(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス形状のサンプリング信号が供給される非線形要素を有し、出力信号を生成するために該非線形要素によってサンプリングを作動させる、広帯域の周期的入力信号を逐次サンプリングするサンプリング回路において、
前記非線形要素として第１の電界効果トランジスタ（１２）を設けると共に、
該第１の電界効果トランジスタ（１２）のソース端子（１８）にて、前記出力信号の出力結合が行われ、
さらに、第２の電界効果トランジスタ（２２）がダミーとして付加的に接続されており、
前記第２の電界効果トランジスタ（２２）のドレイン端子（２３）には、インピーダンス（２４）が接続されることを特徴とするサンプリング回路。
【請求項２】
前記第２の電界効果トランジスタ（２２）のドレイン端子（２３）に接続されるインピーダンス（２４）は、前記第１の電界効果トランジスタ（１２）のドレイン端子（１１）に接続されるインピーダンスと等しいことを特徴とする請求項１記載のサンプリング回路。
【請求項３】
前記第１及び第２の電界効果トランジスタ（１２，２２）には、同じサンプリング信号が供給されることを特徴とする請求項１又は２記載のサンプリング回路。
【請求項４】
前記第１及び第２の電界効果トランジスタ（１２，２２）は、同じゲートバイアスで制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のサンプリング回路。
【請求項５】
サンプリング信号の給電は、終端インピーダンス（２６）により無反射終端されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のサンプリング回路。
【請求項６】
前記第１及び第２の電界効果トランジスタ（１２，２２）の出力信号は、差動増幅器（２７）に供給されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のサンプリング回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス形状のサンプリング信号が供給される非線形要素を有し、出力信号を生成するために該非線形要素によってサンプリングを作動させる、広帯域の周期的入力信号を逐次サンプリングするサンプリング回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
広帯域信号又は時間的に迅速に変化する信号経過の検出は、非常に大きな技術的コストのかかるリアルタイムサンプリングによってのみ実行される。典型的なアプリケーションは、パルスレーダによる十分なレベルの測定であるが、その技術的に難しい点は、レーダ信号の走行時間の正確な測定にある。１ｍｍの距離測定精度に関して、約６ｐｓの時間測定精度が必要である。リアルタイムサンプリングの代わりのものとしては、シーケンシャルサンプリングがある。シーケンシャルサンプリングは、低いサンプリングレートで処理されるが、周期的信号のために使用することに制限される。リアルタイムサンプリングと対比して、信号周期毎に、一つのサンプリング値が記録される。そして、サンプリングされるべき高速信号は、複数の個別のサンプリングポイントから再構成される。このサンプリング方法は、結果として入力信号の周波数変換が生じるので、このプロセスは、ハーモニックミキシングとして解釈される。
【０００３】
サンプリング回路の従来の装置が、図１に示される。サンプリングされるべき入力信号は、送受信ラインを介して逆並列に配置された２つのスイッチングダイオード２，３に供給される。逆並列に配置された２つのスイッチングダイオード２，３は、最初に逆方向に印加されるＤＣバイアスによって、アイドル状態に制御される。本来のサンプリングプロセスの間、パルス状のサンプリング信号ｓ１（ｔ）及びそれに対して逆方向のサンプリング信号ｓ２（ｔ）は、前記スイッチングダイオード２，３を導通するように切り換えるので、サンプリングされるべき入力信号Ｕｃ（ｔ）の供給と前記スイッチングダイオード２，３に後置接続された２つのサンプリングコンデンサ４，５の間の区間は、短い時間、低抵抗になる。パルス状サンプリングパルスから生じるコンデンサ４，５の充電電荷は、抵抗６，７を介して放電する。サンプリングコンデンサ４，５が２つのサンプリングプロセスの間に、十分に放電するという前提に基づいて、サンプリングされる入力信号のサンプリング点は、基本的に、サンプリングコンデンサ４，５を支配する平均電圧Ｕｓ（ｔ）から生じる。もし、ｓ１（ｔ）＝−ｓ２（ｔ）の関係が、２つのサンプリング信号の間に生ずるならば、ノード８，９は、これらの信号に関するバーチャルな接地点と見なすことができる。その結果として、理想的な場合において、これらのノード８，９でのサンプリング信号は、相互にキャンセルされるので、中間周波数路と信号路におけるサンプリング信号のクロストークは阻止され、回路の平衡が達成される。
【特許文献１】特開平７−６６７２７号公報
【特許文献２】特開平１０−１６４４４２号公報
【特許文献３】特開２００２−２６１６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この問題を解決するために、本発明の目的は、経済的で、技術的に耐久性があり、多方面で且つ簡単な方法で使用可能であるサンプリング回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
広帯域の周期的入力信号のシーケンシャルサンプリングのための上述したサンプリング回路からさらに進んで、この目的は、非線形要素として第１の電界効果トランジスタを設けると共に、第１の電界効果トランジスタのソース端子にて、出力信号の出力結合が行われ、さらに、第２の電界効果トランジスタがダミーとして付加的に接続されており、第２の電界効果トランジスタのドレイン端子には、インピーダンスが接続されることによって達成される。
【０００６】
それゆえに、本願発明によれば、電界効果トランジスタは、サンプリングを活性化するために使用され、そのため、パルス状サンプリング信号が、サンプリングされるべき入力信号を検出する時に、サンプリングされた信号として出力信号を形成することができる。その際、それは、電界効果トランジスタが、ゲートとドレインの間を本質的に減結合を維持するので、電界効果トランジスタを適切に接続した際、サンプリング信号は、信号路又は中間周波数路のどちらにも伝わることがない。電界効果トランジスタを有するサンプリング回路の別の利点は、信号がゲートで整流されることから、本質的なノイズバランスにある。
【０００７】
これによって、サンプリング回路の本質的なノイズバランスにより制御信号と出力信号の本質的な減結合が得られる。異なるタイプの電界効果トランジスタ（ｎチャンネル／ｐチャンネル）の選択は、単極性のサンプリングパルスの極性に関する自由度及びサンプリングされる入力信号に対して異なる出力インピーダンスを実現させる。
【０００８】
基本的に、入力信号又はサンプリングシングの供給には、いろいろな方法がある。しかしながら、この発明の有利な実施例によれば、入力信号は、電界効果トランジスタのドレイン端子に供給される。さらに、この発明の有利な実施例によれば、サンプリング信号は、電界効果トランジスタのゲート端子に供給される。
【０００９】
この発明の有利な実施例によれば、電界効果トランジスタのドレイン端子に、前記出力信号の出力結合が行われる。さらに、入力信号の供給が、フィルタ装置によって出力信号の出力結合から分離されることが好ましい。供給側にはハイパスフィルタが用いられ、及び／又は出力結合側には、ローパスフィルタが用いられる。磁気シールドされたインダクタンスを有する多段のＬＣフィルタを用いることが特に好ましい。
【００１０】
本発明によれば、電界効果トランジスタのソース端子にて、出力信号の出力結合が行われる。好ましくは、前記電界効果トランジスタのドレイン端子は、静電容量を介してＤＣ減結合がなされる。さらに、入力信号を、Π型減衰器が挿入された送受信ラインを介して電界効果トランジスタに供給すると有利である。さらにまた、出力結合側には、特にＲＣフィルタチェーンの形のフィルタ装置を設けると有利である。最後に出力結合側には、別の蓄積コンデンサを設けると有利である。
【００１１】
最後に述べる本願発明の有利な実施例において、「ダミー」として接続される付加的な電界効果トランジスタが設けられる。この方法において、回路構造は、上記された回路の拡大したものを構成する。それは、それぞれに電界効果トランジスタを有する同一の構造をした２つの個々の回路であり、全体の回路の出力信号は、２つの個々の回路の中間周波数信号の差から形成される。一つの固有の回路が上述したように形成され且つ制御されると同時に、別の回路の電界効果トランジスタが、「ダミー」として接続される。前記付加的な電界効果トランジスタのドレイン端子は、負荷インピーダンスと同一のインピーダンスで負荷され、これによって、他の電界効果トランジスタには、信号路によってドレイン端子に負荷される。さらに、２つの電界効果トランジスタには、同じサンプリング信号が供給される。また、２つの電界効果トランジスタは、同じゲートバイアス電圧で制御されると有利である。
【００１２】
特に、広帯域の周期的入力信号の逐次サンプリングを行うため、本発明においてサンプリング回路を種々構成し改良し且つ発展させるための複数の可能性が存在する。これについて、請求項１に従属する請求項及び図面を参照して本発明の有利な実施例を次に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本願発明の好ましい実施例に係る下記するサンプリング回路は、それぞれ、例えばドレイン−ソース電圧の条件なしに、受動的に制御されるショットキー接点を有するＧａＡｓ（ガリウムヒ素）接合形ゲート電界効果トランジスタを有する。大変良好な大きな信号特性に加えて、この方法において回路の絶対的安定性が達成される。狭帯域中間周波数信号Ｕｓ（ｔ）への広帯域入力信号Ｕｃ（ｔ）の実際のサンプリング又は周波数変換は、パルス状サンプリング信号ｓ（ｔ）による非線形電圧依存ドレイン−ソースチャネル抵抗の変調によって実行される。
【００１４】
図２は、本発明の参考例に係るサンプリング回路を示す。サンプリングされるべき入力信号は、送受信ライン１０を介してサンプリング回路に供給される。サンプリングされるべき入力信号は、電界効果トランジスタ１２のドレイン端子１１に供給される。また、サンプリング信号ｓ（ｔ）は、電界効果トランジスタ１２のゲート端子に供給される。印加されるＤＣバイアス電圧ＵＤＣとの組合せにおいて、サンプリング信号は、周期的にドレイン−ソースのチャネル抵抗を制御し、サンプリングされるべき入力信号Ｕｃ（ｔ）の作動点を決定する。電界効果トランジスタ１２のＤＣ作動点は、一般的にゲート端子１３に印加されるバイアスを介して選択され、コンデンサ１４を介して供給されるサンプリング信号との組合せにおいて、開チャネル閉チャネル間のチャネルの変調が行われる。
【００１５】
さらに、電界効果トランジスタ１２のチャネルドーピングと組合せてＤＣバイアス及びサンプリング信号のパルスの極性を選択することによって、ドレイン−ソース領域の時間平均インピーダンス及びこれによる回路の出力インピーダンスが、決定される。もし、電界効果トランジスタ１２のゲート１３が、例えばｎ−ドーピングチャネルにおいて負のバイアスがかけられ、且つサンプリング信号の極性がプラスに選択された場合、ドレイン−ソース区間は、サンプリング信号の短いパルス間隔の間だけ低い抵抗となり、時間平均において高抵抗となり、数キロオームの高い抵抗となる。
【００１６】
一方、時間平均においてサンプリング信号の負のパルスと組合わせると僅かだけ正のＤＣバイアス電圧は、数オームの範囲のドレイン−ソース区間の低い抵抗を生じさせる。回路の極性選択及びそれと関連する出力インピーダンスの決定は、回路の効率に直接的に影響しないが、むしろ意図するアプリケーションに依存する。例えば、低抵抗の出力インピーダンスの実現は、低いチャネル抵抗にわたって、ＤＣ部分として中間周波数信号に重畳され、電荷蓄積が形成されることがないから、場合によって要求されるかもしれない中間周波数信号のＤＣ結合された出力結合の代わりにほぼＤＣ分のない出力信号を得ることを可能にする。
【００１７】
サンプリングされるべき入力信号Ｕｃ（ｔ）の供給と、サンプリングされた信号、いわゆる出力信号Ｕｓ（ｔ）の出力結合が、電界効果トランジスタ１２のドレイン端子１１で行われる。ここで、２つの信号は、フィルタ装置１５によって相互に分離される。入力信号の供給側には、ハイパスフィルタ１６が設けられ、サンプリングされた信号の出力結合側には、ローパスフィルタ１７が設けられる。この回路点での場合により生ずる磁気結合を抑制するために、磁気シールドされたインダクタンスを有する多段ＬＣフィルタが使用される。
【００１８】
図３は、本発明の第２参考例のサンプリング回路を示す。この発明の第１参考例と比較して回路の構成を僅かに変形することによって、出力信号から入力信号を分離するために必要なフィルタ装置を単純化することができる。電界効果トランジスタ１２のドレイン端子１１はフィルタを使用することなく直接送受信ラインに接続されると同時に、電界効果トランジスタ１２のソース端子１８に、出力信号のタップを設ける。本発明のこの実施例において、回路の入力マッチングを改善するためにΠ型減衰器１９が、前記送受信ラインに設けられている。
【００１９】
上述したように、もし電界効果トランジスタ１２のゲート端子１３のバイアスが、負に選択され、サンプリング信号のパルスの極性が正に選択されれば、サンプリング信号のパルス期間において、ドレイン−ソース区間のチャネル抵抗は、低抵抗となるので、ソース端子１８に接続された蓄積コンデンサ２０は、Ｕｃ（ｔ）の瞬間的な電圧の一部分で充電される。サンプリング期間の残りの時間の間、前記チャネルは、高抵抗であるので、サンプリングされる入力信号Ｕｃ（ｔ）から中間周波数は、隔離されている。中間周波数信号にソース端子で重畳される僅かな高い周波数の信号部分を抑制するために、簡単なＲＣフィルタ回路２１が用いられる。このＲＣフィルタにおいて、望ましくない磁気的電気的放射の入射に対して、不感であることに利点があるので、望ましくない信号の入射を防止することができる。
【実施例】
【００２０】
図４は、本発明の実施例に係るサンプリング回路を示す。ここでは、図３に示される回路を多少拡張したものを示すものであり、付加的な電界効果トランジスタ２２を設けるものである。２つの電界効果トランジスタ１２，２２を有するこの回路は、同一の構造を有する２つの個別の回路から構成され、全体の回路の出力信号は、２つの個別の回路の中間周波数信号の差から形成され、そのために差動増幅器２７が設けられる。図４に示される本発明の実施例の全体回路の上方の個別回路は、図３に示される上述した回路に対応する。しかしながら、下方の回路の電界効果トランジスタ２２は、「ダミー」として接続されている。すなわち、付加的な電界効果トランジスタ２２のドレイン端子２３には、電界効果トランジスタ１２が信号路を経て前記ドレイン端子にかかる負荷インピーダンスと同一のインピーダンス２４で負荷されている。
【００２１】
前記電界効果トランジスタ１２，２２の同一の負荷側接続に加えて、２つの回路が、同一のサンプリング信号及び同一のゲートバイアスで制御される。図示されるように、これは、サンプリング信号のパルスは電界効果トランジスタ１２，２２の２つのゲート１３，２５を経て通過し、終端インピーダンスでの無反射終端されることを意味する。２つの電界効果トランジスタ１２，２２の同一の接続及び制御によって、それぞれの回路の中間周波数信号Ｕｓ１（ｔ）及びＵｓ２（ｔ）の直流成分は、同様に同一であるので、ＤＣフリー中間周波数信号Ｕｓ（ｔ）は、結果としてＵｓ１（ｔ）−Ｕｓ２（ｔ）の差から生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ダイオードを逆並列に接続した従来のサンプリング回路のブロックズである。
【図２】本発明の参考例に係るサンプリング回路のブロック図である。
【図３】本発明の参考例に係るサンプリング回路のブロック図である。
【図４】本発明の実施例に係るサンプリング回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  送受信ライン
２，３  スイッチングダイオード
４，５  サンプリングコンデンサ
６，７  抵抗
８，９  ノード
１０  送受信ライン
１１  ドレイン端子
１２  電界効果トランジスタ
１３  ゲート端子
１４  コンデンサ
１５  フィルタ装置
１６  ハイパスフィルタ
１７  ローパスフィルタ
１８  ソース端子
１９  Π型減衰器
２０  蓄電コンデンサ
２１  ＲＣフィルタカスケード
２２  電界効果トランジスタ
２３  ドレイン端子
２４  インピーダンス
２５  ゲート端子
２７  差動増幅器
【図１】
0004457086.tif 000002
【図２】
0004457086.tif 000003
【図３】
0004457086.tif 000004
【図４】
0004457086.tif 000005