(57)【要約】【課題】  サンプラ回路の入力周波数信号について、広帯域にわたって周波数変換損失を良好な特性に維持することができるサンプラ回路を実現する。【解決手段】  ローカル信号の高調波で所定のパルス幅を有するサンプル周波数信号を生成する第１回路と、前記サンプル周波数信号により入力周波数信号をサンプルし、前記サンプル周波数信号と前記入力周波数信号の差分周波数信号を出力する第２回路を有するサンプラ回路において、前記パルス幅を変更するパルス幅変更手段を備える。【選択図】                    図１
2007013296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカル信号の高調波で所定のパルス幅を有するサンプル周波数信号を生成する第１回路と、前記サンプル周波数信号により入力周波数信号をサンプルし、前記サンプル周波数信号と前記入力周波数信号の差分周波数信号を出力する第２回路を有するサンプラ回路において、
前記パルス幅を変更するパルス幅変更手段を備えたことを特徴とするサンプラ回路。
【請求項２】
パルス幅変更手段は、前記入力周波数信号の周波数に応じて前記パルス幅を変更することを特徴とする請求項１に記載のサンプラ回路。
【請求項３】
前記第１回路は、ステップリカバリダイオードを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のサンプラ回路。
【請求項４】
前記第２回路は、ショットキバリアダイオードを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のサンプラ回路。
【請求項５】
前記パルス幅変更手段は、バラクタダイオードを備え、制御電圧による等価容量の変更により、前記パルス幅を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のサンプラ回路。
【請求項６】
前記パルス幅変更手段は、前記入力周波数信号に応じて前記制御電圧を変更することを特徴とする請求項５に記載のサンプラ回路。
【請求項７】
前記パルス幅変更手段は、前記入力周波数信号を生成するためのドライブ信号周波数に応じて前記制御電圧を変更することを特徴とする請求項５又は６に記載のサンプラ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローカル信号の高調波で所定のパルス幅を有するサンプル周波数信号を生成する第１回路と、前記サンプル信号により入力周波数信号をサンプルし、前記サンプル周波数信号と前記入力周波数信号の差分周波数信号を出力する第２回路を有するサンプラ回路に関し、サンプリング変換効率を広帯域にわたって最適化し、使用周波数帯域を広げることを目的としている。
【背景技術】
【０００２】
サンプラ回路に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５９６０１号公報
【０００４】
特許文献１の発明は、信号リサンプル部とクロック生成部からなるサンプリングレート変換装置に関するものであり、信号リサンプル部の前置サンプラは入力信号をその最高周波数の２倍以上の繰り返し周波数の出力クロックでリサンプリングし、ＬＰＦで所定の上限遮断周波数以下の周波数成分をろ波し、出力サンプラでＬＰＦの出力を第２のクロックでリサンプリングする。クロック生成部は１／Ｌ分周器と、１／Ｌ分周器の出力と１／Ｍ分周器の出力を位相比較する位相検波器と、位相検波器の出力により、出力発信周波数が制御されるＶＣＯと、ＶＣＯの出力信号の出力信号の繰り返し周波数を１／Ｎ倍に分周して出力クロックを出力する１／Ｎ分周器を備える。位相検波器とＶＣＯと１／Ｍ分周器によるフィードバックループ回路はＰＬＬ回路を構成しており、このＰＬＬ回路の出力が前置サンプラに供給され、１／Ｎ分周器の出力が出力サンプラに供給されることにより、構成が簡単で、ロジック量を大幅に削減でき、全体として大幅なロジック圧縮を実現している。
【０００５】
図６は、従来のサンプラ回路をフィードバックループに有する位相比較型の周波数信号発生装置の構成例を示す機能ブロック図である。１はサンプラ回路であり、第１回路１１及び第２回路１２を備える。
【０００６】
第１回路１１は、ローカル信号入力端子１３を介してローカル発振器２から周波数ＬＦのローカル周波数信号を入力し、所定のパルス幅を有するＮ倍の高調波Ｎ・ＬＦのサンプル周波数信号を生成して第２回路１２に渡す。
【０００７】
第２回路１２は、ＲＦ信号入力端子１４を介して周波数信号発生装置の出力端子３に与えられる周波数ＲＦの入力周波数信号を、第１回路１１より渡された高調波Ｎ・ＦＬのサンプル周波数信号でサンプリングすることで、（Ｎ・ＦＬ±ＲＦ）の演算を実行し、フィルタ手段を介してＩＦ信号出力端子１５に、Ｎ・ＬＦとＲＦの差分周波数ＩＦ＝Ｎ・ＬＦ−ＲＦを有する信号を出力する。
【０００８】
例えば、ローカル発振器２の発振周波数ＬＦが１ＧＨｚでＮ＝５であればＮ・ＦＬは５ＧＨｚとなる。周波数信号発生装置の周波数ＲＦが５．０１ＧＨｚであれば、差分周波数ＩＦは１０ＭＨｚである。
【０００９】
４は電圧制御型の可変周波数発振器であり、ＣＰＵ５に指令で駆動されるドライバ６の起動周波数信号ＤＦにより発振し、ループフィルタ７より与えられる制御電圧Ｖｃにより出力端子３に与えられる周波数ＲＦが変化する。
【００１０】
８は位相比較器であり、基準発振器９の周波数ＳＦ（例えば１０ＭＨｚ）と同一周波数の差分周波数ＩＦとの位相差に関連した制御電圧Ｖｃを、ループフィルタ７を介して可変周波数発振器４に与えてその発振周波数ＲＦを制御する。
【００１１】
ローカル発振器２の周波数ＬＦ（１ＧＨｚ）及び基準発振器９の周波数ＳＦ（１０ＭＨｚ）が高精度で安定していれば、これら発信器と同等の精度と安定度を有し、かつこれらより高い周波数ＲＦ（５．０１ＧＨｚ）の信号を出力端子３に得ることができる。
【００１２】
図７は、従来のサンプラ回路１の具体的な回路構成図である。本回路の機能は、ローカル信号入力端子１３に与えられたローカル信号の周波数ＬＦの高調波周波数成分Ｎ・ＬＦと、ＲＦ信号入力端子１４に与えられた入力周波数信号の周波数ＲＦとの差分の周波数ＩＦを、ＩＦ信号出力端子１５から出力する。周波数がない場合は直流を出力する。
【００１３】
ローカル信号入力端子１３に入力された不平衡形のローカル信号ＬＦは、バランＢＬにより不平衡-平衡変換を行い、平衡信号に変換され、第１回路を形成するステップリカバリダイオードＳＲＤのアノード・カソード間に印加されてこれを駆動し、細い繰り返しパルスを生成する。
【００１４】
バランＢＬの２次コイルとＳＲＤのアノード及びカソードの接続点に接続された抵抗Ｒ１１及びＲ１２は、バランのインピーダンス整合を行うと共に、ＳＲＤで発生したパルス波形のダンピングを行う。
【００１５】
ＳＲＤのアノードとカソードは、キャパシタＣｄ１１及びＣｄ１２を介して第２回路を形成する直列接続されたショットバリアダイオード（以下、ＳＢＤ）ＳＢＤ１，ＳＢＤ２による直列回路のカソード及びアノードに接続される。
【００１６】
ＳＢＤ１，ＳＢＤ２による直列回路のカソード及びアノードに接続された抵抗Ｒ２１及びＲ２２並びにキャパシタＣｄ１１及びＣｄ１２は、ＳＢＤ１，ＳＢＤ２がオン時の直列等価抵抗と共にＣＲ微分回路を形成し、ＳＲＤで生成したパルスをさらに細いサンプルパルスに整形する。
【００１７】
ＳＢＤ１，ＳＢＤ２による直列回路は、シングルバランスドミキサ回路を構成し、前記サンプルパルスによりオンオフ駆動される。ＲＦ入力端子１４から入力した入力周波数信号は、ＳＢＤ１及びＳＢＤ２でサンプリングされ、インダクタＬｉｆとキャパシタＣｉｆからなる低域通過フィルタを通過して差分周波数ＩＦが抽出され、ＩＦ信号出力端子１５から出力される。
【００１８】
図８は、ＳＲＤの端子電圧波形図並びにＳＢＤ１，ＳＢＤ２による直列回路の端子電圧波形図である。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、ローカル信号入力端子１３に正弦波または矩形波等一定の周波数ＬＦをのローカル信号を入力した場合の、ＳＲＤのアノードである端子Ａ及びカソードである端子Ｂの波形を示し、ローカル信号の周期毎に、パルス幅ｔｐ１の繰り返しパルスとなる。
【００１９】
図８（Ｃ）及び（Ｄ）は、抵抗Ｒ２１及びＲ２２並びにキャパシタＣｄ１１及びＣｄ１２と、ＳＢＤ１，ＳＢＤ２がオン時の直列等価抵抗によるＣＲ微分回路を通ったカソードである端子Ｃ及びアノードである端子Ｄの波形図である。パルスの電圧波形は、微分演算されて幅が狭くなる。
【００２０】
ＳＢＤ１，ＳＢＤ２による直列回路は、順バイアスされて電流が流れるとオンになるが、その時間をｔｐ２とする。端子ＣおよびＤの電圧波形において、ＳＢＤの順方向電圧Ｖｆだけ電圧が発生している期間がオン時間のｔｐ２である。
【００２１】
ＲＦ入力端子１４より与えられる入力周波数信号（ＲＦ信号）は、パルス幅ｔｐ２のパルスでサンプリングされる。図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、ＲＦ信号の周波数に対応したサンプリング点の波形図であり、（Ａ）は周波数が中位の場合、（Ｂ）は周波数が高い場合、（Ｃ）は周波数が低い場合を夫々示している。
【００２２】
サンプリング点の波形は、ハッチングで示すように欠けた形になる。欠けの振幅（深さ）はＳＢＤがオフのときとオンになるときのＲＦ信号の周波数成分に対する回路全体のインピーダンスの比で決まる。
【００２３】
サンプラ回路全体の性能指標のひとつとして、ＲＦ信号をＩＦ信号に周波数変換するときの電力の損失分を周波数変換損失という。周波数変換損失は、図９に示したサンプリングされたＲＦ信号の電圧波形で決まり、周波数変換効率を良くするために、ＩＦ信号の周波数帯域成分が多くなるような適当なサンプリングパルス幅とする必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
サンプラ回路で広帯域なＲＦ信号を扱うときに、同じｔｐ２の値の場合、ＲＦ信号の周波数が高くなるとＲＦ信号の波形が大きく欠けてしまい、ＩＦ信号の周波数成分が小さくなってしまう。又ＲＦ信号の周波数が低くなると、ｔｐ２によって欠ける部分が相対的に小さくなり過ぎて、これもＩＦ信号の周波数成分が小さくなり、最適な周波数変換損失が得られる動作条件から外れてしまい、広帯域に安定した特性が得られない。
【００２５】
従って本発明が解決しようとする課題は、サンプラ回路の入力周波数信号について、広帯域にわたって周波数変換損失を良好な特性に維持することができるサンプラ回路を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
このような課題を達成するために、請求項１記載の発明は、ローカル信号の高調波で所定のパルス幅を有するサンプル周波数信号を生成する第１回路と、前記サンプル信号により入力周波数信号をサンプルし、前記サンプル周波数信号と前記入力周波数信号の差分周波数信号を出力する第２回路を有するサンプラ回路において、前記パルス幅を変更するパルス幅変更手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、パルス幅変更手段は、前記入力周波数信号の周波数に応じて前記パルス幅を変更することを特徴とする。
【００２８】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記第１回路は、ステップリカバリダイオードを備えることを特徴とする。
【００２９】
請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記第２回路は、ショットキバリアダイオードを備えることを特徴とする。
【００３０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４記載の発明において、前記パルス幅変更手段は、バラクタダイオードを備え、制御電圧による等価容量の変更により、前記パルス幅を変更することを特徴とする。
【００３１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記パルス幅変更手段は、前記入力周波数信号に応じて前記制御電圧を変更することを特徴とする。
【００３２】
請求項７記載の発明は、請求項５または請求項６記載の発明において、前記パルス幅変更手段は、前記入力周波数信号を生成するためのドライブ信号周波数に応じて前記制御電圧を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）サンプル信号のパルス幅ｔｐ２のオン時間を制御電圧Ｖｄで変えることが可能になることを利用し、ＲＦ信号の周波数が高いときはｔｐ２がより小さく制御し、ＲＦ信号の周波数が低いときはｔｐ２がより大きく制御することが可能となる。
【００３４】
（２）この結果、異なるＲＦ信号の周波数に対して周波数変換効率が最良になるような動作条件にてサンプリング動作させることができ、広帯域にわたるＲＦ信号の周波数で良好な性能のサンプラ回路を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】
【００３５】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用したサンプラ回路をフィードバックループに有する位相比較型の周波数信号発生装置の構成例を示す機能ブロック図である。図６で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図１において、サンプラ回路１００は第１回路１０１及び第２回路１０２を備え、第１回路１０１は、ローカル信号入力端子１０３を介してローカル発振器２から周波数ＬＦのローカル周波数信号ＬＦを入力し、所定のパルス幅を有するＮ倍の高調波Ｎ・ＬＦのサンプル周波数信号を生成して第２回路１０２に渡す。
【００３７】
第２回路１０２は、ＲＦ信号入力端子１０４を介して周波数信号発生装置の出力端子３に与えられる周波数ＲＦの入力周波数信号を、第１回路１０１より渡された高調波Ｎ・ＦＬのサンプル周波数信号でサンプリングすることで、（Ｎ・ＦＬ±ＲＦ）の演算を実行し、フィルタ手段を介してＩＦ信号出力端子１０５に、Ｎ・ＬＦとＲＦの差分周波数ＩＦ＝Ｎ・ＬＦ−ＲＦを有する信号を出力する。
【００３８】
パルス幅変更手段１０６は、第１回路１０１と第２回路１０２との間に挿入され、第１回路１０１から第２回路１０２に渡される高調波Ｎ・ＬＦのパルス幅を制御電圧Ｖｄにより変更する。
【００３９】
Ｆ／Ｖ変換回路１０７は制御周波数入力端子１０８を介して入力されるドライブ信号ＤＲの周波数信号に応じて制御電圧Ｖｄを変更し、入力周波数信号に対するサンプル効率が最適となるようにそのパルス幅を変更制御する。Ｆ／Ｖ変換回路１０７は、Ｄ／Ａ変換回路及び電圧変換回路で実現することができる。
【００４０】
図２は、本発明サンプラ回路１００の具体的な回路構成図である。図７で説明した従来回路との相違点は、破線のブロックで示すパルス幅変更手段１０６が第１回路を形成するＳＲＤと第２回路を形成するＳＢＤ１，ＳＢＤ２による直列回路との間に挿入されている点である。
【００４１】
ＳＲＤのアノード（端子Ａ）は、キャパシタＣｃ１とバラクタダイオード（以下、ＶＲＤ）ＶＲＤ１のアノード・カソードを介してＳＢＤ１のカソード（端子Ｃ）に接続されている。ＳＲＤのカソード（端子Ｂ）は、キャパシタＣｃ２とＶＲＤ２のカソード・アノードを介してＳＢＤ２のアノード（端子Ｄ）に接続されている。
【００４２】
ＶＲＤ１は、そのアノードに交流成分に対して高インピーダンスで分離するコイルＲＦＣ１を介して制御電圧入力端子１０９に与えられる制御電圧−Ｖｄにより逆バイアスされ、アノード・カソード間の等価容量が変更される。
【００４３】
同様に、ＶＲＤ２は、そのカソードに交流成分に対して高インピーダンスで分離するコイルＲＦＣ２を介して制御電圧入力端子１１０に与えられる制御電圧Ｖｄにより逆バイアスされ、カソード・アノード間の等価容量が変更される。
【００４４】
キャパシタＣｃ１及びキャパシタＣｃ２は、ＶＲＤ１及びＶＲＤ２を逆バイアスするために与えられる制御電圧−Ｖｄ及びＶｄが、第１回路を形成するＳＲＤ側に印加されるのを阻止する機能を有する。
【００４５】
制御電圧入力端子１０９及び１１０に与える制御電圧−Ｖｄ及びＶｄを変えることで、Ｃｃ１とＶＲＤ１及びＣｃ２とＶＲＤ２で構成される合成容量値が変わり、ＣＲ微分回路としての時定数を変化させ、パルス幅が変更される。
【００４６】
図３は、ＳＢＤ１とＳＢＤ２による直列回路の端子電圧波形図である。図３（Ａ）は端子Ｃ（カソード）の波形、（Ｂ）は端子Ｄ（アノード）の波形を示す。ＶＲＤ１及びＣｃ１との接続点並びにＶＲＤ２とＣｃ２との接続点への制御電圧−Ｖｄ及びＶｄを変えることで、サンプリングのパルス幅ｔｐ２のオン時間を点線で示すように変えることができる。従って、ＲＦ信号の周波数が高いときはｔｐ２をより小さく制御し、ＲＦ信号の周波数が低いときはｔｐ２をより大きく制御することが可能となる。
【００４７】
この結果、異なるＲＦ信号の周波数に対して周波数変換効率が最良になるような動作条件にてサンプリング動作させることができ、広帯域にわたるＲＦ信号の周波数で良好な性能のサンプラ回路が実現できる。
【００４８】
図４は、本発明を適用したサンプラ回路のＲＦ信号の周波数に対応したサンプリング点の波形であり、図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、ＲＦ信号の周波数に対応したサンプリング点の波形図であり、（Ａ）は周波数が中位の場合、（Ｂ）は周波数が高い場合、（Ｃ）は周波数が低い場合を夫々示し、各周波数帯域で適正なサンプルが実行されていることを示している。
【００４９】
図５は、ＲＦ信号の周波数に対する周波数変換損失の従来回路と本発明回路との比較を示す特性図である。従来回路の周波数変換損失は、ＲＦ信号の周波数に対して大きく変動してしまい、特に周波数が高くなると悪化が大きい。これに対して本発明を適用した回路はＲＦ信号の周波数変化に対して変動を小さく抑えることができ、より高いＲＦ周波数まで性能の悪化を抑えることができる。
【００５０】
以上説明した実施形態では、第１回路を形成するＳＲＤは１個、第２回路を形成するＳＢＤは２個の構成を示したが、これに限定されるものではなく、個数が異なっていたり、他の回路素子の過不足を変更した回路でも本発明の原理を満足するものに関しては本発明の技術的範囲である。又、集中定数としての回路素子を分布定数回路に置き換えたものであっても動作原理が同様であれば本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５１】
さらに、ＩＦ出力信号は交流信号である場合における動作を説明したが、ＩＦ信号は直流信号であっても良い。この場合、位相差に応じた直流電流を出力するため、図１の位相比較器８の機能も、サンプラ回路に含む構成とする。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明を適用したサンプラ回路をフィードバックループに有する位相比較型の周波数信号発生装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明サンプラ回路の具体的な回路構成図である。
【図３】ＳＢＤ１，ＳＢＤ２による直列回路の端子電圧波形図である。
【図４】本発明を適用したサンプラ回路のＲＦ信号の周波数に対応したサンプリング点の波形図である。
【図５】ＲＦ周波数に対する周波数変換損失の従来回路と本発明回路との比較を示す特性図である。
【図６】従来のサンプラ回路をフィードバックループに有する位相比較型の周波数信号発生装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図７】従来のサンプラ回路の具体的な回路構成図である。
【図８】ＳＲＤの端子電圧波形図並びにＳＢＤ１，ＳＢＤ２による直列回路の端子電圧波形図である。
【図９】ＲＦ信号の周波数に対応したサンプリング点の波形図である。
【符号の説明】
【００５３】
２      ローカル発振器
３      出力端子
４      可変周波数発振器
５      ＣＰＵ
６      ドライバ
７      ループフィルタ
８      位相比較器
９      基準発振器
１００  サンプラ回路
１０１  第１回路
１０２  第２回路
１０３  ローカル信号入力端子
１０４  ＲＦ信号入力端子
１０５  ＩＦ信号出力端子
１０６  パルス幅変更手段
１０７  Ｆ／Ｖ変換回路
１０８  制御周波数入力端子
【図１】
2007013296.tif 000003
【図２】
2007013296.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007013296.tif 000007
【図６】
2007013296.tif 000008
【図７】
2007013296.tif 000009
【図８】
2007013296.tif 000010
【図９】
2007013296.tif 000011