(57)【要約】【課題】ウルトラ・ワイド・バンド（ＵＷＢ）伝送用のインパルス信号として利用される高精度のパルスを発生する。【解決手段】パルス発生回路は、定電流源で駆動される第１の差動対と、前記電流源よりも小さな電流で駆動される第２及び第３の差動対とで構成される。前記の各差動対に差動信号を入力するとともに、前記第１の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で共通接続して出力する。第２及び第３の差動対はそれぞれ正及び負のオフセット電圧を重畳する。【選択図】  図１
2004166162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流源で駆動される第１の差動対と、
前記電流源よりも小さな電流で駆動される第２及び第３の差動対と、
前記の各差動対に差動信号を入力する入力部と、
前記第１の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で各出力端子を共通接続する出力部と、
前記第２の差動対の入力端子に正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第３の差動対の入力端子に負のオフセット電圧を重畳する負オフセット重畳部と、
を具備することを特徴とするパルス発生装置。
【請求項２】
前記の各差動対はバイポーラ・トランジスタ又はＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタで構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。
【請求項３】
前記の各差動対に入力される差動信号にオフセット電圧を与える信号源を直列的に挿入する、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。
【請求項４】
前記出力部にさらに第４の差動対と第５の差動対と、前記第４及び第５の差動対に変調信号を入力する変調信号入力部で構成される乗算回路を装荷する、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。
【請求項５】
差動信号を入力する入力部として低い周波数のシンセサイザを利用する、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。
【請求項６】
第１の電流源で駆動される第１の差動対と、
第２の電流源で駆動される第２の差動対と、
第３の電流源で駆動される第３の差動対と、
第４の電流源で駆動される第４の差動対と、
第５の電流源で駆動される第５の差動対と、
前記の各差動対に差動信号を入力する入力部と、
前記第１、第４及び第５の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で各出力端子を共通接続する出力部と、
前記第２の差動対の入力端子に正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第３の差動対の入力端子に負のオフセット電圧を重畳する負オフセット電圧重畳部と、
前記第４の差動対の入力端子に前記第２の差動対に印加するよりも大きな正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第５の差動対の入力端子に前記第３の差動対に印加するよりも大きな負のオフセット電圧を印加する負オフセット電圧重畳部と、
を具備することを特徴とするパルス発生装置。
【請求項７】
前記の各差動対はバイポーラ・トランジスタ又はＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタで構成される、
ことを特徴とする請求項６に記載のパルス発生装置。
【請求項８】
前記の各差動対に入力される差動信号にオフセット電圧を与える信号源を直列的に挿入する、
ことを特徴とする請求項６に記載のパルス発生装置。
【請求項９】
前記出力部にさらに第６の差動対と第７の差動対と、前記第６及び第７の差動対に変調信号を入力する変調信号入力部で構成される乗算回路を装荷する、
ことを特徴とする請求項６に記載のパルス発生装置。
【請求項１０】
差動信号を入力する入力部として低い周波数のシンセサイザを利用する、
ことを特徴とする請求項６に記載のパルス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスを発生するパルス発生装置に係り、特に、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ：ウルトラ・ワイド・バンド）伝送用のインパルス信号として利用されるパルスを発生するパルス発生装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、小型化及び半導体集積回路に適した低電圧動作が可能なパルス発生回路に係り、特に、ＵＷＢ通信に使用されるパルスをバイポーラ・トランジスタやＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタの半導体集積回路を用いて実現するパルス発生装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
複数のコンピュータを接続してＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構成することにより、ファイルやデータなどの情報の共有化、プリンタなどの周辺機器の共有化を図ったり、電子メールやデータ・コンテンツの転送などの情報の交換を行なったりすることができる。
【０００４】
最近では、無線ＬＡＮが注目されている。この種の無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。また、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入の検討が行なわれている。
【０００５】
また最近では、ＳＳ（Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ：スペクトル拡散）方式を適用した無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが実用化されている。また、ＰＡＮなどのアプリケーションを対象として、ＳＳ方式を応用したＵＷＢ伝送方式が提案されている。
【０００６】
ＳＳ方式の一種であるＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｐｒｅａｄ：直接拡散）方式は、送信側において、情報信号にＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏ  Ｎｏｉｓｅ：疑似雑音）符号と呼ばれるランダム符号系列を乗算することにより占有帯域を拡散して送信し、受信側において、受信した拡散情報信号にＰＮ符号を乗算することにより逆拡散して情報信号を再生する。
【０００７】
ＵＷＢ伝送方式には、ＤＳの情報信号の拡散速度を極限まで高くしたＤＳ−ＵＷＢ方式と、数１００ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成して、この信号列の送受信を行なうインパルス−ＵＷＢ方式の２種類がある。
【０００８】
ＤＳ−ＵＷＢ方式はＰＮ符号速度によってスペクトラムを制御可能であるが、論理回路をＧＨｚオーダの高速に動作させる必要性があることから消費電力が増加しやすいという問題がある。一方、インパルス−ＵＷＢ方式はパルス発生器と低速の論理回路の組み合わせで構成できるので消費電流を低減できるというメリットがあるが、パルス発生器でスペクトラムを制御することが難しいという問題がある。
【０００９】
また、どちらの方式も例えば３ＧＨｚから１０ＧＨｚという超高帯域な周波数帯域に拡散して送受信を行なうことにより高速データ伝送を実現する。その占有帯域幅は、占有帯域幅をその中心周波数（例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）で割った値がほぼ１になるようなＧＨｚオーダの帯域であり、いわゆるＷ−ＣＤＭＡやｃｄｍａ２０００方式、並びにＳＳ（Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）やＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を用いた無線ＬＡＮにおいて通常使用される帯域幅と比較しても超広帯域なものとなっている。
【００１０】
インパルス−ＵＷＢ方式において用いられるインパルス信号は非常に細いパルスであるため、周波数スペクトル的には非常に広い帯域を使用することになる。これにより、入力された情報信号が、各周波数領域においては雑音レベル以下の電力しか持たないことになる。また、変調方式としては、パルス間の位置により符号を表現するＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス位置変調）や、パルスの位相変化により符号を表現するバイフェーズ位相変調（Ｂｉｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、振幅変調などが考えられている。
【００１１】
インパルス−ＵＷＢに用いられるパルスとは、広帯域の周波数スペクトラムを持つ信号であり、時間領域は、例えば下式で表される波形となる。
【００１２】
【数１】
2004166162.tif 000003
【００１３】
例えば、トリガーパルスジェネレータのトリガーパルスによりパルスを発生させる回路が挙げられる（例えば、特許文献１を参照のこと）。このタイプのパルス発生回路では、トランジスタのコレクタ−エミッタ間にアバランシェ・ブレークダウンを開始させ、これによって生じたサージ電流がコレクタに接続された先端開放の同軸遅延線の開放端で反射して往復の遅延時間を経た後にコレクタを遮断するので、出力端子には正のパルス電圧が発生する。この正のパルス電圧がエミッタに接続された先端短絡の同軸遅延線の短絡端で反射する際に反転して負のパルス電圧となり、往復の遅延時間を経た後に出力端子に現れるので、結果として合成された電圧波形はパルス波形になるというものである。
【００１４】
しかしながら、このタイプのパルス発生回路では、パルスの生成に同軸ケーブルと同じ構造からなる遅延線を用いているため、小型化、及び半導体集積回路に適していない。また、アバランシェ・ブレークダウンによるサージ電流を利用しているためブレークダウン電圧以上の例えば５０Ｖ程度の高い電源電圧を必要とするので、低電圧化に適していないという問題点がある。
【００１５】
また、バイフェーズ位相変調（Ｂｉ−ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を実現するためのパルス発生回路について幾つかの提案がなされている（例えば、特許文献２又は特許文献３を参照のこと）。しかしながら、これらは、遅延時間の異なるパルスを発生させるために、ゲートを数段直列接続した構成となっている。この場合、回路使用時の雰囲気の影響により動作が変化するので、精度のよい遅延を生成することが困難である。この遅延時間の変化によってスペクトラムが変化し易く、インパルス−ＵＷＢ方式の課題となっている。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第３，９９７，８４３号明細書
【特許文献２】
ＷＯ０１／９３４４１
【特許文献３】
ＷＯ０１／９３５２０
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として利用される高精度のパルスを発生することができる、優れたパルス発生装置を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、小型化及び半導体集積回路に適した低電圧動作が可能な、優れたパルス発生装置を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、ＵＷＢ通信に使用されるパルスをバイポーラ・トランジスタやＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタの半導体集積回路を用いて実現する、優れたパルス発生装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、
定電流源で駆動される第１の差動対と、
前記電流源よりも小さな電流で駆動される第２及び第３の差動対と、
前記の各差動対に差動信号を入力する入力部と、
前記第１の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で各出力端子を共通接続する出力部と、
前記第２の差動対の入力端子に正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第３の差動対の入力端子に負のオフセット電圧を重畳する負オフセット重畳部と、
を具備することを特徴とするパルス発生装置である。
【００２１】
本発明の第１の側面に係るパルス発生装置は、各差動対に差動信号が入力される半導体集積回路として実装され、入力される差動信号がゼロクロスするときに、出力電流としてモノサイクル・パルスを発生することができる。
【００２２】
したがって、本発明の第１の側面に係るパルス発生回路によれば、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として利用されるモノサイクル・パルスを発生することができる。
【００２３】
また、本発明の第１の側面によれば、パルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化を実現することができる。また、従来例に見られるような高電圧が不要なので、３Ｖ以下の低電圧動作が可能になる。
【００２４】
ここで、前記の各差動対に差動信号にオフセット電圧を与える信号源を直列的に挿入するようにしてもよい。
【００２５】
この場合、第１乃至第３の各差動対に共通のオフセット電圧を重畳し、信号源の電圧を変化させることにより、パルス位置のシフト機能を追加することができる。したがって、パルス位置を前後にシフトさせることにより。この結果、高精度のパルス位置変調方式を実現することができる。
【００２６】
あるいは、前記出力部にさらに第４の差動対と第５の差動対と、前記第４及び第５の差動対に変調信号を入力する変調信号入力部で構成される乗算回路を装荷するようにしてもよい。
【００２７】
この場合、モノサイクル・パルスの極性を反転させる機能を追加することができる。すなわち、変調信号の極性によってモノサイクル・パルスの極性を反転することができるので、高精度のバイフェーズのデータ変調を行なえるようにしたパルス発生及び変調回路が実現する。
【００２８】
ここで、差動信号を入力する前記入力部として低い周波数のシンセサイザを利用することができる。この結果、低消費電力化、並びに仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという効果が得られる。
【００２９】
また、本発明の第２の側面は、
第１の電流源で駆動される第１の差動対と、
第２の電流源で駆動される第２の差動対と、
第３の電流源で駆動される第３の差動対と、
第４の電流源で駆動される第４の差動対と、
第５の電流源で駆動される第５の差動対と、
前記の各差動対に差動信号を入力する入力部と、
前記第１、第４及び第５の差動対の出力電流から前記第２及び第３の差動対の出力電流を減ずるような極性で各出力端子を共通接続する出力部と、
前記第２の差動対の入力端子に正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第３の差動対の入力端子に負のオフセット電圧を重畳する負オフセット電圧重畳部と、
前記第４の差動対の入力端子に前記第２の差動対に印加するよりも大きな正のオフセット電圧を重畳する正オフセット電圧重畳部と、
前記第５の差動対の入力端子に前記第３の差動対に印加するよりも大きな負のオフセット電圧を印加する負オフセット電圧重畳部と、
を具備することを特徴とするパルス発生装置である。
【００３０】
本発明の第２の側面に係るパルス発生装置は、各差動対に差動信号が入力される半導体集積回路として実装され、入力される差動信号がゼロクロスするときに、出力電流として２サイクル・パルスを発生することができる。
【００３１】
したがって、本発明の第２の側面に係るパルス発生回路によれば、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として利用される２サイクル・パルスを発生することができる。
【００３２】
勿論、差動対の個数並びにこれらに対応する正負のオフセット電圧重畳部を追加していくことにより、ＵＷＢ伝送のインパルス信号として利用可能なＮサイクル・パルスを発生するパルス発生装置を構成することができる。
【００３３】
また、本発明の第２の側面によれば、パルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化を実現することができる。また、従来例に見られるような高電圧が不要なので、３Ｖ以下の低電圧動作が可能になる。
【００３４】
ここで、前記の各差動対に差動信号にオフセット電圧を与える信号源を直列的に挿入するようにしてもよい。
【００３５】
この場合、第１乃至第５の各差動対に共通のオフセット電圧を重畳し、信号源の電圧を変化させることにより、パルス位置のシフト機能を追加することができる。したがって、パルス位置を前後にシフトさせることにより。この結果、高精度のパルス位置変調方式を実現することができる。
【００３６】
あるいは、前記出力部にさらに第６の差動対と第７の差動対と、前記第６及び第７の差動対に変調信号を入力する変調信号入力部で構成される乗算回路を装荷するようにしてもよい。
【００３７】
この場合、パルスの極性を反転させる機能を追加することができる。すなわち、変調信号の極性によってパルスの極性を反転することができるので、高精度のバイフェーズのデータ変調を行なえるようにしたパルス発生及び変調回路が実現する。
【００３８】
また、差動信号を入力する前記入力部として低い周波数のシンセサイザを利用することができる。この結果、低消費電力化、並びに仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという効果が得られる。
【００３９】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４１】
第１の実施形態：
図１には、本発明の第１の実施形態に係るパルス発生回路を示している。図示のパルス発生回路は、複数の差動対で構成されている。また、図２には、動作説明のため、各差動対の入力電圧と出力電流の関係を示している。
【００４２】
各図に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３と、各定電流源１２及び１３から供給される定電流源１１の半分の電流ＩＯで駆動される第２の差動対２６、及び第３の差動対２９とで構成される。
【００４３】
定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３を構成する各トランジスタ２１及び２２のベースはそれぞれ入力端子７１及び７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として入力される。
【００４４】
入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと第１の差動対２３の出力端子８１と８２の差動出力電流ＩＯＵＴ１は、以下の式２に示す関係にあり、図３の実線で示す波形になる。ここで２・ＩＯは定電流源１１の電流値であり、ＶＴは熱電圧である。
【００４５】
【数２】
2004166162.tif 000004
【００４６】
また、定電流源１１の半分の電流ＩＯである定電流源１２で駆動される第２の差動対２６を構成する一方のトランジスタ２４のベースには正のオフセット電圧３２が重畳されて入力端子７１に接続され、他方のトランジスタ２５のベースはそのまま入力端子７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００４７】
入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと第２の差動対２６の出力端子８３と８４の差動出力電流ＩＯＵＴ２は、以下の式３に示す関係にあり、図３の点線で示す波形になる。ここでＩＯは定電流源１２の電流値であり、ＶＫはオフセット電圧である。
【００４８】
【数３】
2004166162.tif 000005
【００４９】
また、定電流源１１の半分の電流ＩＯである定電流源１３で駆動される第３の差動対２９を構成する一方のトランジスタ２７のベースはそのまま入力端子７１に接続され、他方のトランジスタ２８のベースには負のオフセット電圧３３が重畳されて入力端子７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００５０】
入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと第３の差動対２９の出力端子８５と８６の差動出力電流ＩＯＵＴ３は、以下の式４に示す関係にあり、図３の一点鎖線で示す波形になる。ここでＩＯは定電流源１２の電流値であり、ＶＫはオフセット電圧である。
【００５１】
【数４】
2004166162.tif 000006
【００５２】
上記の説明において、図３に示したグラフではオフセット電圧ＶＫ＝４・ＶＴとしているが、本実施形態ではＶＫは４・ＶＴを中心として２・ＶＴから６・ＶＴの範囲に設定されることを想定している。
【００５３】
次に、図１に示すパルス発生回路において、モノサイクル・パルスが生成される原理について説明する。
【００５４】
図１では、第１の差動対２３の出力端子８１と８２に対して、第２の差動対２６と第３の差動対２９の出力端子が逆極性に接続されている。
【００５５】
この接続により、第１の差動対２３の差動出力電流から、第２の差動対２６の差動出力電流と第３の差動対２９の差動出力電流が差し引かれるように合成される。この結果として、入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと出力端子８１と８２の差動出力電流ＩＯＵＴは、式５に示す関係になる。したがって、図４に示すように、入力電圧Ｖｉｎがゼロクロスするときに出力電流にモノサイクル・パルスを発生する。
【００５６】
【数５】
2004166162.tif 000007
【００５７】
図示の波形は、位相変調方式のモノサイクルのパルス波形に相当する。勿論、入力電圧の波形を反転させることにより、位相が反転したモノサイクル・パルスを発生することができる。
【００５８】
したがって、本実施形態によれば、各差動対からなるパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係るパルス発生回路によれば、各差動対に入力電圧を供給する信号源として低い周波数のシンセサイザを利用することができる。通常のＵＷＢパルス発生回路では高周波のシンセサイザ（例えば、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）が必要であるが、図１に示すような回路構成によれば、例えば７００ＭＨｚ程度の低い周波数のシンセサイザを利用することができる。その効果は、低消費電力化、並びに、仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという点にある。
【００６０】
第２の実施形態：
図５には、本発明の第２の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【００６１】
図５に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３と、各定電流源１２及び１３から供給される定電流源１１の半分の電流ＩＯで駆動される第２の差動対２６、及び第３の差動対２９とで構成される。
【００６２】
同図に示す例では、信号源３４を入力端子７１と直列に挿入することで、このパルス発生回路全体にオフセット電圧ＶＳを与えるように構成されている。すなわち、第１乃至第３の差動対２３，２６，２９に共通のオフセット電圧ＶＳを重畳し、信号源３４の電圧を変化させることにより、パルス位置のシフト機能を追加している。入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと出力端子８１と８２の差動出力電流ＩＯＵＴの関係は、以下の式６に示す通りである。
【００６３】
【数６】
2004166162.tif 000008
【００６４】
ここで、ＶＳは信号源３４の電圧であり、ＶＳを負から正まで変化させることで、図６に示すようにパルス位置を前後にシフトさせることができる。この結果、高精度のパルス位置変調方式を実現することができる。
【００６５】
したがって、本実施形態によれば、各差動対からなるパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、高精度のパルス位置変調方式を実現する半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【００６６】
第３の実施形態：
図７には、本発明の第３の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【００６７】
同図に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３と、各定電流源１２及び１３から供給される定電流源１１の半分の電流ＩＯで駆動される第２の差動対２６、及び第３の差動対２９とで構成される。
【００６８】
さらに、このパルス発生回路の出力端子８１と８２に対して、第４の差動対４３と第５の差動対４６で構成される乗算回路が装荷されている。
【００６９】
パルス発生装置の出力端子８１で駆動される第４の差動対４３を構成する一方のトランジスタ４１のベースは入力端子７３に接続され、他方のトランジスタ４２のベースは入力端子７４に接続されている。また、パルス発生装置の出力端子８２で駆動される第５の差動対４６を構成する一方のトランジスタ４４のベースは入力端子７３に接続され、他方のトランジスタ４５のベースは入力端子７４に接続されている。入力端子７３及び７４からは、所定の電位差ＶＭを持つ変調信号が入力される。
【００７０】
第４の差動対４３と第５の差動対４６で構成されるこの乗算回路は、モノサイクル・パルスの極性を反転させる機能を持つ。以下の式７には、入力端子７１−７２間の入力電圧Ｖｉｎと出力端子９１と９２の差動出力電流ＩＯＵＴの関係を示している。
【００７１】
【数７】
2004166162.tif 000009
【００７２】
ここでＶＭは変調信号６２の電圧であり、ＶＭの極性によって図８に示すようにモノサイクル・パルスの極性を反転することができる。この結果、変調信号６２によって高精度のバイフェーズのデータ変調を行なえるようにしたパルス発生及び変調回路が実現する。
【００７３】
したがって、本実施形態によれば、各差動対２３，２６，２９，４３，４６からなるパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、バイフェーズのデータ変調を行なう半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【００７４】
第４の実施形態：
図９には、本発明の第３の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【００７５】
同図に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、定電流源１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対２３と、各定電流源１２及び１３から供給される定電流源１１の半分の電流ＩＯで駆動される第２の差動対２６、及び第３の差動対２９とで構成される。図１に示した第１の実施形態では、バイポーラ・トランジスタを用いて差動対を構成しているが、図示の例では、ＭＯＳトランジスタを用いて構成している。
【００７６】
定電流源１１からの電流２Ｉｏで駆動される第１の差動対２３を構成する各ＭＯＳトランジスタ２１及び２２のゲートはそれぞれ入力端子７１及び７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００７７】
また、定電流源１１の半分の電流ＩＯである定電流源１２で駆動される第２の差動対２６を構成する一方のＭＯＳトランジスタ２４のゲートには正のオフセット電圧３２が重畳されて入力端子７１に接続され、他方のＭＯＳトランジスタ２５のゲートはそのまま入力端子７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００７８】
また、定電流源１１の半分の電流ＩＯである定電流源１３で駆動される第３の差動対２９を構成する一方のＭＯＳトランジスタ２７のゲートはそのまま入力端子７１に接続され、他方のＭＯＳトランジスタ２８のゲートには負のオフセット電圧３３が重畳されて入力端子７２に接続されている。入力端子７１及び７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００７９】
この実施形態の場合も、上述と同様に図４に示すようなモノサイクル・パルス波形を生成し、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【００８０】
また、図示しないが、図５並びに図７に示した他の実施形態に係るパルス発生回路においても、バイポーラ型ではなくＭＯＳトランジスタを用いて同様に構成することができる。
【００８１】
従来、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として、ガウス分布形状のモノサイクル・パルス（Ｇａｕｓｓｉａｎ  Ｍｏｎｏ  Ｃｙｃｌｅ  Ｐｕｌｓｅ）が使われてきた。ここで、伝送用パルスのスペクトラムの要求条件として以下の２点がある。
【００８２】
（１）ＦＣＣのスペクトラム・マスクの規定では３ＧＨｚ以下は放射できない。
（２）４．９〜５．３ＧＨｚ帯は、５ＧＨｚ無線ＬＡＮがあり、これを避けた方がよい。
【００８３】
この要求を鑑みて、ＵＷＢ通信システムにおける上述したようなスペクトラムの問題を回避するために、図１１に点線で示すようなモノサイクル・パルスのスペクトラムを、５ＧＨｚより上の周波数まで周波数変換して、図１１の実線で示すような単側波帯のスペクトラムを生成すればよいという考察ができる。
【００８４】
モノサイクル・パルスを単側波帯で周波数変換する方法としては、モノサイクル・パルスを５ＧＨｚの余弦波とを乗算した信号から、モノサイクル・パルスをヒルベルト変換した波形を５ＧＨｚの正弦波とを乗算した信号を減算することで容易に得ることができる。
【００８５】
この結果、図１２に示すようなパルス波形が、図１１の実線に示すようなスペクトラムになることがわかった。さらに、図１２のパルス波形を観察すると、振幅の大きな部分は２サイクルのパルス波形になっていることわかる。従って、ＵＷＢ通信システムにおける上述したようなスペクトラムの問題を回避するために、伝送用のインパルス信号として、モノサイクルではなくＮサイクルのパルスを用いるという考え方に到達することができる。
【００８６】
これより、Ｎ（この場合、Ｎ＝２）サイクル・パルスからなるインパルス信号を使用するＵＷＢ通信に関して、以下の事柄が導出される。
【００８７】
（１）３ＧＨｚ以下と５ＧＨｚは最初からほとんどエネルギがないので、ＦＣＣルールや既存の５ＧＨｚ帯を使用する通信システムのことを考慮しても、パルス波形の崩れはあまりなく、エネルギ・ロスも少ない。
（２）比帯域が小さくなることにより、アンテナやＲＦの回路の設計がかなり容易になる。
【００８８】
前述した本発明の第１乃至第４の各実施形態では、モノサイクル・パルスを発生するパルス発生装置について説明してきた。以下で記述する各実施形態では、Ｎサイクル・パルスの一例として２サイクル・パルスを生成するパルス発生装置について説明することにする。
【００８９】
第５の実施形態：
図１３には、本発明の第５の実施形態に係るパルス発生回路を示している。図示のパルス発生回路は、複数の差動対で構成されている。また、図１４には、動作説明のため、各差動対の入力電圧と出力電流の関係を示している。
【００９０】
各図に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、電流源１１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対１２１と、各電流源１１２及び１１３から供給される電流２ＩＯで駆動される第２の差動対１２２及び第３の差動対１２３と、各電流源１１４及び１１５からの定電流１１１の半分電流ＩＯで駆動される第４の差動対１２４及び第５の差動対１２５とで構成される。
【００９１】
電流源１１１で駆動される第１の差動対１２１を構成するトランジスタ１２１Ａと１２１Ｂのベースはそれぞれ入力端子１７１及び１７２に接続されている。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００９２】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２１の出力端子１８０と１８１の差動出力電流ＩＯＵＴ１は、以下の式８に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここで２・ＩＯは電流源１１１の電流値であり、ＶＴは熱電圧である。
【００９３】
【数８】
2004166162.tif 000010
【００９４】
また、電流源１１２で駆動される第２の差動対１２２を構成する一方のトランジスタ１２２Ａのベースには正のオフセット電圧１３１が重畳されて入力端子１７１に接続され、他方のトランジスタ１２２Ｂのベースはそのまま入力端子１７２に接続される。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００９５】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２２の出力端子１８２と１８３の差動出力電流ＩＯＵＴ２は、以下の式９に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここで２・ＩＯは電流源１１２の電流値であり、ＶＫは正のオフセット電圧である。
【００９６】
【数９】
2004166162.tif 000011
【００９７】
また、電流源１１３で駆動される第３の差動対１２３を構成する一方のトランジスタ１２３Ａのベースは入力端子１７１にそのまま接続され、他方のトランジスタ１２３Ｂのベースには負のオフセット電圧１３２が重畳されて入力端子１７２に接続される。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【００９８】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２３の出力端子１８４と１８５の差動出力電流ＩＯＵＴ３は、以下の式１０に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここで２・ＩＯは電流源１１３の電流値であり、−ＶＫは負のオフセット電圧である。
【００９９】
【数１０】
2004166162.tif 000012
【０１００】
また、電流源１１４で駆動される第４の差動対１２４を構成する一方のトランジスタ１２４Ａのベースには正のオフセット電圧１３３が重畳されて入力端子１７１に接続され、他方のトランジスタ１２４Ｂのベースは入力端子１７２にそのまま接続される。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【０１０１】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２４の出力端子１８６と１８７の差動出力電流ＩＯＵＴ４は、以下の式１１に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここでＩＯは電流源１１４の電流値であり、２・ＶＫは正のオフセット電圧である。
【０１０２】
【数１１】
2004166162.tif 000013
【０１０３】
また、電流源１１５で駆動される第５の差動対１２５を構成する一方のトランジスタ１２５Ａのベースは入力端子１７１にそのまま接続され、他方のトランジスタ１２５Ｂのベースには負のオフセット電圧１３４が重畳されて入力端子１７２に接続される。入力端子１７１及び１７２からは、所定の電位差Ｖｉｎを持つ差動信号が入力電圧として印加される。
【０１０４】
入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと差動対１２５の出力端子１８８と１８９の差動出力電流ＩＯＵＴ５は、以下の式１２に示す関係にあり、図１５にその波形を示す。ここでＩＯは電流源１１５の電流値であり、―２・ＶＫは負のオフセット電圧である。
【０１０５】
【数１２】
2004166162.tif 000014
【０１０６】
上記の説明において、図１５に示したグラフではオフセット電圧ＶＫ＝５・ＶＴとしているが、本実施形態ではＶＫは５・ＶＴを中心として２・ＶＴから８・ＶＴの範囲に設定されることを想定している。
【０１０７】
次に、図１３に示すパルス発生回路において、パルスが生成される原理について説明する。
【０１０８】
図１３では、第１、第４及び第５の各差動対１２１、１２４、１２５の出力電流からそれぞれ第２及び第３の差動対１２２及び１２３の出力電流を減ずるような極性で接続されている。
【０１０９】
この接続により、第１、第４及び第５の各差動対１２１、１２４、１２５の差動出力電流の合計から、第２及び第３の差動対１２２及び１２３の差動出力電流が差し引かれるように合成される。したがって、図１６に示すように、入力電圧Ｖｉｎがゼロクロスするときに出力電流にパルスを発生する。また、入力端子１７１−１７２間の入力電圧Ｖｉｎと出力端子１８０と１８１の差動出力電流ＩＯＵＴは以下の式１３に示す関係になる。
【０１１０】
【数１３】
2004166162.tif 000015
【０１１１】
図示の波形は位相変調方式のパルス波形に相当する。したがって、本実施形態によれば、各差動対からなるパルス発生回路を半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【０１１２】
したがって、本実施形態によれば、２サイクル・パルスを生成するパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタからなる差動対で構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【０１１３】
勿論、パルス発生装置を構成する差動対の個数並びにこれらに対応する正負のオフセット電圧重畳部を追加していくことにより、ＵＷＢ伝送のインパルス信号として利用可能な任意のＮサイクル・パルスを発生するパルス発生装置を構成することができる。
【０１１４】
第６の実施形態：
図１７には、本発明の第６の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【０１１５】
図１７に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、電流源１１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対１２１と、各電流源１１２及び１１３から供給される電流２ＩＯで駆動される第２の差動対１２２及び第３の差動対１２３と、各電流源１１４及び１１５からの定電流源１１１の半分の電流ＩＯで駆動される第４の差動対１２４及び第５の差動対１２５とで構成される。
【０１１６】
同図に示す例では、信号源１３５を入力端子１７１と直列に挿入することで、このパルス発生回路全体にオフセット電圧を与えるように構成されている。すなわち、第１乃至第５の差動対１２１，１２２，１２３，１２４，１２５に共通のオフセット電圧を重畳し、信号源１３５の電圧を変化させることにより、パルス位置のシフト機能を追加している。
【０１１７】
信号源１３５の電圧ＶＳを負から正まで変化させることで、図１８に示すようにパルス位置を前後にシフトさせることができる。この結果、高精度のパルス位置変調を実現することができる。
【０１１８】
したがって、本実施形態によれば、２サイクル・パルスを生成するパルス位置変調方式のパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタからなる差動対で構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【０１１９】
勿論、パルス発生装置を構成する差動対の個数並びにこれらに対応する正負のオフセット電圧重畳部を追加していくことにより、ＵＷＢ伝送のインパルス信号として利用可能な任意のＮサイクル・パルスを発生するパルス発生装置を構成することができる。
【０１２０】
第７の実施形態：
図１９には、本発明の第７の実施形態に係るパルス発生回路の構成を示している。
【０１２１】
図１９に示すように、本実施形態に係るパルス発生回路は、電流源１１１からの電流２ＩＯで駆動される第１の差動対１２１と、各電流源１１２及び１１３から供給される電流２ＩＯで駆動される第２の差動対１２２及び第３の差動対１２３と、各電流源１１４及び１１５からの定電流源１１１の半分の電流ＩＯで駆動される第４の差動対１２４及び第５の差動対１２５とで構成される。
【０１２２】
さらに、このパルス発生回路の出力端子１８１と１８２に対して、第６の差動対１４１と第７の差動対１４２で構成される乗算回路が装荷されている。
【０１２３】
パルス発生装置の出力端子１８１で駆動される第６の差動対１４１を構成する一方のトランジスタ１４１Ａのベースは入力端子１７３に接続され、他方のトランジスタ１４１Ｂのベースは入力端子１７４に接続されている。また、パルス発生装置の出力端子１８２で駆動される第７の差動対１４２を構成する一方のトランジスタ１４２Ａのベースは入力端子１７３に接続され、他方のトランジスタ１４２Ｂのベースは入力端子１７４に接続されている。入力端子１７３及び１７４からは、所定の電位差ＶＭを持つ変調信号が入力される。
【０１２４】
第６の差動対１４１と第７の差動対１４２で構成されるこの乗算回路は、２サイクル・パルスの極性を反転させる機能を持つ。この結果、変調信号１６２によって高精度のバイフェーズ変調を行なえるようにしたパルス発生及び変調回路が実現する。
【０１２５】
したがって、本実施形態によれば、２サイクル・パルスを生成するバイフェーズ変調方式のパルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタからなる差動対で構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化及び低電圧動作を実現することができる。
【０１２６】
勿論、パルス発生装置を構成する差動対の個数並びにこれらに対応する正負のオフセット電圧重畳部を追加していくことにより、ＵＷＢ伝送のインパルス信号として利用可能な任意のＮサイクル・パルスを発生するパルス発生装置を構成することができる。
【０１２７】
また、本実施形態に係るパルス発生回路によれば、各差動対に入力電圧を供給する信号源として低い周波数のシンセサイザを利用することができる。通常のＵＷＢパルス発生回路では高周波のシンセサイザ（例えば、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）が必要であるが、図１に示すような回路構成によれば、例えば７００ＭＨｚ程度の低い周波数のシンセサイザを利用することができる。その効果は、低消費電力化、並びに、仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという点にある。
【０１２８】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１２９】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、ＵＷＢ伝送用のインパルス信号として利用される高精度のパルスを発生することができる、優れたパルス発生装置を提供することができる。
【０１３０】
また、本発明によれば、小型化及び半導体集積回路に適した低電圧動作が可能な、優れたパルス発生装置を提供することができる。
【０１３１】
本発明によれば、パルス発生回路をバイポーラ又はＭＯＳトランジスタで構成することができるので、半導体集積回路により構成して小型化を実現することができる。また、従来例に見られるような高電圧が不要なので、３Ｖ以下の低電圧動作が可能になる。
【０１３２】
また、第３及び第７の実施形態に示したように、乗算回路を装荷することにより、バイフェーズ変調が容易に可能であり、さらに第２及び第６の実施形態に示したようにパルス位置を前後にシフトさせることが可能なので、パルス位置変調を実現することが可能である。
【０１３３】
また、本発明によれば差動信号を入力する入力部として低い周波数のシンセサイザを使用することができる。すなわち、通常のＵＷＢパルス発生回路では高周波のシンセサイザ（例えば、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）が必要であるのに対して、本発明によれば、例えば７００ＭＨｚ程度の低い周波数のシンセサイザを利用することができる。その効果は、低消費電力化、並びに、仮に漏洩が生じてもフィルタで容易に低減させることができるという点にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図２】図１に示したパルス発生回路を構成する各差動対の入力電圧と出力電流の関係を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るパルス発生回路の各差動対からの出力波形を示した図である。
【図４】図１に示したパルス発生回路を構成する各差動対の出力電流を合成して得られる回路出力波形を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るパルス発生回路の出力波形を示した図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るパルス発生回路の出力波形を示した図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図１０】モノサイクル・パルス波形を示した図である。
【図１１】従来のモノサイクル・パルスのスペクトラム、及び５ＧＨｚより上に周波数変換した単側波帯のスペクトラムを示した図である。
【図１２】図１１に示した、単側波帯のスペクトラムの時間波形を示した図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図１４】図１３に示したパルス発生回路を構成する各差動対の入力電圧と出力電流の関係を示した図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係るパルス発生回路の各差動対からの出力波形を示した図である。
【図１６】１３に示したパルス発生回路を構成する各差動対の出力電流を合成して得られる回路出力波形を示した図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態に係るパルス発生回路の出力波形を示した図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態に係るパルス発生回路を示した図である。
【符号の説明】
１１，１２，１３…定電流源
２３…第１の差動対
２６…第２の差動対
２９…第３の差動対
３２…正のオフセット電圧
３３…負のオフセット電圧
３４…信号源
４３…第４の差動対
４６…第５の差動対
６２…変調信号
７１，７２…入力端子
８１，８２…出力端子
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５…定電流源
１２１…第１の差動対
１２２…第２の差動対
１２３…第３の差動対
１２４…第４の差動対
１２５…第５の差動対
１２６…第６の差動対
１２７…第７の差動対
【図１】
2004166162.tif 000016
【図２】
2004166162.tif 000017
【図３】
2004166162.tif 000018
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004166162.tif 000023
【図９】
2004166162.tif 000024
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004166162.tif 000028
【図１４】
2004166162.tif 000029
【図１５】
2004166162.tif 000030
【図１６】
2004166162.tif 000031
【図１７】
2004166162.tif 000032
【図１８】
2004166162.tif 000033
【図１９】
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