JP4877572B2

JP4877572B2 - sampler

Info

Publication number: JP4877572B2
Application number: JP2005309166A
Authority: JP
Inventors: 悟中津; 勇佐藤; 正裕上野; 宏則沖田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: JP2007120947A

Description

本発明は、信号波形の取り込みのために用いられるサンプラーに関し、とくに広帯域の動作が可能なサンプラーに関する。 The present invention relates to a sampler used for capturing a signal waveform, and more particularly to a sampler capable of operating in a wide band.

信号を高速でサンプリングするためのサンプラーが知られている。サンプラーは、例えばサンプリングオシロスコープ等の波形測定装置における信号波形の取り込みのために用いられる。 Samplers for sampling signals at high speed are known. The sampler is used for capturing a signal waveform in a waveform measuring device such as a sampling oscilloscope.

図５はサンプラーの構成例を示す回路図である。図５に示すサンプラーは、高周波信号が入力される入力部１と、高周波信号の信号源のグランド側に接続される入力部２Ａおよび入力部２Ｂと、入力部１に接続される伝送パターン３と、入力部２Ａおよび入力部２Ｂにそれぞれ接続され、伝送パターン３と平行に設けられた伝送パターン４Ａおよび伝送パターン４Ｂと、伝送パターン３に直列に接続された伝送パターン５と、伝送パターン４Ａおよび伝送パターン４Ｂに、それぞれ直列に接続された伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂと、入力された高周波信号を終端する終端抵抗７と、スイッチングにより高周波信号をサンプリングするスイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂと、充電により高周波信号をホールドするホールドコンデンサ９Ａおよびホールドコンデンサ９Ｂと、ストローブ信号となるステップ信号を発生させる信号源１１と、信号源１１からのストローブ信号が入力されるストローブ入力部１１ａおよびストローブ入力部１１ｂと、ストローブ入力部１１ａおよびストローブ入力部１１ｂにそれぞれ接続された伝送パターン１２Ａおよび伝送パターン１２Ｂと、を備える。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the sampler. The sampler shown in FIG. 5 includes an input unit 1 to which a high frequency signal is input, an input unit 2A and an input unit 2B connected to the ground side of the signal source of the high frequency signal, and a transmission pattern 3 connected to the input unit 1. The transmission pattern 4A and the transmission pattern 4B connected to the input unit 2A and the input unit 2B, respectively, in parallel with the transmission pattern 3, the transmission pattern 5 connected in series to the transmission pattern 3, the transmission pattern 4A and the transmission Transmission pattern 6A and transmission pattern 6B connected in series to pattern 4B, termination resistor 7 for terminating the input high-frequency signal, switch diode 8A and switch diode 8B for sampling the high-frequency signal by switching, and charging Hold capacitor 9A for holding a high frequency signal and hold capacitor A signal source 11 for generating a step signal to be a strobe signal, a strobe input unit 11a and a strobe input unit 11b to which a strobe signal from the signal source 11 is input, and a strobe input unit 11a and a strobe input unit 11b. A transmission pattern 12A and a transmission pattern 12B connected to each other.

伝送パターン３、伝送パターン４Ａおよび伝送パターン４Ｂは１組のコプレーナー線路を、伝送パターン５、伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂは１組のコプレーナー線路を、それぞれ構成する。また、伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂは１組のスロット線路を、伝送パターン１２Ａおよび伝送パターン１２Ｂは１組のスロット線路を、それぞれ構成する。なお、信号源１１から見た場合、伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂはスロット線路とみなされ、伝送パターン５は無視される。 Transmission pattern 3, transmission pattern 4A and transmission pattern 4B constitute a set of coplanar lines, and transmission pattern 5, transmission pattern 6A and transmission pattern 6B constitute a set of coplanar lines. The transmission pattern 6A and the transmission pattern 6B constitute a set of slot lines, and the transmission pattern 12A and the transmission pattern 12B constitute a set of slot lines. When viewed from the signal source 11, the transmission pattern 6A and the transmission pattern 6B are regarded as slot lines, and the transmission pattern 5 is ignored.

次に、この回路の動作について説明する。高周波信号の信号源のグランド側を入力部２Ａおよび入力部２Ｂに接続した状態で、高周波信号を入力部１に入力する。通常時には、端子１０Ａおよび端子１０Ｂを介して逆バイアスを与えることで、スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂをオフさせておく。高周波信号の電圧は、伝送パターン３、４Ａ、４Ｂによるコプレーナー線路、伝送パターン５、６Ａ、６Ｂによるコプレーナー線路、ホールドコンデンサ９Ａおよびホールドコンデンサ９Ｂを介して、スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂに印加された状態となる。 Next, the operation of this circuit will be described. A high frequency signal is input to the input unit 1 with the ground side of the signal source of the high frequency signal connected to the input unit 2A and the input unit 2B. In normal times, the switch diode 8A and the switch diode 8B are turned off by applying a reverse bias through the terminal 10A and the terminal 10B. The voltage of the high-frequency signal was applied to the switch diode 8A and the switch diode 8B via the coplanar line by the transmission patterns 3, 4A and 4B, the coplanar line by the transmission patterns 5, 6A and 6B, the hold capacitor 9A and the hold capacitor 9B. It becomes a state.

サンプリング動作時には、ストローブ入力部１１ａおよびストローブ入力部１１ｂを介して、信号源１１からストローブ信号が与えられる。このストローブ信号は、スロット線路を構成する伝送パターン１２Ａおよび伝送パターン１２Ｂを伝播する。このとき、伝送パターン１２Ａおよび伝送パターン１２Ｂに誘起される電圧は、互いに逆の極性を持ったステップパルスを生み出す。このステップパルスは、スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂの位置を通過してスロット線路を構成する伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂを伝播し、短絡経路１４で短絡される。 During the sampling operation, a strobe signal is given from the signal source 11 via the strobe input unit 11a and the strobe input unit 11b. This strobe signal propagates through the transmission pattern 12A and the transmission pattern 12B constituting the slot line. At this time, the voltages induced in the transmission pattern 12A and the transmission pattern 12B generate step pulses having opposite polarities. This step pulse passes through the positions of the switch diode 8A and the switch diode 8B, propagates through the transmission pattern 6A and the transmission pattern 6B constituting the slot line, and is short-circuited by the short-circuit path 14.

短絡経路１４における短絡時の反射により、次に、伝送パターン１２Ａおよび伝送パターン１２Ｂの短絡経路１４側（図５において右側）の端部を起点とする、逆極性のステップパルスが、逆方向（図５において左方向）に伝播する。このステップパルスは再びスイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂの位置を逆方向（図５において左方向）に通過する。 Due to the reflection at the time of the short circuit in the short circuit path 14, next, a step pulse of reverse polarity starting from the end of the transmission pattern 12A and the transmission pattern 12B on the short circuit path 14 side (right side in FIG. 5) is reversed (see FIG. 5 in the left direction). This step pulse passes again through the positions of the switch diode 8A and the switch diode 8B in the reverse direction (leftward in FIG. 5).

このように、短時間の間に往復する２つのステップパルスが重ね合わされ、図５のＰ点およびＱ点で観測される波形は、幅の細いパルスとなる。パルスの幅はステップパルスの立ち上がり時間と、伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂで形成される伝送路の長さに制限される。ステップパルスの立ち上がりが充分速く、伝送路の長さが適切に設計されていれば、Ｐ点およびＱ点の波形はインパルス信号となる。このインパルス信号はＰ点とＱ点で逆の極性を持ち、それぞれホールドコンデンサ９Ａおよびホールドコンデンサ９Ｂを介してスイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂをインパルス信号の時間幅だけオンさせる。スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂがオンしている間、高周波信号はホールドコンデンサ９Ａおよびホールドコンデンサ９Ｂを充電する。スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂがオフした後に、端子１０Ａおよび端子１０Ｂを介して充電電圧を取り出し、これをサンプリング電圧として使用する。
特開平２−２１２７７３号公報 In this way, two step pulses that reciprocate in a short time are overlapped, and the waveform observed at points P and Q in FIG. 5 becomes a narrow pulse. The width of the pulse is limited to the rise time of the step pulse and the length of the transmission path formed by the transmission pattern 6A and the transmission pattern 6B. If the rise of the step pulse is sufficiently fast and the length of the transmission path is appropriately designed, the waveforms at points P and Q become impulse signals. The impulse signal has opposite polarities at the point P and the point Q, and the switch diode 8A and the switch diode 8B are turned on by the time width of the impulse signal via the hold capacitor 9A and the hold capacitor 9B, respectively. While the switch diode 8A and the switch diode 8B are on, the high frequency signal charges the hold capacitor 9A and the hold capacitor 9B. After the switch diode 8A and the switch diode 8B are turned off, the charging voltage is taken out via the terminal 10A and the terminal 10B and used as the sampling voltage.
JP-A-2-212773

しかし、現実の回路では使用する部品や回路の実装状況に応じて、寄生容量、寄生インダクタンス、接点に起因する損失等が発生する。 However, in an actual circuit, a parasitic capacitance, a parasitic inductance, a loss due to a contact, and the like are generated depending on a component to be used and a mounting state of the circuit.

図６は現実の実装回路における等価回路を示す回路図である。図６に示す伝送パターン２１〜２３は１組のコプレーナー線路を構成する。理想的には高周波信号はスイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂの直近で終端されることが望ましい。しかし、各部品の大きさの制約により、実際には伝送パターン２１〜２３に相当する不要な線路が形成されてしまう。 FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit in an actual mounting circuit. Transmission patterns 21 to 23 shown in FIG. 6 constitute a set of coplanar lines. Ideally, the high-frequency signal is preferably terminated in the immediate vicinity of the switch diode 8A and the switch diode 8B. However, unnecessary lines corresponding to the transmission patterns 21 to 23 are actually formed due to the size restrictions of each component.

また、スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂには、それぞれコンデンサ２４Ａおよびコンデンサ２４Ｂとして示す寄生容量が存在する。さらに、終端抵抗７には、コンデンサ２５として示す寄生容量が存在する。 Further, the switch diode 8A and the switch diode 8B have parasitic capacitances indicated as the capacitor 24A and the capacitor 24B, respectively. Further, the termination resistor 7 has a parasitic capacitance shown as the capacitor 25.

図６のインダクタンス２６はステップパルスを短絡させる経路の寄生インダクタンスを代表している。コンデンサ２７Ａおよびコンデンサ２７Ｂは、伝送パターン３、伝送パターン４Ａ、伝送パターン４Ｂ、伝送パターン５、伝送パターン６Ａ、伝送パターン６Ｂ、あるいは短絡経路１４相互間の容量結合に基づく寄生容量を代表している。また、抵抗２８は、伝送パターン３、伝送パターン４Ａ、伝送パターン４Ｂ、伝送パターン５、伝送パターン６Ａ、伝送パターン６Ｂや、入力部１、入力部２Ａあるいは入力部２Ｂへの接続のためのコネクタなどに存在する損失を代表している。 The inductance 26 in FIG. 6 represents the parasitic inductance of the path for short-circuiting the step pulse. The capacitor 27A and the capacitor 27B represent the parasitic capacitance based on the capacitive coupling between the transmission pattern 3, the transmission pattern 4A, the transmission pattern 4B, the transmission pattern 5, the transmission pattern 6A, the transmission pattern 6B, or the short-circuit path 14. The resistor 28 includes a transmission pattern 3, a transmission pattern 4A, a transmission pattern 4B, a transmission pattern 5, a transmission pattern 6A, a transmission pattern 6B, a connector for connection to the input unit 1, the input unit 2A, or the input unit 2B. Is representative of the loss that exists.

これらの寄生容量、寄生インダクタンス、損失等は、実際には伝送線路やその接続部分などに分布定数的に存在するものであるが、図６では回路中に挿入された各素子に代表して表現している。 These parasitic capacitances, parasitic inductances, losses, and the like actually exist in a distributed constant manner in the transmission line and its connection part, but in FIG. 6, they are represented as representative elements inserted in the circuit. is doing.

図６に示すような寄生容量、寄生インダクタンス、損失等は、サンプラーの性能を制限する要因となる。 Parasitic capacitance, parasitic inductance, loss, and the like as shown in FIG. 6 are factors that limit the performance of the sampler.

例えば、スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂの寄生容量はサンプラーの動作周波数を制限する。また、抵抗２８により代表される損失は実際には周波数特性を持ち、周波数が高いほど損失が大きくなるため、これも動作周波数の制限となる。 For example, the parasitic capacitances of the switch diode 8A and the switch diode 8B limit the operating frequency of the sampler. In addition, the loss typified by the resistor 28 actually has a frequency characteristic, and the loss increases as the frequency increases, and this also limits the operating frequency.

また、インダクタンス２６に代表されるステップパルスを短絡させる経路の寄生インダクタンスもまた、サンプラーの動作周波数を制限する。さらに、コンデンサ２７Ａおよびコンデンサ２７Ｂが代表する寄生容量は、伝送パターン３、伝送パターン４Ａ、伝送パターン４Ｂ、伝送パターン５、伝送パターン６Ａ、伝送パターン６Ｂによる伝送線路のインピーダンスを乱す。その結果、インピーダンスの不整合による反射を生じ、高周波信号が正常に伝送されなくなり、動作周波数が制限される。 Further, the parasitic inductance of the path for short-circuiting the step pulse represented by the inductance 26 also limits the operating frequency of the sampler. Furthermore, the parasitic capacitance represented by the capacitor 27A and the capacitor 27B disturbs the impedance of the transmission line by the transmission pattern 3, the transmission pattern 4A, the transmission pattern 4B, the transmission pattern 5, the transmission pattern 6A, and the transmission pattern 6B. As a result, reflection due to impedance mismatch occurs, high-frequency signals are not transmitted normally, and the operating frequency is limited.

さらに、従来のサンプラーにおいては、ストローブ信号の振幅不足によるダイナミックレンジの制限が発生しやすいという問題がある。ストローブ信号には、スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂをオンさせるのに必要なだけの振幅が要求される。スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂは逆バイアスされており、さらに高周波信号が印加されて逆バイアスが深くなった状態からスイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂをオンさせなければならない。このため、ストローブ信号には大きな振幅が必要となり、その振幅の大きさがサンプラーのダイナミックレンジに影響する。 Further, the conventional sampler has a problem that the dynamic range is likely to be limited due to insufficient amplitude of the strobe signal. The strobe signal is required to have an amplitude sufficient to turn on the switch diode 8A and the switch diode 8B. The switch diode 8A and the switch diode 8B are reverse-biased, and the switch diode 8A and the switch diode 8B must be turned on from a state where the reverse bias is deepened by applying a high frequency signal. For this reason, a large amplitude is required for the strobe signal, and the magnitude of the amplitude affects the dynamic range of the sampler.

一方、ストローブ信号の立ち上がり時間は動作速度に影響するため、動作周波数の広いサンプラーを得るためには、その立ち上がりが速いほどよい。 On the other hand, since the rise time of the strobe signal affects the operation speed, it is better that the rise time is faster in order to obtain a sampler with a wide operation frequency.

このように、立ち上がりが速く振幅が大きいストローブ信号が必要であるが、立ち上がりの速い信号は伝送が困難であり損失も大きくなるため、その両立は困難である。 As described above, a strobe signal having a fast rise and a large amplitude is required. However, since a signal having a fast rise is difficult to transmit and has a large loss, it is difficult to achieve both.

本発明の目的は、広帯域なサンプラー、あるいはダイナミックレンジの大きいサンプラーを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a broadband sampler or a sampler with a large dynamic range.

本発明のサンプラーは、元信号と、元信号が反射されて形成された反射信号とが合成されて形成されたインパルス信号によりスイッチング素子をスイッチさせて高周波信号をサンプリングするサンプラーにおいて、前記元信号を出力する信号源と、前記信号源から出力された前記元信号を前記スイッチング素子まで導く経路と、前記経路に高いインピーダンスを与える高インピーダンス付与手段と、を備え、前記高インピーダンス付与手段は、前記信号源から前記スイッチング素子までの間に形成されたテーパー状の線路を用いて構成されることを特徴とする。 The sampler of the present invention is a sampler that samples a high-frequency signal by switching a switching element with an impulse signal formed by combining an original signal and a reflected signal formed by reflecting the original signal. an output signal source for a pathway leading to the original signal output from the signal source to the switching element, e Bei and a high impedance applying means for applying a high impedance to said path, said high impedance applying means, said A taper-shaped line formed between a signal source and the switching element is used.

前記高インピーダンス付与手段は、一対の前記線路からなるスロット線路であってもよい。The high impedance applying means may be a slot line composed of a pair of the lines.

前記元信号を伝達する経路を基板上の一対の導体パターンにより形成し、前記元信号の反射により前記反射信号を作り出す短絡経路を、前記一対の導体パターン間を短絡する金属ブロックを用いて形成してもよい。A path for transmitting the original signal is formed by a pair of conductor patterns on a substrate, and a short-circuit path for generating the reflected signal by reflection of the original signal is formed by using a metal block that short-circuits the pair of conductor patterns. May be.

前記高周波信号が前記スイッチング素子に流れ込む経路中に存在する寄生容量を補償する補償回路として、前記高周波信号が前記スイッチング素子に流れ込む前記経路中に、前記寄生容量と直列にインダクタンスを挿入してもよい。 As a compensation circuit for compensating the parasitic capacitance of the high-frequency signal is present in the path of flowing into the switching element, the said path in which the high-frequency signal flows into the switching element may be inserted inductance to the parasitic capacitance and series .

前記寄生容量は前記スイッチング素子の寄生容量であってもよい。The parasitic capacitance may be a parasitic capacitance of the switching element.

前記高周波信号が前記スイッチング素子に流れ込む経路中に存在する損失を補償する補償回路として、前記高周波信号が前記スイッチング素子に流れ込む前記経路中に、前記損失と直列に容量性の回路を挿入してもよい。 As a compensation circuit that compensates for a loss existing in a path through which the high-frequency signal flows into the switching element, a capacitive circuit may be inserted in series with the loss in the path through which the high-frequency signal flows into the switching element. Good.

前記高周波信号が前記スイッチング素子に流れ込む経路中に存在する損失を補償する補償回路として、前記高周波信号が前記スイッチング素子に流れ込む前記経路中に、前記損失と直列にテーパー状の線路を挿入してもよい。As a compensation circuit that compensates for a loss that exists in a path through which the high-frequency signal flows into the switching element, a tapered line may be inserted in series with the loss in the path through which the high-frequency signal flows into the switching element. Good.

本発明のサンプラーによれば、補償回路が寄生容量を補償するので、サンプラーの動作帯域を拡大できる。 According to the sampler of the present invention, since the compensation circuit compensates for the parasitic capacitance, the operating band of the sampler can be expanded.

本発明のサンプラーによれば、補償回路が損失を補償するので、サンプラーの動作帯域を拡大できる。 According to the sampler of the present invention, since the compensation circuit compensates for the loss, the operating band of the sampler can be expanded.

本発明のサンプラーによれば、インダクタンスにより経路のインピーダンス整合が行われるので、サンプラーの動作帯域を拡大できる。 According to the sampler of the present invention, the impedance matching of the path is performed by the inductance, so that the operating band of the sampler can be expanded.

本発明のサンプラーによれば、ハイパス特性を有する補償回路により経路の周波数特性が補償されるので、サンプラーの動作帯域を拡大できる。 According to the sampler of the present invention, the frequency characteristic of the path is compensated by the compensation circuit having a high-pass characteristic, so that the operating band of the sampler can be expanded.

本発明のサンプラーによれば、高インピーダンスの線路により短絡経路に基づく容量成分を補償するので、高周波信号がスイッチング素子に流れ込む経路の周波数特性が向上してサンプラーの動作帯域を拡大できる。 According to the sampler of the present invention, the capacitance component based on the short-circuit path is compensated by the high impedance line, so that the frequency characteristic of the path through which the high-frequency signal flows into the switching element is improved, and the operating band of the sampler can be expanded.

本発明のサンプラーによれば、短絡経路を、金属ブロックを用いて形成したので、低インピーダンスの短絡経路を得ることができ、短絡経路の周波数特性が向上してサンプラーの動作帯域を拡大できる。 According to the sampler of the present invention, since the short-circuit path is formed using the metal block, a low-impedance short-circuit path can be obtained, and the frequency characteristic of the short-circuit path can be improved and the operating band of the sampler can be expanded.

本発明のサンプラーによれば、元信号の経路のインピーダンスを高くする線路ないし回路を設けたので、元信号および反射信号の振幅を拡大でき、インパルス信号の振幅も増大するため、サンプラーのダイナミックレンジを拡大できる。 According to the sampler of the present invention, since the line or circuit for increasing the impedance of the path of the original signal is provided, the amplitude of the original signal and the reflected signal can be expanded, and the amplitude of the impulse signal is also increased. Can be expanded.

以下、図１〜図４を参照して、本発明によるサンプラーの実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a sampler according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図１は本実施形態のサンプラーの構成を示す等価回路図である。 FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing the configuration of the sampler of this embodiment.

本実施形態のサンプラーは、高周波信号が入力される入力部１と、高周波信号の信号源のグランド側に接続される入力部２Ａおよび入力部２Ｂと、入力部１に接続される伝送パターン３と、入力部２Ａおよび入力部２Ｂにそれぞれ接続され、伝送パターン３と平行に設けられた伝送パターン４Ａおよび伝送パターン４Ｂと、伝送パターン３に直列に接続された伝送パターン５と、伝送パターン４Ａおよび伝送パターン４Ｂに、それぞれ直列に接続された伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂと、入力された高周波信号を終端する終端抵抗７と、スイッチングにより高周波信号をサンプリングするスイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂと、充電により高周波信号をホールドするホールドコンデンサ９Ａおよびホールドコンデンサ９Ｂと、ストローブ信号となるステップ信号を発生させる信号源１１と、信号源１１からのストローブ信号が入力されるストローブ入力部１１ａおよびストローブ入力部１１ｂと、ストローブ入力部１１ａおよびストローブ入力部１１ｂにそれぞれ接続されたテーパ線路３４Ａおよびテーバ線路３４Ｂと、を備える。 The sampler of the present embodiment includes an input unit 1 to which a high-frequency signal is input, an input unit 2A and an input unit 2B that are connected to the ground side of the signal source of the high-frequency signal, and a transmission pattern 3 that is connected to the input unit 1. The transmission pattern 4A and the transmission pattern 4B connected to the input unit 2A and the input unit 2B, respectively, in parallel with the transmission pattern 3, the transmission pattern 5 connected in series to the transmission pattern 3, the transmission pattern 4A and the transmission Transmission pattern 6A and transmission pattern 6B connected in series to pattern 4B, termination resistor 7 for terminating the input high-frequency signal, switch diode 8A and switch diode 8B for sampling the high-frequency signal by switching, and charging Hold capacitor 9A for holding a high frequency signal and hold capacitor A sensor 9B, a signal source 11 for generating a step signal to be a strobe signal, a strobe input unit 11a and a strobe input unit 11b to which a strobe signal from the signal source 11 is input, and a strobe input unit 11a and a strobe input unit 11b. A taper line 34A and a taber line 34B, which are connected to each other, are provided.

伝送パターン３、伝送パターン４Ａおよび伝送パターン４Ｂは１組のコプレーナー線路を、伝送パターン５、伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂは１組のコプレーナー線路を、それぞれ構成する。また、伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂは１組のスロット線路を、テーパ線路３４Ａおよびテーパ線路３４Ｂは１組のスロット線路を、それぞれ構成する。なお、信号源１１から見た場合、伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂはスロット線路とみなされ、伝送パターン５は無視される。 Transmission pattern 3, transmission pattern 4A and transmission pattern 4B constitute a set of coplanar lines, and transmission pattern 5, transmission pattern 6A and transmission pattern 6B constitute a set of coplanar lines. The transmission pattern 6A and the transmission pattern 6B constitute a set of slot lines, and the taper line 34A and the taper line 34B constitute a set of slot lines. When viewed from the signal source 11, the transmission pattern 6A and the transmission pattern 6B are regarded as slot lines, and the transmission pattern 5 is ignored.

図１に示す伝送パターン２１〜２３は１組のコプレーナー線路を構成する。伝送パターン２１〜２３は、各部品の大きさの制約等により形成される線路の電気特性を等価的に示している。 The transmission patterns 21 to 23 shown in FIG. 1 constitute a set of coplanar lines. The transmission patterns 21 to 23 equivalently show the electrical characteristics of the line formed due to restrictions on the size of each component.

図１のインダクタンス２６はステップパルスを短絡させる経路の寄生インダクタンスを代表している。コンデンサ２７Ａおよびコンデンサ２７Ｂは、伝送パターン３、伝送パターン４Ａ、伝送パターン４Ｂ、伝送パターン５、伝送パターン６Ａ、伝送パターン６Ｂ、あるいは短絡経路１４相互間の容量結合に基づく寄生容量を代表している。また、抵抗２８は、伝送パターン３、伝送パターン４Ａ、伝送パターン４Ｂ、伝送パターン５、伝送パターン６Ａ、伝送パターン６Ｂや、入力部１、入力部２Ａあるいは入力部２Ｂへの接続のためのコネクタなどに存在する損失を代表している。 The inductance 26 in FIG. 1 represents the parasitic inductance of the path that shorts the step pulse. The capacitor 27A and the capacitor 27B represent the parasitic capacitance based on the capacitive coupling between the transmission pattern 3, the transmission pattern 4A, the transmission pattern 4B, the transmission pattern 5, the transmission pattern 6A, the transmission pattern 6B, or the short-circuit path 14. The resistor 28 includes a transmission pattern 3, a transmission pattern 4A, a transmission pattern 4B, a transmission pattern 5, a transmission pattern 6A, a transmission pattern 6B, a connector for connection to the input unit 1, the input unit 2A, or the input unit 2B. Is representative of the loss that exists.

これらの寄生容量、寄生インダクタンス、損失等は、実際には伝送線路やその接続部分などに分布定数的に存在するものであるが、図１では回路中に挿入された各素子に代表して表現している。 These parasitic capacitances, parasitic inductances, losses, and the like actually exist in a distributed constant manner in the transmission line and the connection portion thereof, but in FIG. 1, they are represented by representative elements inserted in the circuit. is doing.

図１に示すように、本実施形態のサンプラーでは、インダクタンス３１およびインダクタンス３２をスイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂの近傍に挿入している。このインダクタンス３１およびインダクタンス３２は、コンデンサ２４Ａおよびコンデンサ２４Ｂとして示すスイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂの寄生容量を補償し、回路のインピーダンスを伝送パターン３、伝送パターン４Ａ、伝送パターン４Ｂ、伝送パターン５、伝送パターン６Ａ、伝送パターン６Ｂによる伝送線路と整合させる機能を持つ。実際にはインダクタンス３１およびインダクタンス３２の値は小さくてよいため、インピーダンスが高めの伝送線路を該当する位置に挿入している。 As shown in FIG. 1, in the sampler of this embodiment, an inductance 31 and an inductance 32 are inserted in the vicinity of the switch diode 8A and the switch diode 8B. The inductance 31 and the inductance 32 compensate for the parasitic capacitance of the switch diode 8A and the switch diode 8B shown as the capacitor 24A and the capacitor 24B, and the impedance of the circuit is the transmission pattern 3, the transmission pattern 4A, the transmission pattern 4B, the transmission pattern 5, and the transmission. It has the function of matching with the transmission line by the pattern 6A and the transmission pattern 6B. Actually, since the values of the inductance 31 and the inductance 32 may be small, a transmission line having a high impedance is inserted at a corresponding position.

同様に、終端抵抗７の近傍に挿入されたインダクタンス３３は、コンデンサ２５として示す終端抵抗７の寄生容量の影響を打ち消している。 Similarly, the inductance 33 inserted in the vicinity of the termination resistor 7 cancels the influence of the parasitic capacitance of the termination resistor 7 shown as the capacitor 25.

図１に示すように、コンデンサ３５ａおよび抵抗３５ｂからなるハイパスフィルタ３５が、伝送パターン５と直列に挿入されている。このハイパスフィルタ３５は、伝送パターン３、伝送パターン４Ａ、伝送パターン４Ｂ、伝送パターン５、伝送パターン６Ａ、伝送パターン６Ｂ、伝送パターン２１〜２３からなる伝送線路における損失、および、入力部１、入力部２Ａ、入力部２Ｂに接続されるコネクタおよびその接点における損失を補償する。これらの損失の周波数特性の逆に近い特性を持つハイパスフィルタ３５等を高周波信号の入力経路に挿入することにより、サンプラーの周波数特性を平坦にすることができる。 As shown in FIG. 1, a high-pass filter 35 including a capacitor 35 a and a resistor 35 b is inserted in series with the transmission pattern 5. The high-pass filter 35 includes a transmission pattern 3, a transmission pattern 4A, a transmission pattern 4B, a transmission pattern 5, a transmission pattern 6A, a transmission pattern 6B, a loss in a transmission line including the transmission patterns 21 to 23, an input unit 1, and an input unit. 2A, the loss in the connector connected to the input unit 2B and its contact is compensated. By inserting a high-pass filter 35 or the like having characteristics close to the inverse of the frequency characteristics of these losses into the high-frequency signal input path, the frequency characteristics of the sampler can be flattened.

本実施形態のサンプラーでは、ストローブ信号の振幅を稼ぐために、信号源１１から出力されるステップ信号を高インピーダンスで受けるようにしている。図１に示すように、ステップ信号はテーパー線路３４Ａおよびテーパー線路３４Ｂを介して入力される。テーパー線路３４Ａおよびテーパー線路３４Ｂによりステップ信号の反射が抑制されるように、インピーダンス変換している。また、伝送パターン２２および伝送パターン２３で構成されるスロット線路と、伝送パターン６Ａおよび伝送パターン６Ｂで構成されるスロット線路のインピーダンスを、テーパー線路３４Ａおよびテーパー線路３４Ｂによる変換後のインピーダンスに整合させている。このように、ステップ信号を信号源１１よりも高インピーダンスで受けることで、スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂに与えるストローブ信号の振幅を拡大している。 In the sampler of this embodiment, the step signal output from the signal source 11 is received with high impedance in order to increase the amplitude of the strobe signal. As shown in FIG. 1, the step signal is input through the tapered line 34A and the tapered line 34B. Impedance conversion is performed so that reflection of the step signal is suppressed by the tapered line 34A and the tapered line 34B. Further, the impedance of the slot line constituted by the transmission pattern 22 and the transmission pattern 23 and the impedance of the slot line constituted by the transmission pattern 6A and the transmission pattern 6B are matched with the impedance converted by the tapered line 34A and the tapered line 34B. Yes. In this way, the step signal is received at a higher impedance than the signal source 11, thereby expanding the amplitude of the strobe signal applied to the switch diode 8A and the switch diode 8B.

このため、本実施形態のサンプラーでは、立ち上がりが速く、しかも振幅の大きなストローブ信号を得ることができるため、サンプラーのダイナミックレンジを効果的に拡大できる。 For this reason, in the sampler of the present embodiment, a strobe signal that rises quickly and has a large amplitude can be obtained, so that the dynamic range of the sampler can be effectively expanded.

コンデンサ２７Ａおよびコンデンサ２７Ｂにより代表される、伝送パターン３、伝送パターン４Ａ、伝送パターン４Ｂ、伝送パターン５、伝送パターン６Ａ、伝送パターン６Ｂ、あるいは短絡経路１４相互間の容量結合に基づく寄生容量により、伝送パターン３、伝送パターン４Ａ、伝送パターン４Ｂ、伝送パターン５、伝送パターン６Ａ、伝送パターン６Ｂからなる伝送線路のインピーダンスが乱れ、低めのインピーダンスとなる。本実施形態のサンプラーでは、その寄生容量を打ち消すために短絡経路１４の近傍にインピーダンスの高い伝送線路３６、伝送線路３７Ａ、伝送線路３７Ｂ、伝送線路３８、伝送線路３９Ａ、伝送線路３９Ｂを挿入する。これにより、寄生容量の容量成分が打ち消され、インピーダンスの乱れを最小限に抑えることができる。 Transmission by parasitic capacitance based on capacitive coupling between transmission pattern 3, transmission pattern 4A, transmission pattern 4B, transmission pattern 5, transmission pattern 6A, transmission pattern 6B, or short-circuit path 14 represented by capacitor 27A and capacitor 27B The impedance of the transmission line composed of the pattern 3, the transmission pattern 4A, the transmission pattern 4B, the transmission pattern 5, the transmission pattern 6A, and the transmission pattern 6B is disturbed and becomes a low impedance. In the sampler of the present embodiment, a transmission line 36, a transmission line 37A, a transmission line 37B, a transmission line 38, a transmission line 39A, and a transmission line 39B having high impedance are inserted in the vicinity of the short-circuit path 14 in order to cancel the parasitic capacitance. As a result, the capacitance component of the parasitic capacitance is canceled out, and the disturbance of impedance can be minimized.

図２は本実施形態のサンプラーの実装状態を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図である。 2A and 2B are diagrams illustrating a mounting state of the sampler according to the present embodiment. FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIb-IIb in FIG.

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、本実施形態のサンプラーは、基板５１上にスイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂ、その他の部品が内蔵されてサンプラーの回路を構成するモジュール５２が実装され、構成される。 As shown in FIG. 2A and FIG. 2B, the sampler of this embodiment includes a module 52 in which a switch diode 8A, a switch diode 8B, and other components are built on a substrate 51 to constitute a sampler circuit. Is implemented and configured.

基板５１には、伝送パターン３に相当する導体パターン５３と、伝送パターン４Ａおよび伝送パターン４Ｂに相当する導体パターン５４および導体パターン５５とが形成されている。導体パターン５３、導体パターン５４および導体パターン５５には同軸ケーブル５６により伝送される高周波信号が与えられる。導体パターン５４および導体パターン５５は、高周波信号の信号源のグランド側に接続される。 On the substrate 51, a conductor pattern 53 corresponding to the transmission pattern 3, and a conductor pattern 54 and a conductor pattern 55 corresponding to the transmission pattern 4A and the transmission pattern 4B are formed. The conductor pattern 53, the conductor pattern 54, and the conductor pattern 55 are given a high frequency signal transmitted through the coaxial cable 56. The conductor pattern 54 and the conductor pattern 55 are connected to the ground side of the signal source of the high frequency signal.

短絡ブロック６０は導体パターン５４および導体パターン５５を接続するトンネル状の金属製ブロックであり、図１における短絡経路１４を構成する。短絡ブロック６０は広い面積で導体パターン５４および導体パターン５５に対し接続されるとともに、短絡経路１４としての断面積を大きくできる。また、短絡ブロック６０に形成された切り欠き６１により、導体パターン５３との間の距離を充分に確保できる。このため、インダクタンス２６、コンデンサ２７Ａおよびコンデンサ２７Ｂ（図１）で示されるインダクタンス成分や寄生容量成分を抑制でき、理想に近い短絡経路１４が構成される。このため、基板上での配線やワイヤボンディングにより短絡経路１４を構成する場合に比較して、サンプラーの動作周波数を効果的に拡大できる。なお、短絡ブロック６０の形状を選択して、最適なインピーダンス特性を持たせることもできる。 The short-circuit block 60 is a tunnel-shaped metal block that connects the conductor pattern 54 and the conductor pattern 55, and constitutes the short-circuit path 14 in FIG. The short-circuit block 60 is connected to the conductor pattern 54 and the conductor pattern 55 in a wide area, and the cross-sectional area as the short-circuit path 14 can be increased. Further, the notch 61 formed in the short-circuit block 60 can ensure a sufficient distance from the conductor pattern 53. For this reason, the inductance component and the parasitic capacitance component indicated by the inductance 26, the capacitor 27A, and the capacitor 27B (FIG. 1) can be suppressed, and the near-ideal short-circuit path 14 is configured. For this reason, compared with the case where the short circuit path 14 is formed by wiring or wire bonding on the substrate, the operating frequency of the sampler can be effectively expanded. Note that the shape of the short-circuit block 60 can be selected to provide optimum impedance characteristics.

図３は別の実装状態を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線方向から見た側面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のIIIｃ−IIIｃ線断面図である。 FIG. 3 is a view showing another mounting state, FIG. 3 (a) is a plan view, FIG. 3 (b) is a side view seen from the direction of line IIIb-IIIb in FIG. 3 (a), and FIG. 3 (c). These are the IIIc-IIIc sectional view taken on the line of Fig.3 (a).

図３に示す例では、短絡ブロック６０（図２）に代えて、基板を覆う金属製のパッケージを用いて、短絡経路を構成している。 In the example shown in FIG. 3, instead of the short circuit block 60 (FIG. 2), a short circuit path is configured using a metal package that covers the substrate.

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板５１Ａ上には、スイッチダイオード８Ａおよびスイッチダイオード８Ｂ、その他の部品が内蔵されてサンプラーの回路を構成するモジュール５２が実装される。 As shown in FIGS. 3A to 3C, on the substrate 51A, the switch diode 8A, the switch diode 8B, and other components are built, and a module 52 constituting a sampler circuit is mounted.

基板５１Ａには、伝送パターン３に相当する導体パターン５３Ａと、伝送パターン４Ａおよび伝送パターン４Ｂに相当する導体パターン５４Ａおよび導体パターン５５Ａとが形成されている。導体パターン５３Ａ、導体パターン５４Ａおよび導体パターン５５Ａには同軸ケーブル５６Ａにより伝送される高周波信号が与えられる。導体パターン５４Ａおよび導体パターン５５Ａは、高周波信号の信号源のグランド側に接続される。 A conductor pattern 53A corresponding to the transmission pattern 3, and a conductor pattern 54A and a conductor pattern 55A corresponding to the transmission pattern 4A and the transmission pattern 4B are formed on the substrate 51A. A high frequency signal transmitted by the coaxial cable 56A is given to the conductor pattern 53A, the conductor pattern 54A, and the conductor pattern 55A. The conductor pattern 54A and the conductor pattern 55A are connected to the ground side of the signal source of the high frequency signal.

基板５１Ａ上のモジュール５２をその内部空間７２に収容するパッケージ７０は、同軸ケーブル５６Ａが挿入される切り欠き７１が形成された金属製のブロックとして構成されるとともに、図１における短絡経路１４を構成する。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、パッケージ７０はその端面において広い面積で導体パターン５４Ａおよび導体パターン５５Ａに対し接続されるとともに、短絡経路１４としての断面積を大きくできる。また、パッケージ７０に形成された切り欠き７１により、導体パターン５３Ａとの間の距離を充分に確保できる。このため、インダクタンス２６、コンデンサ２７Ａおよびコンデンサ２７Ｂ（図１）で示されるインダクタンス成分や寄生容量成分を抑制でき、理想に近い短絡経路１４が構成される。このため、基板上での配線やワイヤボンディングにより短絡経路１４を構成する場合に比較して、サンプラーの動作周波数を効果的に拡大できる。なお、パッケージ７０の形状を選択して、最適なインピーダンス特性を持たせることもできる。 A package 70 for accommodating the module 52 on the substrate 51A in the internal space 72 is configured as a metal block in which a notch 71 into which the coaxial cable 56A is inserted is formed, and the short circuit path 14 in FIG. 1 is configured. To do. As shown in FIGS. 3A to 3C, the package 70 is connected to the conductor pattern 54A and the conductor pattern 55A over a wide area at the end face, and the cross-sectional area as the short-circuit path 14 can be increased. Further, the notch 71 formed in the package 70 can ensure a sufficient distance from the conductor pattern 53A. For this reason, the inductance component and the parasitic capacitance component indicated by the inductance 26, the capacitor 27A, and the capacitor 27B (FIG. 1) can be suppressed, and the near-ideal short-circuit path 14 is configured. For this reason, compared with the case where the short circuit path 14 is formed by wiring or wire bonding on the substrate, the operating frequency of the sampler can be effectively expanded. Note that the shape of the package 70 can be selected to provide optimum impedance characteristics.

このように、パッケージ７０に近接してモジュール５２を実装できる場合には、パッケージ７０を利用して短絡経路１４を構成することができる。 As described above, when the module 52 can be mounted close to the package 70, the short-circuit path 14 can be configured using the package 70.

図４の構成は、図１の構成におけるハイパスフィルタ３５に代えて、同様のハイパス特性を持つテーパー線路４１を挿入することで、抵抗２８として示す損失を補償する例を示している。図４において伝送パターン４２および伝送パターン４３は、テーパー線路４１との組み合わせでインピーダンス整合を図るためのものである。 The configuration of FIG. 4 shows an example in which the loss shown as the resistor 28 is compensated by inserting a tapered line 41 having the same high-pass characteristic instead of the high-pass filter 35 in the configuration of FIG. In FIG. 4, the transmission pattern 42 and the transmission pattern 43 are used for impedance matching in combination with the tapered line 41.

以上説明したように、本発明のサンプラーによれば、補償回路が寄生容量を補償するので、サンプラーの動作帯域を拡大できる。また、補償回路が損失を補償するので、サンプラーの動作帯域を拡大できる。また、インダクタンスにより経路のインピーダンス整合が行われるので、サンプラーの動作帯域を拡大できる。また、ハイパス特性を有する補償回路により経路の周波数特性が補償されるので、サンプラーの動作帯域を拡大できる。また、高インピーダンスの線路により短絡経路に基づく容量成分を補償するので、短絡経路の周波数特性が向上してサンプラーの動作帯域を拡大できる。また、短絡経路を、金属ブロックを用いて形成したので、低インピーダンスの短絡経路を得ることができ、短絡経路の周波数特性が向上してサンプラーの動作帯域を拡大できる。 As described above, according to the sampler of the present invention, since the compensation circuit compensates for the parasitic capacitance, the operating band of the sampler can be expanded. In addition, since the compensation circuit compensates for the loss, the operating band of the sampler can be expanded. Further, since the impedance matching of the path is performed by the inductance, the operating band of the sampler can be expanded. Further, since the frequency characteristic of the path is compensated by the compensation circuit having a high-pass characteristic, the operating band of the sampler can be expanded. In addition, since the capacitance component based on the short-circuit path is compensated by the high impedance line, the frequency characteristic of the short-circuit path is improved and the operating band of the sampler can be expanded. Further, since the short-circuit path is formed using a metal block, a low-impedance short-circuit path can be obtained, the frequency characteristics of the short-circuit path can be improved, and the operating band of the sampler can be expanded.

さらに、本発明のサンプラーによれば、元信号の経路のインピーダンスを高くする線路ないし回路を設けたので、元信号および反射信号の振幅を拡大でき、インパルス信号の振幅も増大するため、サンプラーのダイナミックレンジを拡大できる。 Furthermore, according to the sampler of the present invention, since the line or circuit for increasing the impedance of the path of the original signal is provided, the amplitude of the original signal and the reflected signal can be enlarged and the amplitude of the impulse signal is also increased. The range can be expanded.

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は測定装置に限定されず、例えば、ミキサーにも適用される。本発明は、インパルス信号によりスイッチング素子をスイッチさせて高周波信号をサンプリングするサンプラーに対し、広く適用することができる。 The scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention is not limited to a measuring apparatus, and is applied to, for example, a mixer. The present invention can be widely applied to a sampler that switches a switching element with an impulse signal and samples a high-frequency signal.

本実施形態のサンプラーの構成を示す等価回路図。The equivalent circuit diagram which shows the structure of the sampler of this embodiment. 本実施形態のサンプラーの実装状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図。It is a figure which shows the mounting state of the sampler of this embodiment, (a) is a top view, (b) is the IIb-IIb sectional view taken on the line of (a). 別の実装状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）のIIIｃ−IIIｃ線断面図。It is a figure which shows another mounting state, (a) is a top view, (b) is the side view seen from the IIIb-IIIb line direction of (a), (c) is the IIIc-IIIc sectional view taken on the line of (a). . ハイパスフィルタに代えて、同様のハイパス特性を持つテーパー線路を挿入した例を示す等価回路図。The equivalent circuit diagram which shows the example which replaced with the high pass filter and inserted the taper line | wire with the same high pass characteristic. 従来のサンプラーの構成例を示す回路図。The circuit diagram which shows the structural example of the conventional sampler. 従来のサンプラーの等価回路図。The equivalent circuit diagram of the conventional sampler.

Explanation of symbols

３１インダクタンス
３２インダクタンス
３３インダクタンス
３４Ａ，３４Ｂテーパー線路
３５ハイパスフィルタ
３６，３７Ａ，３７Ｂ，３８，３９Ａ，３９Ｂ伝送線路
31 Inductance 32 Inductance 33 Inductance 34A, 34B Tapered Line 35 High Pass Filter 36, 37A, 37B, 38, 39A, 39B Transmission Line

Claims

In a sampler that samples a high-frequency signal by switching a switching element with an impulse signal formed by combining an original signal and a reflection signal formed by reflecting the original signal,
A signal source for outputting the original signal;
A path for guiding the original signal output from the signal source to the switching element;
High-impedance imparting means for imparting high impedance to the path;
Bei to give a,
The sampler characterized in that the high impedance applying means is configured using a tapered line formed between the signal source and the switching element.

The sampler according to claim 1, wherein the high impedance applying unit is a slot line including a pair of the lines .

A path for transmitting the original signal is formed by a pair of conductor patterns on the substrate,
3. The sampler according to claim 1, wherein a short-circuit path that creates the reflected signal by reflecting the original signal is formed using a metal block that short-circuits between the pair of conductor patterns.

As a compensation circuit for compensating a parasitic capacitance existing in a path through which the high-frequency signal flows into the switching element, an inductance is inserted in series with the parasitic capacitance in the path through which the high-frequency signal flows into the switching element. The sampler according to any one of claims 1 to 3.

The sampler according to claim 4, wherein the parasitic capacitance is a parasitic capacitance of the switching element.

As a compensation circuit that compensates for a loss existing in a path through which the high-frequency signal flows into the switching element, a capacitive circuit is inserted in series with the loss in the path through which the high-frequency signal flows into the switching element. The sampler according to claim 1, wherein the sampler is characterized in that

As a compensation circuit that compensates for a loss existing in a path through which the high-frequency signal flows into the switching element, a tapered line is inserted in series with the loss in the path through which the high-frequency signal flows into the switching element. The sampler according to claim 1, wherein the sampler is characterized in that