(57)【要約】【課題】  離散発振位相を利用する論理素子においては、許される発振位相の数と必要とされる状態数が一致することがその安定動作には不可欠である。更にその高速動作には発振開始時において安定した高い利得が要求される。この要求を満たす３値論理素子（一般にｋを奇数としてｋ値論理素子）として強制振動による３分周発振が考えられる。しかし正弦波による３分周強制振動は不可能なことが理論的に示されている。【解決手段】  共振回路を用いて強制振動により分周発振させる方法において、設定した発振電圧または電流の閾値を超えたときに前記の共振回路の励振を遮断して発振させることを特徴とする本発明により、正弦波により分周発振させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振回路を用いて強制振動により分周発振させる方法において、設定した発振電圧または電流の閾値を超えた時に前記共振回路の励振を遮断して発振させることを特徴とする分周発振方法。
【請求項２】
強制振動により分周発振させる共振回路、前記共振回路に種信号と励振信号を供給する２つの電源、電圧制御型スイッチ及び前記共振回路に励振信号を供給する結合器を備え、前記共振回路に設定した発振電圧の閾値を超えた時に励振を遮断して発振させることを特徴とする分周発振装置。
【請求項３】
強制振動により分周発振させる共振回路、前記共振回路に種信号と励振信号を供給する２つの電源及び前記共振回路に励振信号を供給する非線形特性の磁心を有する変圧器を備え、前記共振回路に設定した発振電流の閾値を超えた時に励振を遮断して発振させることを特徴とする分周発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、離散化した位相で発振する分周発振方法と装置に関するもので、より詳しくは共振回路を用いて強制振動により分周発振させる方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ２分周発振を利用した２値論理素子パラメトロンは万人周知の通り、コンピューターに広く利用された。最近はコンピューターの複雑化により多値論理が注目されるなか、ｋ分周（ｋは３以上の整数）発振を利用したｋ値パラメトロン（必ずしもパラメーター励振による分周発信に限らない）にも関心が寄せられている（非特許文献１、特許文献１）。これらの離散位相の発振を利用する素子においては安定した発振と高い利得が要求される。【０００３】
【非特許文献１】Ｔ．Ｓｏｍａ  ａｎｄ  Ｔ．Ｓｏｍａ，“Ｔｅｒｎａｒｙ  Ｐａｒａｍｅｔｒｏｎ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｕｂｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｒｄｅｒ  Ｔｈｒｅｅ，”Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ４４ｔｈ  ＩＳＭＶＬ，Ｂｒｅｍｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ，２０１４，ｉｎ  ｐｒｅｓｓ．
【非特許文献２】Ｊ．Ａ．Ｍｕｒｄｏｃｋ，“Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ，Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ，”ＳＩＡＭ，１９９９，ｐ３１２．
【特許文献１】番地選択方式  特願２００９−１２５８００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  パラメトロンの発振機構であるパラメーター励振を、３値パラメトロンに適用することができる。この場合、パラメーター励振の性質から３分周の各振動に対し、位相が１８０度異なる振動が許される。そのため、合計６個の振動が可能となる。これら６個の振動のうち３個を用いて３値パラメトロンが実現できるが、種信号に対する位相余裕度が狭くなるなどの問題点がある。３つの発振位相のみが許される強制振動による３分周発振において、励振波形が正弦波の場合に発振は起こらないことが理論的に示されている（非特許文献２）。このため、発振および発振の維持には工夫が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  説明を簡単にするために、ここでは強制振動による３分周発振について説明する。しかし、それは一般の奇数分周強制振動に容易に拡張出来る。【０００６】  まず強制振動の力学的なモデルにより励振の原理を考える。図１は上端を固定した吊紐１に鉄製の錘２を吊るした振子と駆動用の磁石３からなる振動系を示す。磁石は振子の平衡点直下の点を中心に振動して（点線矢印４）、振子に力を及ぼす。振子は磁石の力を受け平衡点を中心に円弧に沿って振動する（点線矢印５）。図２（ａ）は磁石（磁極）の動きを、図２（ｂ）は振子の動きを時間経過として示す。縦軸はそれぞれの中心点からの距離を、横軸は時間を示す。一般に図２（ａ）を励振波形、図２（ｂ）を振動波形と呼ぶ。縦軸の＋記号はそれぞれの動きの正方向を示すもので図１の＋記号と対応している。図では磁極の振動数が毎秒３回、振子の振動数が毎秒１回となる３分周振動の例を示す。【０００７】  図２（ａ）に示す６から１２は磁石が振子の平衡点直下に来る時刻を順に示している。図２（ｂ）の矢印群１３、１４、１５は磁石が振子に及ぼす衝撃力を示す。ここで注意すべき点は、振子の受ける衝撃力１３と１５は振動の正の向きに、同１４は負の向きに働くことにより衝撃力が振子の振動を励振するのに効果的に働いていることである。更に注意すべき点は、図２（ａ）について磁石がその振動の中心点近傍にある点７、８、１０、１１においては、振子がその振動の中心点から外れているため衝撃力が振子に働かない点である。このように磁石と錘の距離により振子を励振する衝撃力が効果的に制御されていることが本発明の重要な点である。ここではこれを振子の錘と磁極間の距離に依存した励振のマスキング或はマスク動作と呼ぶ。【０００８】  次に上で考えた力学モデルにより、３分周の場合には位相が１２０度ずつ異なる３つの位相をもつ振動が可能なことを説明する。図２（ａ）から時点６において振動を励起する状況は時点８において位相が１２０度進んだ振動波形を励起する状況と同じであること、また時点１０においては位相が更に１２０度進んだ振動波形を励起する状況と同じであることがわかる。このようにして３分周振動系においては常に位相が０度、１２０度、２４０度の３つの振動が可能なことがわかる。【０００９】  図３は本発明の原理を示す回路をリニアテクノロジー社の回路シミュレーターＬＴｓｐｉｃｅにより記述した回路図である。点線の枠１６に囲まれた部分は誘導子１７と１８、容量子１９、抵抗子２０、から成る共振器を示す。電流源２１は抵抗２２及び変圧器２３を介して共振器を励振する。電流源２４は抵抗２５を介して共振器に種信号を供給する。種信号とは共振器を励振する直前に供給され発振の位相を制御する微弱な信号である。電圧制御スイッチ２６、２７は何れかのスイッチが作動したオン状態で、励振変圧器の出力側を短絡し励振を遮断する。電圧制御スイッチの制御端子には共振回路の発振電圧が接続されており、発信電圧が正の閾値を超えた際にはスイッチ２６が、負の閾値を超えた際にはスイッチ２７が作動することにより励振のマスク動作を行う。閾値を制御することによりマスク動作の範囲を制御することができる。図１に示す力学モデルと比較する��、振子の振幅が共振回路の発振電圧に対応していることがわかる。２８は接地端子を示す。回路の動作に直接関係はないがシミュレーターの都合で挿入されている。【００１０】  図４は図３と同様に本発明の原理を示す図である。図３との相違点は電流源２１が共振回路を励振するのに抵抗子２２と２９から成る結合器を介して行われる点である。また励振のマスク動作は電圧制御スイッチ２６または２７の何れかが作動することにより、抵抗子２２と２９の接続点を接地することにより行われる。【００１１】  図５は図３に示す回路のシミュレーション時の電流或は電圧波形を示す。図５（ａ）は種信号の電流源波形を、図５（ｂ）は励振信号の電流源波形を、そして図５（ｃ）は共振回路の発振電圧をそれぞれ示す。各図の横軸は時間を表し、その一目盛りは１マイクロ秒（ｕｓと記載）である。種信号供給電源は０度位相の波形を０マイクロ秒から２サイクル発生させる。図５（ｃ）に示すように共振回路には３サイクルだけ種信号波形が増幅され、その後は減衰していく。図５（ｂ）に示すように、励振信号供給源は４マイクロ秒に起動し、１４マイクロ秒で遮断するように指定されている。図５（ｃ）の４マイクロ秒付近の発振波形が示す通り、４マイクロ秒付近の種信号位相に従って振動が立ち上がっている。発振は励振から３サイクル程で安定していることがわかる。
種信号として０度位相の信号ではなく１２０度位相、または２４０度位相の信号を印加すると、それぞれの位相で発振が起動することが示される。
【発明の効果】
【００１２】  正弦波形の励振では発振が起こらないことが理論的に示されているように、発振が困難な強制振動による３分周発振を本発明により効果的に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  図６は本発明を実施するための最良の形態を示す回路図である。励振が非線形特性の磁心３０をもつ変圧器３１を介して行われる点、電圧制御スイッチ２６、２７が削除されている点が図３の回路とは異なる。磁心の挿入により変圧器の１次巻線から２次巻線への伝送特性は、変圧器の２次巻線を流れる共振回路の電流により変調される。電流値の絶対値が閾値を超えると伝送が略０となり、励振のマスク動作が働き励振が遮断されることになる。
【実施例】
【００１４】  図７は本発明の原理を説明した図３に示す回路の各回路要素に具体的な回路定数などを記したもので、この回路をリニアテクノロジー社の回路シミュレーターＬＴｓｐｉｃｅのもとで作動させることにより図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）などの波形が得られるものである。詳しくはＬＴｓｐｉｃｅのマニュアルを参照されたい。
本発明の原理は電子回路の発振に適用できるばかりでなく、レーザーなどの高い周波数の発振にも適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】強制振動の力学的モデルを示す図
【図２】磁石（磁極）および振子の動きを時間経過として示す図
【図３】本発明の原理を示す回路図、その１
【図４】本発明の原理を示す回路図、その２
【図５】は電流波形または電圧波形を示す図である。（ａ）は種信号供給源電流波形を示す図  （ｂ）は励振信号供給源電流波形を示す図  （ｃ）は共振回路の発振電圧波形を示す図
【図６】本発明を実施するための最良の形態を示す回路図
【図７】図３の回路要素に回路定数を記入した回路図
【符号の説明】
【００１６】  １  吊紐
２  鉄製の錘
３  駆動用磁石
４  磁石の移動範囲
５  振子の移動範囲
６〜１２  磁極が振動の中心に来る時刻を順に示す点
１３〜１５  磁石が振子に与える衝撃力を示す矢印
１６  共振器
１７  誘導子
１８  誘導子
１９  容量子
２０  抵抗子
２１  電流源
２２  抵抗子
２３  変圧器
２４  電流源
２５  抵抗子
２６  電圧制御スイッチ
２７  電圧制御スイッチ
２８  接地端子
２９  抵抗子
３０  非線形特性の磁心
３１  非線形特性の磁心をもつ変圧器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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