００１３】
別の実施態様においては、監視回路が提供される。この監視回路は分圧器を含む。分圧器は、外部回路のノードに結合するための入力、および出力を持つ。分圧器は、さらに、緩衝回路を含む。緩衝回路は、分圧器の出力に結合される。緩衝回路は、分圧器の出力に結合されるゲートを持つ電界効果トランジスタを含んでいる。トランジスタは、トランジスタのソースが監視回路の出力となるように共通ドレイン増幅器として構成される。
【００１４】
別の実施態様においては、ネットワーク増幅器が提供される。このネットワーク増幅器は、入力ポート、出力ポートおよび増幅器回路を含む。増幅器回路は、ネットワーク増幅器の信号経路に沿って入力ポートと出力ポートの間で結合される。少なくとも１つの監視回路が信号経路に結合される。監視回路は、第一段および第二段を含む。第一段は入力および出力を持つ。第一段の入力は信号経路に結合される。第一段はその入力で受け取る電圧をスケーリングする。第二段は第一段の出力に結合される。第二段は、第二段の出力に対して第一段の出力での信号を緩衝するように高入力インピーダンスおよび低出力インピーダンスを持つ。
【００１５】
別の実施態様においては、ケーブル・ネットワークの信号経路において信号を監視するための方法が提供される。この方法は、ケーブル・ネットワークの信号経路から信号をタッピングすることが含まれる。タッピングされる信号のレベルは低下され緩衝されて、回路の出力となる。
【００１６】
詳細な説明
以下の詳細な説明は、明細書の一部を構成する添付図面を参照する。図面は、例として本発明の特定の実施態様例を示し、詳細な説明はこれを説明している。前記の実施態様は、当業者が本発明を実施できるようにするのに充分な詳細さで説明されている。他の実施態様を使用することが可能であり、本発明の範囲から逸脱することなく、論理的、機械的および電気的変更を加えることができる。従って、以下の詳細な説明は、限定的に捉えるべきものではない。
【００１７】
図１は、本発明の説明に従って構成される、全体として１００で示されるネットワーク増幅器の１つの実施態様のブロック図である。ネットワーク増幅器１００は、ケーブル・テレビ・ネットワークなどのネットワークにおいて信号を増幅するために使用される。ネットワーク増幅器１００は、増幅器１００において信号を監視する若干の監視回路１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃを含む。例えば、監視回路１０２ａは、増幅器１００の入力ポート１０６で主経路１０４の信号を監視する。同様に、監視回路１０２ｃは、出力ポート１０８で主経路１０４の信号を監視する。監視回路１０２ｂは、主経路１０４において信号を監視し、信号を自動利得制御（ＡＧＣ）回路１１０に送る。ＡＧＣ回路１１０は、経路１０４において監視される信号に応答してネットワーク増幅器１００の利得を制御する。監視回路１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃは、各々、上に詳しく説明した従来の監視回路の問題を避けるために、経路１０４において信号を監視するために電界効果トランジスタを使用する。
【００１８】
ネットワーク増幅器１００は、１つの実施態様においては、経路１０４に沿って直列に結合される固定イコライザ１０７、第一増幅器１０５、可変イコライザ１０９および第二増幅器１１１を含む。経路１０４のこれらの素子は限定的ではなく例として示されている。経路１０４において信号を適切に増幅するためにその他の配列およびその他の素子を使用することができる。さらに、監視回路の数は、本発明の範囲から逸脱することなく変更可能である。
【００１９】
図２は、本発明の説明に従って構成される、全体として２００で示される監視回路の略図である。
【００２０】
監視回路２００は、本質的に挿入損失なしに、ケーブル・ネットワークの増幅器においてＲＦ信号を監視するための広帯域非侵襲的技法を備えることが望ましい。監視回路２００は、２つの主要な部分、すなわち分圧器回路２０２および緩衝回路２０４を含む。監視回路２００は、例えば印刷回路板上に構成され、入力ノード（ＩＮ）が例えば図１の増幅器１００など増幅器回路の主信号経路２０６に結合される。入力ノードＩＮは、信号経路２０６と分圧器回路２０２の間の電気接続を備える。この実施態様において、分圧器は監視回路２００のための高インピーダンス信号タップを備える。
【００２１】
分圧器回路２０２は、入力ノードＩＮでの信号レベルを監視設備に適したレベルに−例えば−２０ｄＢ−下げるために使用される。分圧器回路２０２は、第一および第二抵抗器Ｒ１およびＲ２がノード２０８での出力と分圧器を形成するようにＩＮとアースの間で直列に接続される第一および第二抵抗器Ｒ１およびＲ２を含む。Ｒ１およびＲ２の値は、下記の式に従って分圧器回路２０２の分圧係数Ｋを決定する：
【００２２】
0003600836.tif 000002
【００２３】
抵抗器Ｒ１およびＲ２の値は、Ｒ１がＲ２よりずっと大きくなるように選択される。さらに、分圧器回路２０２の結合値は下記の式に従って計算される：
【００２４】
Ｘ＝２０ｌｏｇ（Ｋ）
【００２５】
入力ノードＩＮでＲＦ信号をロード・ダウンしないために、抵抗器Ｒ１およびＲ２の直列結合は、ＲＦ入力（経路２０６）の特性インピーダンスの少なくとも１０倍でなければならない（例えば、７５オームの１０倍）。
【００２６】
分圧器回路２０２は、また、Ｒ１で電流をまた係数Ｋで電圧を減少することにより緩衝回路２０４に対する過渡サージ保護ともなる。
【００２７】
オプションとして、コンデンサＣ１が抵抗器Ｒ１と並列に結合される。コンデンサＣ１が使用される状況については下に詳しく説明する。
【００２８】
緩衝回路２０４は、分圧器２０２の出力に対する監視設備の負荷効果を減少するために含まれる。このために、緩衝回路２０４は、高入力インピーダンスの電界効果トランジスタＱ１を含む。１つの実施態様においては、トランジスタＱ１は、組み込みスタティック保護ダイオードを持つガリウム砒素（ＧａＡｓ）金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）である。ガリウム砒素ＭＥＳＦＥＴの代わりに他の高入力インピーダンスの適切なトランジスタを使用することが出来る。高入力インピーダンスおよび低出力インピーダンスを与えるために、ＭＥＳＦＥＴトランジスタは共通ドレイン増幅器として構成される。トランジスタＱ１のゲートはノード２０８に結合される。トランジスタＱ１のソースは抵抗器Ｒ３を通じてアースに結合される。トランジスタＱ１のソースはｄｃ阻止コンデンサＣ４を通じて出力ノードＯＵＴに結合される。出力ノードＯＵＴの信号は、例えば７５オーム・テスト・プローブまたはその他の適切な負荷に送ることができる。
【００２９】
コンデンサＣ２およびＣ３は、トランジスタＱ１のドレインとアースの間で並列に結合されて、緩衝回路２０４のためにバイパスする広帯域ＲＦを提供する。インダクタＬ１は、監視回路２００のＲＦ信号が電源ＶＣＣに影響を与えないようにするためのチョークである。
【００３０】
ＭＥＳＦＥＴ実施態様においてはゲートの寄生キャパシタンス（Ｃｇｓ）とスタティック保護ダイオードが結合するため、監視回路２００の出力ノードにおける出力は、関連する増幅器により処理される信号の周波数スペクトル全体で平坦ではない場合がある。分圧器回路のコンデンサＣ１は、監視回路２００の出力の平坦度を改善するために調節することができる。
【００３１】
動作中、監視回路２００は、信号経路２０６で信号を監視するために指定の減衰で、経路２０６の入力ノード（ＩＮ）から出力ノード（ＯＵＴ）に信号を送る。１つの実施態様においては、減衰は、従来の試験／監視設備を出力ノード（ＯＵＴ）に結合できるようにするために２０ｄＢである。分圧器回路２０８は、入力ノードＩＮからの信号を分割してノード２０８での減衰電圧に下げる。この信号は、トランジスタＱ１により出力ノードＯＵＴに送られて、ここでテスト・プローブまたはその他の適切な回路に送られる。
【００３２】
結論
本文書において特定の実施態様について例証し説明したが、同じ目的を達成するために考案されるどのような配列でも本文書に示される特定の実施態様に代わり得ることが当業者には分かるだろう。本出願は、本発明の全ての適合または変形を網羅するものとする。例えば、監視回路は、多数の用途に使用できる。例えば、監視回路を使って、分配増幅器のための自動利得／傾斜制御設定を決定するために出力信号を監視することができる。さらに、監視回路を、増幅器の入力あるいは出力におけるテスト・モード監視点として使用することができる。また、監視回路をヘッド・エンドから制御信号を受け取るための順方向経路状態監視ピックオフ点として使用することもできる。監視回路はその他の適切な用途に使用できる。阻止コンデンサ（Ｃ４）は除外できる。さらに、ノード２０８の寄生キャパシタンスが充分に小さいと見なされる場合には、図２の調節可能コンデンサ（Ｃ１）を除外できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるネットワーク増幅器の実施態様のブロック図である。
【図２】図２は、本発明によるネットワーク増幅器において信号を監視するためのアクティブ・カプラーの実施態様の略図である。
【図１】
0003600836.tif 000003
【図２】
0003600836.tif 000004