(57)【要約】【課題】周波数信号が出力される出力部に対して、当該周波数信号が入力される入力部を接続する際に、入力部側から見た負荷変動を抑えることが可能な切替装置を提供する。【解決手段】周波数信号を出力先回路７へ向けて出力するために、切替装置を用いて入力部１３に対して出力部５を接続するにあたり、入力部１３と出力部５との間に直列接続されたｎ個の切替部１２ａ〜１２ｃに対し、制御部６は、全ての切替部１２ａ〜１２ｃの入力端１２１が接地端１２３に接続された切り離し状態から、入力端１２１を出力端１２２に接続する接続状態への切り替えを行うとき、２段目からｎ段目までの切替部１２ｂ〜１２ｃの接続を行う第１接続ステップと、次いで、１段目の切替部１２ａ接続を行う第２接続ステップとを実行するように制御信号を出力する。【選択図】図２
2017085248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数信号が入力される入力部と、前記入力部から入力された周波数信号を出力先回路へ向けて出力するための出力部と、を接続状態と切り離し状態との間で切り替える切替装置において、
前記入力部側から周波数信号が入力される入力端と、前記入力端に接続され、前記周波数信号を出力部側へ出力するための出力端と、前記出力端と切り替えて入力端に接続され、予め設定されたインピーダンスを有する負荷抵抗を介して接地された接地端と、を備えたｎ個（ｎは２以上の整数）の切替部と、
前記ｎ個の切替部の入力端の接続先を、各々、前記出力端と、接地端との間で切り替えるための制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記ｎ個の切替部は、１段目の入力端が前記入力部側に接続され、２段目からｎ段目までの切替部の入力端が１段手前の切替部の出力端と接続され、ｎ段目の切替部の出力端が前記出力部側に接続された直列接続となっていることと、
前記制御部は、全ての切替部の入力端が接地端に接続された切り離し状態から、これらの入力端を出力端に接続する接続状態への切り替えを行うとき、２段目からｎ段目までの切替部の入力端を出力端に接続する第１接続ステップと、次いで、１段目の切替部の入力端を出力端に接続する第２接続ステップとを実行するように制御信号を出力することと、を特徴とする切替装置。
【請求項２】
前記各切替部の接地端側に接続された負荷のインピーダンスは、前記出力部から見た出力先回路のインピーダンスと揃っていることを特徴とする請求項１に記載の切替装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１接続ステップを実行後、１０〜５００ナノ秒の範囲内の時間が経過してから、前記第２接続ステップを実行することを特徴とする請求項１または２に記載の切替装置。
【請求項４】
前記入力部である第１の入力部と、前記直列接続されたｎ＝ｎ１個（ｎ１は１以上の整数に変更）の切替部とを備えた第１のモジュール部と、
前記第１の入力部より入力される周波数信号とは異なる周波数の周波数信号が入力される入力部である第２の入力部と、前記直列接続されたｎ＝ｎ２個（ｎ２は１以上の整数に変更）の切替部とを備えた第２のモジュール部と、
前記出力部の接続先として、前記第１のモジュール部のｎ１段目の切替部、または前記第２のモジュール部のｎ２段目の切替部を選択する選択部と、を備え、
前記制御部は、前記選択部により出力部の接続先を選択する動作と揃えて、選択されたモジュール部についての前記第１接続ステップを実行し、次いで当該選択されたモジュール部についての前記第２接続ステップを実行するように制御信号を出力することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数信号が入力される入力部を出力部に接続し、出力先回路へ向けて前記周波数信号を出力するための接続状態と、入力部を出力部から切り離した切り離し状態との間の切り替えを行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、送信装置や受信装置においては、ローカル発振器などから供給される周波数変換用の周波数信号の周波数を切り替える動作が実行される場合がある。周波数の切り替えを実現する手法としては、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路によってローカル発振器を構成し、ＰＬＬ回路の周波数設定値を変更する例を挙げることができる。しかしながらＰＬＬ回路は、周波数設定値を変更してから出力される周波数がロックするまでに数十マイクロ秒程度の時間を要する場合があり、短時間での切り替えが求められる装置には適さない。
【０００３】
例えば１マイクロ秒位以下の短時間で周波数の切り替えを行う手法として、周波数が異なる複数のローカル発振器を用意し、これらローカル発振器からの出力をスイッチ（切替部）によって切り替える手法が考えられる。しかしながら、この構成においては、各ローカル発振器から見ると、スイッチの切替時には瞬間的な負荷変動が発生してしまう。この結果、切替先のローカル発振器にて周波数変動（周波数プリング）が発生し、周波数が安定するまでに時間を要することから、切替時間のさらなる短縮を図るうえでの課題となっている。  
また、複数のローカル発振器を設ける場合には、使用していないローカル発振器からの周波数信号のリークの抑制と、上述した切替時の負荷変動との関係も考慮しなければならない。
【０００４】
ここで特許文献１には、発振周波数の異なる複数の圧電発振器をスイッチに対して並列に接続し、各圧電発振器への直流の電源電流の供給と、圧電発振器からの発振信号の出力とを前記スイッチに接続された共通の線路を介して行う周波数選択型圧電発振器が記載されている。この技術においては、前記共通の線路を流れる電源電流の直流成分と、発振信号成分とを、インダクタやコンデンサを利用して分離することにより、回路規模の増大を抑えつつ、圧電発振器間のアイソレーションを向上させている。  
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、スイッチによって選択されていない圧電発振器には電源電流が供給されないため、圧電発振器を切り替えた後、安定した発振周波数の発振信号が出力されるまでに相当の時間を要してしまう。このため、短時間での発振周波数の切り替えが求められる装置に適用することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８７０１３号公報：請求項１、段落０００８、図１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、周波数信号が出力される出力部に対して、当該周波数信号が入力される入力部を接続する際に、入力部側から見た負荷変動を抑えることが可能な切替装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る切替装置は、周波数信号が入力される入力部と、前記入力部から入力された周波数信号を出力先回路へ向けて出力するための出力部と、を接続状態と切り離し状態との間で切り替える切替装置において、
前記入力部側から周波数信号が入力される入力端と、前記入力端に接続され、前記周波数信号を出力部側へ出力するための出力端と、前記出力端と切り替えて入力端に接続され、予め設定されたインピーダンスを有する負荷抵抗を介して接地された接地端と、を備えたｎ個（ｎは２以上の整数）の切替部と、
前記ｎ個の切替部の入力端の接続先を、各々、前記出力端と、接地端との間で切り替えるための制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記ｎ個の切替部は、１段目の入力端が前記入力部側に接続され、２段目からｎ段目までの切替部の入力端が１段手前の切替部の出力端と接続され、ｎ段目の切替部の出力端が前記出力部側に接続された直列接続となっていることと、
前記制御部は、全ての切替部の入力端が接地端に接続された切り離し状態から、これらの入力端を出力端に接続する接続状態への切り替えを行うとき、２段目からｎ段目までの切替部の入力端を出力端に接続する第１接続ステップと、次いで、１段目の切替部の入力端を出力端に接続する第２接続ステップとを実行するように制御信号を出力することと、を特徴とする。
【０００８】
上述の切替装置は、下記の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記各切替部の接地端側に接続された負荷のインピーダンスは、前記出力部から見た出力先回路のインピーダンスと揃っていること。
（ｂ）前記制御部は、前記第１接続ステップを実行後、１０〜５００ナノ秒の範囲内の時間が経過してから、前記第２接続ステップを実行すること。
（ｃ）前記入力部である第１の入力部と、前記直列接続されたｎ＝ｎ１個（ｎ１は１以上の整数に変更）の切替部とを備えた第１のモジュール部と、前記第１の入力部より入力される周波数信号とは異なる周波数の周波数信号が入力される入力部である第２の入力部と、前記直列接続されたｎ＝ｎ２個（ｎ２は１以上の整数に変更）の切替部とを備えた第２のモジュール部と、前記出力部の接続先として、前記第１のモジュール部のｎ１段目の切替部、または前記第２のモジュール部のｎ２段目の切替部を選択する選択部と、を備え、前記制御部は、前記選択部により出力部の接続先を選択する動作と揃えて、選択されたモジュール部についての前記第１接続ステップを実行し、次いで当該選択されたモジュール部についての前記第２接続ステップを実行するように制御信号を出力すること。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、周波数信号が入力される入力部と、出力先回路へ周波数信号が出力される出力部との間に、直列接続されたｎ個（ｎは２以上の整数）の切替部を設けている。そして、入力部側から周波数信号が入力される各切替部の入力端が、接地端に接続された状態（切り離し状態）から、前記周波数信号が出力される出力部側の出力端へ接続された状態（接続状態）への切り替えを行うにあたり、１段目の切替部を切り離し状態に維持したまま、先に２段目以降の切替部の切替動作（第１接続ステップ）を行うので、入力部側から見た負荷変動がほとんど発生しない。その後、１段目の切替部の切替動作（第２接続ステップ）を単独で実行することにより、入力部側から見た負荷変動が小さく抑えられ、切替時間の短時間化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る切替装置の構成を示すブロック図である。
【図２】前記切替装置に設けられているモジュール部の構成を示すブロック図である。
【図３】前記モジュール部内の切替部の第１の説明図である。
【図４】前記切替部の第２の説明図である。
【図５】切り離し状態における前記モジュール部の説明図である。
【図６】前記モジュール部の切替動作時の第１の説明図である。
【図７】前記モジュール部の切替動作時の第２の説明図である。
【図８】モジュール部内の各切替部、及び選択部の切替動作のタイムチャートである。
【図９】第１の比較形態に係るモジュール部の切替動作時の説明図である。
【図１０】第２の比較形態に係るモジュール部の切替動作時の第１の説明図である。
【図１１】第２の比較形態に係るモジュール部の切替動作時の第２の説明図である。
【図１２】モジュール部から出力される周波数信号の周波数の経時変化を測定した結果を示す説明図である。
【図１３】切替部の接続時間差と切替時間との関係を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る切替装置のブロック図を示している。切替装置は、共通の出力ポート（出力部）５に対して、各々第１、第２の発振部２１、３１から取得した例えば２００ＭＨｚ、または２４０ＭＨｚの周波数信号を切り替えて供給する機能を備える。
【００１２】
第１、第２の発振部２１、３１は、ＰＬＬ回路を備えた発振器などにより構成され、各々、周波数設定値（本例では２００ＭＨｚ、２４０ＭＨｚ）に対応する周波数信号を切替部２２、３２に供給する。第１、第２の発振部２１、３１から供給された周波数信号が各切替部２２、３２に対して供給される入力ポート２３、３３は、本切替装置の入力部に相当する。
【００１３】
切替部２２、３２は、周波数信号が入力される入力ポート２３、３３が、当該周波数信号の出力を行う出力ポート５に対して接続された接続状態と、これらのポート２３、３３、５が切り離された切り離し状態との切り替えを実行する。  
図１に示すように、第１の発振部２１から周波数信号が供給される入力ポート２３、及び切替部２２は第１のモジュール部２０を構成し、第２の発振部３１から周波数信号が供給される入力ポート３３、及び切替部３２は第２のモジュール部３０を構成している。図２を用いて説明するように、実際の入力ポート２３、３３は、複数個の切替部１２ａ〜１２ｃを直列接続した構造となっているが、図示の便宜上、図１においてはこれら複数個の切替部１２ａ〜１２ｃを各々、１つの切替部２２、３２にまとめて表示してある。
【００１４】
さらに図１に示すように、各切替部２２、３２は、出力ポート５の接続先として、第１のモジュール部２０側の入力ポート２３と、第２のモジュール部３０側の入力ポート３３とのいずれかを選択する選択部４を備えている。出力ポート５からは、選択部４により選択されたモジュール部２０、３０に対応する周波数（第１のモジュール部２０側が選択された場合は２００ＭＨｚ、第２のモジュール部３０側が選択された場合は２４０ＭＨｚ）の周波数信号が出力される。
【００１５】
次に図２を参照しながら、第１のモジュール部２０及び第２のモジュール部３０に設けられている切替部２２、３２の構成について説明する。ここで切替部２２及び第２のモジュール部３０は互いにほぼ共通の構成を備えているので、図２〜図９においては共通構成を取り出したモジュール部１０を例に挙げて説明を行う。
【００１６】
図２に示すように、モジュール部１０はｎｉ個（第１のモジュール部２０（ｉ＝１）についてはｎ１個、第２のモジュール部３０（ｉ＝２）についてはｎ２個、各々、ｎ１、ｎ２は１以上の整数）の切替部１２ａ〜１２ｃを備えている。例えばｎｉは１〜３に設定される。  
各切替部１２ａ〜１２ｃは、高周波信号用の公知のダイオードスイッチやＦＥＴ（Field Effect Transistor）スイッチからなるＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）回路によって構成されている。
【００１７】
ＳＰＤＴ回路である切替部１２ａ〜１２ｃは、周波数信号が入力される入力端１２１と、入力された周波数信号が出力される出力端１２２と、接地された接地端１２３とを備える。そして、入力端１２１を出力端１２２側に接続すると、出力ポート５に対して入力ポート１３を接続する接続状態を構成することが可能となり、入力端１２１を接地端１２３側に接続すると、出力ポート５から入力ポート１３を切り離した切り離し状態を構成することが可能となる。
【００１８】
また入力ポート１３から見たとき、入力端１２１の接続先の切り替えの前後で負荷変動が生じないようにするため、接地端１２３には予め設定されたインピーダンス、例えば出力ポート５から見た出力先回路７（図５参照）のインピーダンスと揃ったインピーダンスを持つ負荷抵抗（ダミー負荷）１２４が接続されている。負荷抵抗１２４は例えば５０Ωに設定される。ここで、負荷変動を抑えるという観点では負荷抵抗１２４のインピーダンスは、できるだけ出力先回路７のインピーダンスと揃った値に設定することが好ましい。但し、切替時間（切替動作を開始してから、出力ポート５より出力される周波数信号の周波数が安定するまでの時間）の目標値に対する余裕などに応じて、負荷抵抗１２４と出力先回路７とのインピーダンスが例えば±２０％程度ずれていてもよい。
【００１９】
また、切替部１２ａ〜１２ｃの内部回路の制御電圧にバイアスが印加されている場合などにおいては、バイアス電圧の変動を避けるため、接地端１２３対して、負荷抵抗１２４と直列にキャパシタを接続してもよい。この場合、切替部１２ａ〜１２ｃに入力される周波数信号から見て、十分にインピーダンスが小さいキャパシタ（例えば２００ＭＨｚ、０．１Ωの場合、約８．０×１０３ｐF）が選択される。一方で、切替部１２ａ〜１２ｃの内部回路に直流成分をデカップリングするキャパシタが含まれている場合などには、接地端１２３側のキャパシタを設けずに負荷抵抗１２４のみを設けてよい。
【００２０】
モジュール部１０内に設けられたｎｉ個の切替部１２ａ〜１２ｃのうち、１つの切替部１２ｃは既述の選択部４に接続されている。  
図２に示すように選択部４は、高周波信号用の公知のダイオードスイッチやＦＥＴスイッチからなり、２つの入力端（第１の入力端４１１、第２の入力端４１２）と１つの出力端４１３とを備える２入力１出力型のスイッチ回路として構成されている。この選択部４において、第１の入力端４１１は第１、第２のモジュール部２０、３０の一方側と接続可能に構成され、第２の入力端４１２は他方側と接続可能に構成されている。また出力端４１３は出力ポート５と接続されている。
【００２１】
上述したように、本例の切替装置においては、切替部１２ａ〜１２ｃの入力端１２１を接地端１２３側に接続することによって出力ポート５から入力ポート１３が切り離される。ここで、個別の切替部１２ａ〜１２ｃに注目したとき、各切替部１２ａ〜１２ｃを切り離し状態としても、単独でのアイソレーション（入力端１２１と出力端１２２との間のインピーダンス）が無限大となるわけではない。このため、１個の切替部１２ａを用いただけでは、入力ポート１３から入力された周波数信号が出力ポート５へとリークする現象が発生するおそれがある。
【００２２】
そこで本例の切替装置は、モジュール部１０内にｎｉ個の切替部１２ａ〜１２ｃを設け、これらの切替部１２ａ〜１２ｃを直列接続することによって切り離し状態における周波数信号のリークを低減している。
【００２３】
また選択部４を備える本例の切替装置においては、選択部４によって一方側のモジュール部２０、３０を選択すると、他方側のモジュール部３０、２０は出力ポート５に対して切り離し状態となる。このため、切替部１２ａ〜１２ｃと同様に、選択部４についても入力ポート１３と出力ポート５との間のアイソレーションを向上させる。  
このため、選択部４を備える本例の切替装置においては、モジュール部１０（第１のモジュール部２０、第２のモジュール部３０）は少なくとも１つの切替部１２ａ（ｎｉ＝１）を備えていれば、切替部１２ａ単独の場合と比べてアイソレーションを向上させることが可能な構成となっていると言える。
【００２４】
上述の考え方に基づき、図２に記載のモジュール部１０は、１個または複数個の切替部１２ａ〜１２ｃと選択部４とが直列接続された構成となっている。  
本例における直列接続とは、複数個の切替部１２ａ〜１２ｃを設ける場合、１段目の切替部１２ａの入力端１２１が入力ポート１３側に接続され、２段目以降の切替部１２ｂ〜１２ｃの入力端１２１が１段手前の切替部１２ａ〜１２ｂの出力端１２２と接続されている。そして、最後段の切替部１２ｃの出力端１２２は出力ポート５側の選択部４に接続される。また、１個の切替部１２ａを設ける場合には、当該切替部１２ａの入力端１２１が入力ポート１３側に接続され、同じく切替部１２ａの出力端１２２が出力ポート５側の選択部４に接続される。
【００２５】
このように直列接続された切替部１２ａ〜１２ｃは、制御部６から供給される制御電力（制御信号）によって入力端１２１の接続先を出力端１２２と接地端１２３との間で切り替える動作が実行される。また、選択部４についても制御部６から供給される制御電力により、出力ポート５の接続先として第１のモジュール部２０または第２のモジュール部３０のいずれかを選択する動作が実行される。
【００２６】
このように切替部１２ａ〜１２ｃ、選択部４を多段に直列接続することにより、入力ポート２３、３３と出力ポート５との間のアイソレーションを向上させて、使用していない周波数信号のリークを低減することができる。  
一方で、複数の切替部１２ａ〜１２ｃ、選択部４が直列接続されているとき、切り離し状態にあるモジュール２０、３０を接続状態に切り替える動作を実行する際に、入力ポート２３、３３から見た負荷変動が大きくなってしまうケースが存在することが分かった。この場合には、背景技術にて説明した周波数変動（周波数プリング）が発生し、切替動作の短時間化を阻害する要因となってしまう。
以下、負荷変動が大きくなる原理、及びこの負荷変動を低減するための切替動作の手順について説明する。
【００２７】
図３（ａ）は入力端１２１を接地端１２３側に接続した状態にて発生する、各切替部１２内の結合容量Ｃ１、Ｃ２や出力端１２２の出力側の端子容量Ｃ’を模式的に示している。また、図３（ｂ）はこれらの容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ’が発生した状態における切替部１２及び負荷抵抗１２４の等価回路を示している。  
切替部１２に発生する結合容量Ｃ１、Ｃ２や端子容量Ｃ’は、各容量値が小さいため、周波数信号の入力側から見た切替部１２の合成インピーダンスは負荷抵抗１２４のインピーダンスと比べて十分に大きな値となる。この結果、入力端１２１を接地端１２３側に接続した状態においては、周波数信号の入力側から見た負荷は、負荷抵抗１２４側の終端（５０Ω）が支配的となる。  
なお、図３〜図７、図９〜図１１の説明においては、負荷抵抗１２４（５０Ω）と比べて十分に大きなインピーダンスを概略的に「Ｚｃ」と表す。
【００２８】
一方、図４（ａ）は入力端１２１の接続先を接地端１２３側から出力端１２２側に切り替える動作の実行中において、各切替部１２（切替部１２ａ〜１２ｃ）内に発生する結合容量Ｃ１〜Ｃ３や出力端１２２の出力側に発生する端子容量Ｃ’を模式的に示している。また、図４（ｂ）はこの動作期間中における切替部１２の等価回路を示している。  
この切替動作の実行時に切替部１２に発生する結合容量Ｃ１〜Ｃ３や端子容量Ｃ’についても、その容量値は小さく、周波数信号の入力側から見た切替部１２の合成インピーダンスＺｃは負荷抵抗１２４のインピーダンスと比べて十分に大きな値となる。一方で、切替部１２の切替動作時は、負荷抵抗１２４による終端がされていないので、周波数信号の入力側から見た負荷は、切替部１２内の合成インピーダンスＺｃのみとなる。
【００２９】
また、切替部１２ａ〜１２ｃの後段に接続されている選択部４についても、出力端４１３の接続先を第１の入力端４１１と第２の入力端４１２との間で切り替える動作の期間中は、選択部４内の合成インピーダンスＺｃは、出力先回路７のインピーダンス（５０Ω）と比べて十分に大きな値となる。
【００３０】
図３、図４を用いて説明した特性を有する切替部１２ａ〜１２ｃ、選択部４を直列接続して構成されるモジュール部１０は、切替動作の手順が入力ポート１３側から見た負荷変動に大きな影響を及ぼす。  
簡単のため、以下に説明する図５〜８、１０、１１に記載のモジュール部１０は、２個の切替部１２ａ、１２ｂ（ｎｉ＝２）と、選択部４とが直列接続されている場合を例示してある。
【００３１】
初めに、全ての切替部１２ａ、１２ｂ、選択部４が切り離し状態となっている場合について確認する（図５）。この場合には、図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明したように、１段目の切替部１２ａの負荷抵抗１２４側の終端が支配的となり、入力ポート１３側から見た負荷はおよそ５０Ωとなる。
【００３２】
図５に示した切り離し状態から、入力ポート１３に対して出力ポート５を接続状態とする手法として、全ての切替部１２ａ、１２ｂ、選択部４の切替動作を行う場合について検討する（第１の比較形態）。複数個の切替部１２ａ、１２ｂ、選択部４が直列接続されたモジュール部１０においては、単純に、全ての切替部１２ａ、１２ｂ、選択部４を同時に切り替えれば、最も短い時間で切替動作を完了できるのではないかと予想できる（図９（ａ））。
【００３３】
ところが、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明したように、切替動作時は、各切替部１２ａ、１２ｂ、選択部４の合成インピーダンスＺｃが負荷抵抗１２４のインピーダンスよりも大きくなってしまう。このため、図９（ｂ）に示すように周波数信号の入力側から見たときの負荷は、瞬時に３Ｚｃ＋５０Ωまで上昇してしまう。この結果、切り離し状態からの負荷変動は、３Ｚｃにも達し、入力ポート１３に接続された発振部１１が負荷変動の影響を受けて周波数変動し、短時間で切替動作を完了することができなくなってしまう（後述の比較例１の実験結果参照）。  
このように、切替動作を同時に実行することに伴う負荷変動は、直列接続される切替部１２ａ〜１２ｃの数を増やすに連れて大きくなる。
【００３４】
そこで、切替動作を同時に実行することに伴う負荷変動の影響を低減するため、図１０、図１１の第２の比較形態に示すように、１段目の切替部１２ａの切替動作（図１０（ａ））を行った後、２段目以降の切替部１２ｂ、選択部４の切替動作（図１１（ａ））を行う場合を検討する。  
このように切替動作を２回に分けることにより、最初の切替動作における周波数信号の入力側から見たときの負荷はＺｃ＋５０Ω（図１０（ｂ））、次の最初の切替動作における負荷は２Ｚｃ＋５０Ω（図１１（ｂ））となった。
【００３５】
図１０、図１１の第２の比較形態（１）、（２）にて検討したように、直列接続された切替部１２ａ、１２ｂ、選択部４を２回に分けて切り替えると、全ての切替部１２ａ、１２ｂ、選択部４を同時に切り替える第１の比較形態の場合に比べて、負荷変動の幅を低減できた。しかしながら、依然として負荷変動の幅は大きく、また第１の比較形態の場合と同様に、アイソレーションを向上させるために切替部１２ａ〜１２ｃの数を増やすにつれて、負荷変動の幅は次第に大きくなってしまう。
【００３６】
一方、切替部１２ａ、１２ｂ、選択部４の切替動作をさらに多数回、例えば３回に分けて切り替えを行えば、より負荷変動の幅を低減することは可能である。しかしながら、切替動作の回数を増加させる程、切替動作を完了するまでの時間が長くなってしまい、短時間での切り替えが実現できない。
【００３７】
発明者は、上述の第１、第２の比較形態に係る切替動作の課題を踏まえ、さらに効率的な切替動作を探索した。その結果、図６、図７に示す手順に基づいて切替動作を実行すると、負荷変動を抑えつつ、短時間での切替動作を実現できることが分かった。
【００３８】
図６、図７に示す実施の形態に係る切替動作においては、２段目以降の切替部１２ｂ、選択部４の切替動作（第１接続ステップ：図６（ａ））と、１段目の切替部１２ａ単独の切替動作（第２接続ステップ：図７（ａ））との２回に分けて切り替えを行う。
【００３９】
第１接続ステップでは、１段目の切替部１２ａにて負荷抵抗１２４による終端が維持されていることにより、２段目以降の切替部１２ｂ、選択部４の切替動作を行っても入力ポート１３から見た負荷はおよそ５０Ωの状態が維持される（図６（ｂ））。次いで、第２接続ステップでは、２段目以降の切替部１２ｂ、選択部４の切替動作が完了した後、１段目の切替部１２ａの切替動作を単独で実行することにより、入力ポート１３からから見た負荷はＺｃ＋５０Ωとなる（図７（ｂ））が、切り離し状態からの負荷変動は切替部１２ａの１個分の影響に抑えられている。
【００４０】
さらに好ましいことには、アイソレーションを向上させるために切替部１２の数を増やしたとしても、図６（ａ）、図７（ａ）に示す手順で切替動作を実行した場合には、周波数信号の入力側から見たときの負荷は、ほぼ図６（ｂ）、図７（ｂ）に示した値に維持される。従って、当該切替動作の手順は、切替部１２の数に依存せず、且つ、可能な限り負荷変動を抑えることが可能な手法であることが分かる。
さらに、切替動作の分割数も２回だけであるので、切替動作を完了するまでの時間の長時間化を回避することもできる。
【００４１】
図８は、図２に示したｎｉ個の切替部１２ａ〜１２ｃを備えるモジュール部１０、及び選択部４について、切り離し状態から接続状態への切り替えを行うにあたって実行される切替動作のタイムチャートを示している。  
図８における符号Ｏは、切替部１２ａ〜１２ｃの入力端１２１が出力端１２２側に接続された状態を示し、符号Ｅは入力端１２１が接地端１２３側に接続された状態を示している。また選択部４について、符号Ａは切替動作によって接続されるモジュール部１０（第１のモジュール部２０、第２のモジュール部３０）の他方側の入力端４１２、４１１が出力端４１３に接続された状態を示し、符号Ｔは切替動作が行われる当該側のモジュール部１０の入力端４１１、４１２が出力端４１３に接続された状態を示している。
【００４２】
図８によれば、時刻ｔ１に２段目〜ｎｉ段目の切替部１２ｂ〜１２ｃ、及び選択部４の切替動作を実行し（第１接続ステップ：図６（ｂ）〜（ｄ））、時刻ｔ１のΔｔ秒後の時刻ｔ２にて１段目の切替部１２ａの切替動作が実行される（第２接続ステップ：図６（ａ））。当該切替動作の制御は制御部６により実行される。
【００４３】
後述の実施例（図１３）に示すように、第１接続ステップと第２接続ステップとの接続時間差Δｔについては、時刻ｔ１にて切替動作を開始してから、出力ポート５より出力される周波数信号の周波数が、所定の周波数偏差の範囲（切替判定範囲）内の値となるまでの時間（切替時間）が最も短くなる最適な接続時間差Δｔｍｉｎが存在する。  
接続時間差Δｔを最適値よりも次第に短くしていくと、全ての切替部１２ａ〜１２ｃ、選択部４を同時に切り替える第１の比較形態の状態に近づいていくため、切替時間が次第に長くなる現象が観察される。一方で、接続時間差Δｔを最適値よりも次第に長くしていくと、当該接続時間差の影響が大きくなることによって切替時間が長くなる。
【００４４】
切替時間が最短となる第１、第２接続ステップ間の最適な接続時間差Δｔｍｉｎは、実際に使用する発振部１１や切替部１２ａ〜１２ｃ、選択部４の構造や種類などによって変化するため一概に特定することはできない。そこで概略的な設定例を挙げておくと、時刻ｔ１に第１接続ステップを実行してからの切替時間が１マイクロ秒以下となるようにする場合には、例えばΔｔは１０〜５００ナノ秒の範囲内の値に設定する場合が考えられる。後述の実施例に示すように、接続時間差Δｔｍｉｎは予備実験などにより確認することができる。
【００４５】
また、切り離し状態から接続状態への切替動作が行われるモジュール部１０（第１のモジュール部２０、第２のモジュール部３０）の他方側のモジュール部１０（第２のモジュール部３０、第１のモジュール部２０）では、各切替部１２ａ〜１２ｃの入力端１２１の接続先を出力端１２２（接続状態）から接地端１２３（切り離し状態）へと切り替える動作が行われる。当該切替動作の手順や実行タイミングなどについての特段の限定はない。但し、モジュール部１０のアイソレーションの向上を目的として、各切替部１２ａ〜１２ｃが切り離し状態とされることを踏まえると、選択部４の選択先が切り替えられた後、できるだけ早いタイミングにて全ての切替部１２ａ〜１２ｃを同時に接続状態から切り離し状態に切り替えることが好ましい。  
また、第１の発振部２１、第２の発振部３１のいずれの周波数信号も出力ポート５から出力しない場合には、第１のモジュール部２０及び第２のモジュール部３０の切替部１２ａ〜１２ｃは全て切り離し状態とされる。
【００４６】
本実施の形態に係る切替装置によれば以下の効果がある。周波数信号が入力される入力ポート１３と、出力先回路７へ周波数信号が出力される出力ポート５との間に、直列接続されたｎｉ個（ｎｉは１以上の整数、第１のモジュール部２０についてｉ＝１、第２のモジュール部３０についてｉ＝２）の切替部１２ａ〜１２ｃ、及び選択部４を設けている。そして、入力ポート１３側から周波数信号が入力される各切替部１２ａ〜１２ｃの入力端１２１が、接地端１２３に接続された状態（切り離し状態）から、出力端１２２へ接続された状態（接続状態）へと切り替えるにあたり、１段目の切替部１２ａを切り離し状態に維持したまま、先に２段目以降の切替部１２ｂ〜１２ｃの切替動作（第１接続ステップ）を行うので、入力ポート１３側から見た負荷変動がほとんど発生しない。その後、１段目の切替部１２ａの切替動作（第２接続ステップ）を単独で実行することにより、入力部側から見た負荷変動が小さく抑えられ、切替時間の短時間化を図ることができる。
【００４７】
ここで図１、図２などに示した切替装置は、ｎｉ個の切替部１２ａ〜１２ｃを備えたモジュール部１０（第１のモジュール部２０、第２のモジュール部３０）のいずれか一方を選択部４により選択するにあたって、切り離し状態から接続状態への切り替えを行う構成となっている。  
但し、本発明を適用可能な切替装置は、選択部４を用いて複数の第１のモジュール部２０、第２のモジュール部３０のいずれか一つを選択する構成でなくてもよい。
【００４８】
例えばｎ個（ｎは２以上の整数）の切替部１２ａ〜１２ｃを直列接続し、１段目の切替部１２ａの入力端１２１を入力ポート１３に接続し、ｎ段目の切替部１２ｃの出力端１２２を出力ポート５に接続して切替装置を構成してもよい。当該切替装置においても、図８（ａ）〜（ｃ）に示すタイムチャートに基づいて切替動作を実行することにより、出力ポート５からの周波数信号の出力を停止した状態（切り離し状態）から、前記周波数信号を出力する状態（接続状態）への切替時間の短時間化を図ることができる。
【実施例】
【００４９】
（実験１）  
切替部１２ａ〜１２ｃを直列接続したモジュール部１０を備える切替装置（ｎ＝３、選択部４なし）について、図８（ａ）〜（ｃ）のタイムチャートに基づく手順で切り替え動作を実行した場合と、全ての切替部１２ａ〜１２ｃの切り替え動作を同時行った場合とにおける切替時間を測定した。
Ａ．実験条件  
（実施例１）  発振部１１から入力ポート１３に入力される周波数信号の周波数設定値ｆ０は、１００００ＭＨｚ（＝１０ＧＨｚ）であり、２段目以降の切替部１２ｂ、１２ｃの切替動作と、１段目の切替部１２ａの切替動作との接続時間差Δｔを５０ナノ秒とした。このとき、前記周波数設定値ｆ０に対して、出力ポート５から出力される周波数信号の週周波数ｆの周波数偏差（（ｆ−ｆ０）／ｆ０[ｐｐｍ]）が±５ｐｐｍの範囲内の値に収束するまでの切替時間を測定した。  
（比較例１）  全ての切替部１２ａ〜１２ｃの切替動作を同時に行った点を除いて実施例１と同じ条件にて切替時間を測定した。
【００５０】
Ｂ．実験結果  
実施例１、及び比較例１の結果を図１２に示す。図１２のグラフの横軸は時間［ナノ秒］、縦軸は出力周波数偏差［ｐｐｍ］を示している。グラフ中、実施例１の結果を実線で示し、比較例１の結果を破線で示した。
【００５１】
図１２に示した実験結果によれば、図８（ａ）〜（ｃ）のタイムチャートに基づく手順で切り替え動作を実行した実施例１の切替時間Ｔは、６３３ナノ秒であった。これに対して、全ての切替部１２ａ〜１２ｃの切替動作を同時に行った比較例１においては、切替時間Ｔ’が７７８ナノ秒となった。  
これら実施例１、比較例１の実験結果から、２段目以降の切替部１２ｂ、１２ｃの切替動作（第１接続ステップ）を行った後に、１段目の切替部１２ａの切替動作（第２接続ステップ）を実行することにより、切替時間を短くできることを確認できた。
【００５２】
（実験２）  
第１、第２接続ステップ間の接続時間差Δｔを変化させて、切替時間に与える影響を確認した。
Ａ．実験条件
（実施例２）実施例１と同様の条件で接続時間差Δｔのみ０〜１００ナノ秒の間で変化させて、切替時間を計測した。
【００５３】
Ｂ．実験結果  
実施例２の結果を図１３に示す。図１３のグラフの横軸は接続時間差Δｔ、縦軸は切替時間［ナノ秒］を示している。  
図１３に示す結果によれば、白抜きの丸印のプロットで示した接続時間差Δｔ＝０（比較例１に相当する）から、接続時間差Δｔを長くしていくに連れて、切替時間は次第に短くなっていく。ところが、切替時間が最短となる接続時間差Δｔｍｉｎ（本例では、既述の実施例１の接続時間Δｔに相当している）よりも接続時間Δｔを長くすると、切替時間が増加に転じることが確認できる。このように、本発明が適用される切替装置においては、接続時間差の最適値Δｔｍｉｎが存在すること、また、この値は切替装置の設計段階での予備実験などにより特定することが可能であることが確認できた。なお、実際の切替装置に設定する接続時間差は、前述の最適値Δｔｍｉｎに設定する場合に限らず、切替時間の目標値に対する余裕などに応じて、最適値Δｔｍｉｎからずれた値に設定してもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００５４】
１０        モジュール部
１１        発振部
１２、１２ａ〜１２ｃ
切替部
１２１      入力端
１２２      出力端
１２３      接地端
１２４      負荷抵抗
１３        入力ポート
２０        第１のモジュール部
２１        第１の発振部
２２        切替部
２３        入力ポート
３０        第２のモジュール部
３１        第２の発振部
３２        切替部
３３        入力ポート
４          選択部
５          出力ポート
６          制御部
７          出力先回路
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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