(57)【要約】【課題】制御範囲が広く、高周波信号の挿入損失が小さく、かつ線形性の良い減衰特性が得られるＰＩＮダイオード減衰器駆動回路を得る。【解決手段】減衰器のＰＩＮダイオードの固定損失分に対応したオフセット電圧（２７）を外部制御信号（３０）に付与したバイアス電圧を、ＰＩＮダイオード１に供給し、また減衰器の最大減衰量となるように固定的なバイアス電圧をＰＩＮダイオード２に供給し、これ等ＰＩＮダイオード１，２の出力差を演算増幅器４で検出し、この出力差と制御信号の反転信号との差を演算増幅器６で検出する。そして、この差と制御信号との差を演算増幅器７で演算して、減衰器を構成するＰＩＮダイオードのバイアスとして供給駆動するようにする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの制御信号に応じて信号を減衰するＰＩＮダイオードからなる減衰器の駆動回路であって、
前記制御信号に所定オフセット電圧を付与したバイアス電圧が供給された第一のＰＩＮダイオードと、
前記減衰器の最大減衰量となるように固定的にバイアス電圧が供給された第二のＰＩＮダイオードと、
前記第一及び第二のＰＩＮダイオードの出力差を演算する第一の演算増幅器と、
前記制御信号の反転信号と前記第一の演算増幅器の出力との差を演算する第二の演算増幅器と、
前記制御信号と前記第二の演算増幅器の出力との差を演算する第三の演算増幅器と、
を含み、この第三の演算増幅器の出力を前記減衰器を構成するＰＩＮダイオードの駆動電圧とすることを特徴とするＰＩＮダイオード減衰器駆動回路。
【請求項２】
前記第一及び第二のＰＩＮダイオードは、前記減衰器を構成するＰＩＮダイオードと同一特性を有することを特徴とする請求項１記載のＰＩＮダイオード減衰器駆動回路。
【請求項３】
前記所定オフセット電圧は、前記減衰器を構成するＰＩＮダイオードの固定損失分に相当する電圧であることを特徴とする請求項１または２記載のＰＩＮダイオード減衰器駆動回路。
【請求項４】
前記制御信号を前記所定オフセット電圧を付与しつつ増幅して、前記第一のＰＩＮダイオードに対して前記バイアス電圧として供給する第四の演算増幅器を、更に含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のＰＩＮダイオード減衰器駆動回路。
【請求項５】
前記制御信号を反転増幅して前記第二の演算増幅器へ供給する第五の演算増幅器を、更に含むことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のＰＩＮダイオード減衰器駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＩＮダイオード減衰器駆動回路に関し、特に高周波信号を外部からの制御信号に応じて減衰制御するＰＩＮダイオードの駆動バイアス電圧を発生するＰＩＮダイオード減衰器駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＩＮダイオードアッテネータ（減衰器）には、減衰特性にダイオードの特性である非線形領域が存在し、バイアス電圧の変化量に対して減衰量の変化が一定にならない領域が存在する。そのために、外部から制御信号を与えて減衰量制御する可変制御減衰器においては、ダイオードの特性から線形となる領域で制御を行うのが一般的である。
【０００３】
また、演算増幅器の帰還回路部分に、減衰器を構成するＰＩＮダイオードと同じ特性を有するＰＩＮダイオードと抵抗とを用いて、この抵抗の抵抗値とＰＩＮダイオードの入力インピーダンスとの関係を最適値に合わせることによって、制御信号に対して電圧減衰比が直線的に変化する減衰特性を得る回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、減衰器を構成するＰＩＮダイオードの固定損付近の非線形領域を用いないよう、制御範囲をあらかじめオフセットして、制御信号と減衰量の線形性を得る回路も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−５３０１５号公報（第２〜３頁、第１図）
【０００６】
【特許文献２】
特開平３−１５５２１０号公報（第２頁、第１，２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来行われている線形領域のみ使用する方法や、特許文献２に開示されている方法では、ＰＩＮダイオードの線形領域のみを主に使用することになるため、減衰特性を制御する範囲が狭いという欠点が生じ、また、ＰＩＮダイオードに一定の減衰量をあらかじめ与える必要があるため、高周波信号伝送における損失が増加してしまうという欠点が生じる。
【０００８】
また、特許文献１に開示されている方法では、演算増幅器の帰還回路部分にＰＩＮダイオードを用いているため、回路構成素子である抵抗の値を最適にする必要があり、また、最適値を求めるために事前に高周波回路部分の特性インピーダンスを正確に求める必要があるという欠点があった。
【０００９】
本発明の目的は、制御範囲が広く、高周波信号の挿入損失が小さく、かつ、線形性の良い減衰特性が得られるＰＩＮダイオード減衰器駆動回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＰＩＮダイオード減衰器駆動回路は、外部からの制御信号に所定オフセット電圧を付与したバイアス電圧が供給された第一のＰＩＮダイオードと、減衰器の最大減衰量となるように固定的にバイアス電圧が供給された第二のＰＩＮダイオードと、前記第一及び第二のＰＩＮダイオードの出力差を演算する第一の演算増幅器と、前記制御信号の反転信号と前記第一の演算増幅器の出力との差を演算する第二の演算増幅器と、前記制御信号と前記第二の演算増幅器の出力との差を演算する第三の演算増幅器とを含み、この第三の演算増幅器の出力を前記減衰器を構成するＰＩＮダイオードの駆動電圧とすることを特徴とする。
【００１１】
本発明の作用を述べる。減衰器のＰＩＮダイオードの固定損失分に対応したオフセット電圧を外部制御信号に付与したバイアス電圧を第一のＰＩＮダイオードに供給し、また減衰器の最大減衰量となるように固定的なバイアス電圧を第二のＰＩＮダイオードに供給し、これ等第一及び第二のＰＩＮダイオードの出力差を検出し、この出力差と制御信号の反転信号との差を検出する。そして、この差と制御信号との差を演算して、減衰器を構成するＰＩＮダイオードのバイアスとして供給駆動するようにする。
【００１２】
こうすることにより、制御信号のレベルが低い領域、すなわち、減衰用ＰＩＮダイオードの固定損失付近の非線形領域では、減衰用ＰＩＮダイオードへの供給バイアス電圧の変化量は大きくなり、また減衰用ＰＩＮダイオードの減衰量が線形特性を示す領域では、当該供給バイアス電圧の変化量も線形特性を示すことになり、固定損失領域付近を含んで、広い範囲で線形特性を得ることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実施例を示す回路図である。図１において、入力端子３０から、図示せぬ高周波信号減衰器を構成するＰＩＮダイオードの減衰量を制御する外部制御信号が印加され、出力端子３１から、この外部制御信号に応じて変化する電圧が出力される。この出力端子３１からの出力電圧が、図示せぬ減衰器を構成するＰＩＮダイオードのバイアス電圧となる。よって、図１に示す回路は、ＰＩＮダイオード減衰器駆動回路として動作することになる。
【００１４】
入力端子３０からの制御信号に対して、所定のオフセット電圧を与える電圧源２７及び抵抗８〜１０が設けられており、このオフセット電圧が付与された外部制御信号は演算増幅器３へ入力されて増幅される。抵抗１１，１２は帰還抵抗である。この増幅出力は抵抗１３を介して、ＰＩＮダイオード１のバイアスとして、そのアノードへ供給されている。このダイオード１のカソードは接地されている。このオフセット電圧値は、減衰器を構成するＰＩＮダイオードの固定損失分に相当する値であるものとする。
【００１５】
また、第２のＰＩＮダイオードが設けられており、このダイオード２のバイアスとして、電圧源２９が抵抗１４を介してそのアノードへ供給されている。このダイオード２のカソードは接地されている。このダイオード２は、ＰＩＮダイオード減衰器の最大減衰量を設定するものであり、電圧源２９はそのために固定的に設定された電圧値を発生する。これ等ダイオード１，２は減衰器を構成するＰＩＮダイオードと同一特性のものが選定される。
【００１６】
これ等２つのダイオード１及び２のアノード出力電圧は、抵抗１６及び１５を介して演算増幅器４の逆相（−）及び正相（＋）入力へ、それぞれ印加され、差電圧が導出される。抵抗１７は演算増幅器４の帰還抵抗である。この差電圧は抵抗２２を介して演算増幅器６の正相（＋）入力となっている。
【００１７】
入力端子３０からの制御電圧は、演算増幅器５により反転増幅される。抵抗１８〜２０及び電圧源２８はこの増幅器５のバイアスや増幅率を決定するための素子である。この反転出力は抵抗２１を介して、先の演算増幅器６の逆相（−）入力となる。なお、抵抗２３は増幅器６の帰還抵抗である。
【００１８】
この演算増幅器６により、増幅器４と５の差電圧が演算増幅され導出され、抵抗２４を介して演算増幅器７の逆相（−）入力へ印加される。その正相（＋）入力には、入力端子３０からの制御信号が抵抗２５を介して印加されている。なお、抵抗２６は増幅器７の帰還抵抗である。この増幅器７により、制御信号と増幅器６の出力との差が演算増幅されて、出力端子３０へ導出され、図示せぬ減衰器のＰＩＮダイオードを駆動するバイアス電圧として用いられる。
【００１９】
この図１に示したＰＩＮダイオード減衰器駆動回路は、入力端子３０に印加される正の制御電圧に応じて、ＰＩＮダイオード減衰器の減衰量が正の電圧で増加するような制御態様を提供することができる。
【００２０】
以下に、図１に示した回路の動作について説明する。入力端子３０からの入力制御信号に応じて、出力端子３１のＰＩＮダイオード減衰器への供給バイアス電圧が変化することになる。一般的に、ＰＩＮダイオード減衰器は、半導体の特性上、その動作に非線形領域が存在する。図２、図３は、このＰＩＮダイオード減衰器に関し、ある周波数におけるバイアス条件と減衰量とを測定したものであり、図２はその順方向電圧と減衰量との関係を、図３はその順方向電流と減衰量との関係を、それぞれ示している。
【００２１】
図２からも判るように、順方向バイアス電圧が低いときには、減衰量も小さく、また電圧変化による減衰量の変化も少ない。また、順方向電圧が線形領域よりも高くなると、同様に、電圧変化による減衰量の変化も少ない。ちなみに、図２、図３の測定結果から、電流変化に対する順方向電圧変化をグラフ化すると、図４のようになる。
【００２２】
入力端子３０からは、ＰＩＮダイオード減衰器の減衰量を制御するために、減衰量に対して一次関数で変化する制信号が入力される。この制御信号の範囲を０Ｖから動作させるために、演算増幅器３とその周辺のバイアス抵抗８〜１２、電圧源２７とにより、ＰＩＮダイオード減衰器の固定損失分（図２参照）に相当するオフセット電圧を与える。演算増幅器３の出力は抵抗１３を介してＰＩＮダイオード１へ電流を供給することになる。従って、ＰＩＮダイオード１は制御信号に対して非線形な動作も含めたバイアス条件が与えられることになる。
【００２３】
一方、ＰＩＮダイオード２には、電圧源２９と抵抗１４とにより、固定バイアスが与えられている。この固定バイアス値は、ＰＩＮダイオード減衰器の最大動作点になる様に予め設定される。従って、これ等ＰＩＮダイオード１，２の制御電圧に対して発生される電圧（アノード電圧）である順電圧は、図５の様な関係となる。演算増幅器４は両者の差電圧を増幅して増幅器６の正相（＋）入力とする。図６に示す曲線が制御入力電圧に対する当該差電圧の変化を示している。
【００２４】
また、入力端子３０からの制御信号は、演算増幅器５により反転増幅されて増幅器６の逆相（−）となる。図６に示す直線が制御入力電圧に対する反転増幅出力の変化を示している。従って、これ等図６に示した２つの電圧を入力とする演算増幅器６の出力は、図７の増幅器７の−入力電圧として示す曲線となり、よってこの増幅器７の出力は図７の増幅器７の出力電圧として示す曲線となる。これはそのままＰＩＮダイオード減衰器のバイアスとして供給されることになる。
【００２５】
この図７に示すように、制御信号のレベルが低いときには、すなわち減衰器のＰＩＮダイオードの固定損失付近の領域では、出力電圧の変化量が大きく、減衰量が線形特性を示す領域では、電圧の変化量も線形特性を示すことになる。これ等の特性から、ＰＩＮダイオード減衰器の制御電圧に対する減衰特性は図８、図９に示す如くなり、固定損失領域でも、線形特性を得ることが可能になる。また、図９は従来のＰＩＮダイオード減衰器の制御動作範囲と、本発明におけるそれとを比較して示したものである。
【００２６】
上記実施例では、外部制御信号が正電圧の場合であったが、負電圧の場合にも同様に適用可能である。この場合には、各演算増幅器の正逆相の接続を逆にする必要があり、当業者にとっては自明のことである。また、ＰＩＮダイオード減衰器のバイアスが負電圧で行われる場合、更には制御電圧を減衰量との関係が、制御電圧の増加に対して減衰量を減少させる場合にも、同様に適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のべたように、本発明によれば、２つのＰＩＮダイオードを設けて、一方を制御信号によりバイアス条件がが変化するよう構成し、他方を制御信号によらず固定バイアスを印加するよう構成し、これ等ＰＩＮダイオードの出力電圧の差分を演算増幅して、この差分に応じてＰＩＮダイオード減衰器のバイアス電圧として用いることにより、広範囲に亘り減衰量を線形に制御できるようになるという効果がある。
【００２８】
また、ＰＩＮダイオードの固定損失付近の非線形領域も、線形範囲とすることができるので、高周波信号の損失の低減が可能となり、高周波信号伝送回路の効率も高めることが可能となるという効果もある。更に、ＰＩＮダイオード減衰器駆動回路内のＰＩＮダイオードを、当該減衰器と同一構造体内部に実装することにより、ＰＩＮダイオードの温度変化に対して自動的に補正されるようになるので、温度変化に対して安定な制御特性が得られるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の回路図である。
【図２】ＰＩＮダイオード減衰器の順方向電圧対減衰量特性図である。
【図３】ＰＩＮダイオード減衰器の順方向電流対減衰量特性図である。
【図４】ＰＩＮダイオード減衰器の順方向電流対順方向電圧特性図である。
【図５】図１のＰＩＮダイオード１，２の制御入力電圧対バイアス設定値を示す図である。
【図６】図１の演算増幅器６の入力電圧特性図である。
【図７】図１の演算増幅器７の入出力電圧特性図である。
【図８】本発明によるＰＩＮダイオード減衰器の減衰量変化特性図である。
【図９】従来のＰＩＮダイオード減衰器の制御動作範囲と本発明によるＰＩＮダイオード減衰器の制御動作範囲との比較図である。
【符号の説明】
１，２　ＰＩＮダイオード
３〜７　演算増幅器
２７〜２９　バイアス電圧源
３０　入力端子
３１　出力端子
【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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【図８】
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【図９】
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