间歇动作电路及调制装置的制作方法

专利名称：间歇动作电路及调制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及间歇动作电路，尤其涉及使振荡电路、放大电路以及倍频电 路进行间歇动作，而且，从间歇动作的开始直至稳定状态为止的过度状态(上升rise)和从稳定状态直至间歇动作的结束为止的过度状态(下降fall)非常 短的间歇动作电路。另外，本发明涉及具有这样的间歇动作电路的调制装置。
背景技术：
以往，作为UWB(Ultra Wide Band:超宽带)技术之一，以往进行了对使 用短脉沖信号(short-pulse signal)的通信和雷达的研制。作为使短脉沖信号成 为只具有期望的频带分量的信号，有由滤波器对脉沖信号进行频带限制来 只提取特定的频率分量的方法，以及通过输入脉沖性的控制信号来使振荡电 路进行间歇动作，从而得到短脉冲的方法。另外，也有通过将脉沖性的控制 信号输入到放大电路和倍频电路来使电路进行间歇动作，从而生成与控制信 号的电压电平高的区间对应的短脉沖的方法。振荡电路包括晶体管等的有源元件(active component)、由隧道二极管(t unnel diode)和运算放大器(opemtional amplifier)构成的负电阻元件(negative r esistance element),以及谐振电路。使用图l,对使用隧道二极管振荡电路的 以往的间歇动作电路进行说明。在间歇动作电路10中，从控制信号产生电路l l输出的控制信号通过电感器(inductor)12,被输入到负电阻元件13。负电阻元 件13具有如图中的14所示的电压-电流特性，其在所输入的控制信号的电压处 于区域l时进行振荡，而处于区域2或区域3时停止振荡(参见专利文献l)。然而，在上述的以往的电路结构中，在将脉冲性的控制信号输入到电路 时，因在电路中所存在的寄生电容(parasitic capacitance)和杂散电容(stray capacitance)而使控制信号波形不陡哨(rounded)。因此，发生如下问题存在 从输入控制信号开始直至稳定状态为止的时间(上升时间)以及从控制信号的 停止开始直至振荡停止的时间(下降时间)，其结果，输出波形的上升和下降不 陡峭。不仅在作为负电阻元件采用了隧道二极管的情况，在使用晶体管的振荡电路中，也同样会发生上述的问题。而且，不限于振荡电路，在使放大电 路和倍频电路进行间歇动作时也会发生同样的问题。以往，作为解决该问题的一个方法，如图2所示，作为控制信号使用在上升沿和下降沿产生了过沖(overshoot)22和下冲(undershoot)23的波形21的 方法众所周知。由于通过过沖22和下冲23,能够抵消起因于振荡电路、放 大电路和倍频电路内所存在的输入电容(端子间电容和杂散电容)的波形的不 陡山肖，所以能够有效地缩短输出波形的上升时间和下降时间。但是，基于该方法，输出波形不会超过控制信号的斜率地高速上升，而 且，难以进行理想的波形整形。为了简便地进行波形整形，使用加速电容器 (speed-up capacitor)来产生过冲和下冲的技术众所周知，但是由于在电容器存 在自共振频率(self-resonant frequency),所产生的过冲和下沖的频率分量上存 在界限，所以控制信号不能呈示十分陡峭的波形。因此，如图3中的波形31 所示，呈示上升和下降较缓的波形，虽然具有对输入电容进行充电(charge)的 效果，但是得不到毫微秒级(nanosecond-order)的上升特性。尤其在为间歇振 荡电路的情况下，源于电路中的反馈电路的延迟，难以生成能够适用于UWB 的短脉冲。作为解决上述问题的方法，如图4所示，存在基于来自定时产生电路44 的定时波形，将时间宽度较短的起动促进信号输入到振荡电路43的技术，所 述起动促进信号为通过标准信号产生装置41产生的、具有与包含晶体振子 42的振荡电路43相同的频率分量的信号(参见专利文献2)。由此，能够在输 出波形的上升时促进振荡的成长，从而有效于高速振荡起动。专利文献1:日本专利申请特表2003-513501号公报专利文献2:日本专利申请特开平3-231504号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，在上述的专利文献2中所述的电路结构具有如下问题由于为了 生成短脉冲信号，在外部需要另外的有源电路(active circuit)(标准信号产生 装置41),所以需要两个以上的有源电路，其结果增大电路规模和耗电。本发明的目的在于提供能够以小电路规模和低耗电得到上升和下降较快 的输出波形的间歇动作电路及调制装置。解决问题的方案本发明的间歇动作电路釆用的结构包括有源电路，具有有源元件；第 一控制信号产生电路，产生第一控制信号，该第一控制信号用于控制所述有 源电路的动作开始和动作停止；第二控制信号产生电路，产生第二控制信号， 该第二控制信号用于使所述有源电路产生振铃振动(ringing oscillation),而且 能够控制该振铃振动的频率和振幅值；以及定时调整电路，对所述第一和第 二控制信号的输入到所述有源电路的输入定时进行调整，以便从所述有源电 路持续输出振铃振动和稳定振动。由此，通过根据第二控制信号在所述有源电路产生的振铃振动，能够填 补在稳定振动的上升时与下降时的时间空白(timeblanks)，其结果，能够实现 输出波形的上升和下降较快的间歇动作电路。本发明的调制装置采用的结构包括上述的间歇动作电路；以及发送信 号供给单元，用于对该间歇动作电路的第一和/或第二控制信号产生电路，输 入作为发送数据的发送信号，其中，所述间歇动作电路基于所述发送信号， 将在所述第一控制信号的电压值的绝对值、所述第二控制信号的电压值的绝 对值或所述第二控制信号的上升的斜率中的至少一个改变，并将对所述发送 信号进行调制而形成的调制信号输出。由此，能够实现能够得到输出波形的上升时间和下降时间较快的短脉冲 (调制信号)，而且能够基于发送信号任意地改变其振铃振动的振幅和频率的调 制装置。其结果，能够实现适合于高速通信和具有高分辨能力的雷达等的调 制装置。发明效果根据本发明，能够实现能够以小电路规模和低耗电得到上升和下降较快 的输出波形的间歇动作电路及调制装置。


图1是表示以往的间歇动作电路的结构例子的图；图2是表示输入到以往的间歇动作电路的控制信号波形的图；图3是表示输入到以往的间歇动作电路的控制信号波形的图；图4是表示适用于以往的间歇动作电路的振荡电路的电路结构的连接图；图5是表示本发明的实施方式1的间歇动作电路的结构例子的方框图； 图6A是表示在图5的间歇动作电路中的控制信号的变化的情形的时序图；图6B是用于说明从有源电路输出的短脉沖信号的波形图； 图7是表示控制信号产生电路的结构例子的方框图； 图8是表示在图7的控制信号产生电路中的控制信号的变化的情形的时 序图；图9是表示在实施方式1中的控制信号产生电路的其它结构例子的方框图；图IO是表示在图9的控制信号产生电路中的控制信号的变化的情形的时 序图；图ll是表示在实施方式l中的控制信号产生电路的其它的结构例子的方 框图；图12是表示在图11的控制信号产生电路中的控制信号的变化的情形的 时序图；图13是表示阻带电路的结构例子的连接图； 图14是表示有源电路的结构例子的连接图； 图15是表示有源电路的结构例子的连接图；图16是表示在实施方式1中的间歇动作电路的其它的结构例子的方框图；图17是表示图16中的有源电路的结构例子的连接图； 图18是表示使用了负电阻元件的有源电路的结构例子的方框图； 图19是表示在作为负电阻元件使用隧道二极管的情况下的电压-电流特 性的特性图；图20是表示实施方式1的间歇动作电路的更具体的结构例子的图；图21是表示图20的间歇动作电路的输入输出波形的特性图；图22是表示以往的间歇动作电路的输入输出波形的特性图；图23是将有源电路作为放大电路结构的情况下的结构例子的连接图；图24是表示本发明的实施方式2的调制装置的结构例子的方框图；图25是表示在图24的调制装置中的信号的变化的情形的时序图；图26是表示在实施方式2中的调制装置的其它的结构例子的方框图；图27是表示图26中的控制信号产生电路的结构例子的方框图；图28是表示在图27的控制信号产生电路中直到生成出控制信号为止的信号的变化的情形的时序图；图29是用于说明控制信号的波形图；图30是表示振铃振动的振幅值不同的调制信号的波形图；图31是表示振铃振动的频率不同的调制信号的波形图；图32是表示在振铃振动与稳定振动之间，频率和振幅互相不同的调制信号的波形图；图33是表示实施方式3的调制装置的结构的方框图；图34是表示在图33的调制装置中的信号的变化的情形的时序图；图35是表示调制装置所形成的调制信号的波形的例子的波形图；图36是表示调制装置所形成的调制信号的波形的例子的波形图；图37是表示在实施方式3中的调制装置的其它的结构例子的方框图；以及图38是用于说明图37的调制装置所形成的调制信号的波形图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。 (实施方式1 ) (1 )整体结构图5中表示本发明的实施方式1的间歇动作电路的结构。间歇动作电路 100包括控制信号产生电路101和102;定时调整电路103;波形合成电路 104;阻抗调整电路105;以及有源电路106。有源电路106为包括晶体管等 的有源元件的电路，例如为振荡电路。控制信号生成电路101生成控制信号Sl,而且控制信号产生电路102生 成控制信号S2。这里，控制信号产生电路101和102所输出的控制信号S1 和S2的信号波形为任意，以下假设其为脉沖波形而进行说明。从控制信号产生电路101和102输出的控制信号Sl和S2分别通过端子 110和111，被输入到定时调整电路103。定时调整电路103对控制信号Sl 和S2的时间位置进行调整，并将时间调整后的控制信号S1A和S2A送出到 波形合成电路104 。波形合成电路104对控制信号S1A和S2A进行合成，并8通过端子107，将合成后的控制信号S3送出到阻抗调整电路105。由阻抗调 整电路调整后的控制信号S4,通过端子108被输出到有源电路106。有源电 路106基于控制信号S4被控制，并输出短脉沖信号S5。在图6A表示图5中所示的各个控制信号的状态，而在图6B表示有源电 路所输出的短脉沖信号的状态的例子。在图6A和图6B中，纵轴均为电压， 而横轴均为时间。接着，使用图5、图6A和图6B来说明本实施方式的间歇动作电5各100 的动作。控制信号产生电路101输出控制信号Sl，而控制信号产生电路102输出 控制信号S2。控制信号Sl是用于控制有源电路106的动作开始和动作结束，而且用于 将通过有源电路106的动作而被输出的振动(以下称为"稳定振动"。在有源 电路106为振荡电路的情况下，振荡振动相当于该振动，而在为放大电路和 倍频电路的情况下，进行放大后和进行倍频后的高频振动相当于该振动)间歇 地输出的控制信号。控制信号Sl的电压值V,是有源电路106中所包含的有 源元件进行期望的动作所需的电压值，而周期T是使电路进行间歇动作的时 间。但是，根据控制信号Sl所传播的传输路径的阻抗，有时时间T会变长或 变短。控制信号S2是用于使有源电路106产生振铃振动的控制信号，其上升比 控制信号Sl陡峭(包含直到较高的频率分量)，其斜率取决于有源电路106的 性能(跨导(transconductance)gm和电路阻抗等)与阻抗调整电路105之间的关 系，时间宽度AT为所产生的振铃振动的周期，或者与其相近的值。电压值 V2是通过该值能够控制所产生的振铃振动的振幅值的值。另外，控制信号S2通过其电能促成有源元件的端子间电容以及存在于电 路中的杂散电容的充电。对于振铃的产生条件和控制信号S2的斜率与有源电 路106和阻抗调整电路105之间的关系，将在后面叙述。控制信号Sl和S2通过定时调整电路103被调整时间位置，成为时间调 整后的控制信号S1A和S2A。这里，在图6A中的时间差Tl被调整，以使得有源电路106所生成的振 铃振动和稳定振动会持续输出，而且其定时可以在设计的阶段中决定。另夕卜， 虽然在图6A中，时间差t 1表示控制信号S2A在时间上晚于控制信号S1A，但是并不限于此，根据有源电路106的性能，有时会呈示相反的时间关系，也有时会为t 1=0(零)。在实际的电路中，定时调整电路103可以通过不同长度的线路长简单地实现。从定时调整电路103输出的控制信号S1A和S2A,通过波形合成电路104 进行波形合成而成为控制信号S3。控制信号S3通过阻抗调整电路105,被输 入到有源电路106。阻抗调整电路105是例如由电阻元件、感应元件、电容元件和微带线 (microstrip line)等构成的无源电路，而且是对从端子107来看有源电路106端 时的阻抗进行变换的电路。在本实施方式中，将控制信号S2的斜率、有源电路106与阻抗调整电路 105之间的关系设定为如下。也就是说，在本实施方式中，决定阻抗调整电 路105的电路常数和控制信号S2的斜率，以使得基于包括阻抗调整电路105 和有源电路106的电路的阻抗而决定的阻尼常数(damping constant)K小于 1 (振铃产生条件)，而且使得所产生的振铃振动的频率为与稳定振动的频率相 同或者相近的值。这里，阻尼常数K，通过其值成为小于1而使电路产生振铃振动，在电 路的传递函数中设s为拉普拉斯变换(Laplace transform)的解时，可以由下式 表示。s 2 + 2 K co s + co 2 = 0 ......... ( 1 )由于在电路被输入了斜率较陡的控制信号时，振铃振动基于从输入端子 来看的电路的阻抗与控制信号的斜率而被决定，所以不同于控制信号S1A, 控制信号S2A不会因有源元件的端子间电容和存在于电路中的杂散电容使波 形不陡峭地促成振铃振动。因此，对于在有源电路106出现的振铃振动(图 6B(a))的频率，通过决定阻抗调整电路105和控制信号S2的斜率，能够使其 成为期望的频率分量。另外，由于振铃振动的振幅基于输入斜率较陡的控制信号的电路的阻抗 与控制信号的电压值而被决定，因此通过决定阻抗调整电路105和控制信号 S2的电压值V2，能够控制振铃振动的振幅值。另外，由于稳定振动(图6B(b)) 的发生原理为周知的技术，所以省略其说明。这里，通过定时调整电路103以如上所述的t 1的定时对控制信号Sl和 S2进行时间性调整，从而能够从振铃振动(图6B(a))到稳定振动(图6B(b))连续地使振动继续。进而，在有源电路106为振荡电路时，通过定时调整电路103以如上所述的t 1的定时对控制信号Sl和S2进行时间性调整，能够得到 由振铃促进振荡的成长的效果，所以上升较快的信号(图6B(c))被输出。 (2)控制信号产生电路由于控制信号产生电路101的结构适用周知的技术即可，所以省略其说 明。这里，说明控制信号产生电路102。图7中表示控制信号产生电路102的结构例子。另外，在图8中表示在 图7的控制信号产生电路中的控制信号的变化的情形。在图8中，纵轴均为 电压，而横轴均为时间。如上所述，控制信号产生电路102被设置为产生具有任意的上升及下降 斜率的、电压值为V2的控制信号S2。如图7所示，控制信号产生电路102具有像控制信号产生电路101那样 通过公知的技术设定的、将信号S10输出的信号发生源301。在分支点302， 信号S10被分支为两个信号。 一方的信号被输入到延迟电路303，被延迟AT。 这里，AT为图6A中所示的时间AT。延迟了 AT的信号被输入到反转电路 (inverting circuit)304,电压的正负被反转，从而得到如图8所示的反转信号 Sll。反转信号Sll通过合成电路305与在分支点302所分支的另一方的信号 合成，由此得到如图8所示的合成信号S12。合成信号S12被输入到使用了 具有整流作用的二极管的、削波电路和整流电路等的整流电路306,从而最 终的控制信号S2被输出。通过信号发生源301，能够事先设定控制信号S2 的上升和下降的斜率。图9中表示控制信号产生电路102的其它的结构例子。图9的结构例子 为以数字性方式生成控制信号S2的例子。图9的控制信号产生电路102包括 信号发生源501、门电路502以及Ft变换电路503。 Ft变换电路503为用于 变换过渡时间(transition time)的电路。图10中表示在图9所示的控制信号产 生电路中的控制信号的变化的情形。图10中，纵轴均为电压，横轴均为时间。从信号发生源501输出的控制信号S20被输入到门电路502,被提取从 上升开始时间点起A T的时间并被作为控制信号S21。控制信号S21被输入 到Ft变换电路503,并被作为控制信号S2，所述控制信号S2具有由Ft变换 电路503的特性决定的上升和下降的斜率。对于控制信号S2的上升和下降的 斜率，可以基于Ft变换电路503的性能来设定。图11中表示控制信号产生电路102的其它的结构例子。图11的结构例子为模拟性地生成控制信号S2的例子。图11的控制信号产生电路102包括 信号发生源701、阻带电路702以及整流电路703。图12中表示在图11所示 的控制信号产生电路中的控制信号的变化的情形。图12中，纵轴均为电压， 横轴均为时间。从信号发生源701输出的电压值为V3的控制信号S30被输入到阻带电路 702。例如如图13所示，阻带电路702为包括电感器901、电阻元件902以 及电容器903的无源电路。通过阻带电路702,控制信号S30成为在上升和 下降产生了过冲的信号S31。该过冲的周期A T与图6A中所示的A T相同。 另外，过沖的电压值V2为图6A中所示的电压值V2。对于AT，能够基于阻 带电路702的阻抗来设定，而对于电压值V2，能够基于阻带电路702的阻抗 和控制信号S30的电压值V3来设定。在上升和下降产生了过冲的控制信号 S31,被输入到使用了具有整流作用的二极管的、削波电路和整流电路等的整 流电路703,作为控制信号S2被输出电压值V3或者与其相近的电压值以上 的信号分量。对于控制信号S2的上升和下降的斜率，能够基于阻带电路702 的性能来设定。另外，虽然将控制信号S20和控制信号S30设为其上升和下降十分陡的 信号，但是，如果上升和下降较緩，则在信号发生源501和信号发生源701 的后级插入驱动电^各(driver circuit)即可。 (3)有源电路图14中表示有源电路106的结构例子。图14所示的有源电路106为振 荡电路，其包括有源元件1001;反馈电路1002;端子1003、 1004和1005; 以及电阻元件1006。这里，有源元件1001为晶体管，端子1003为发射极端 子(emitter terminal),端子1004为集电极端子(collector terminal),而且端子1005 为基极端子(baseterminal)。另外，为简单起见，省略输入输出耦合电容器、 阻尼电阻(damping resistor)、旁路电容器(bypass resistor)以及旁路电阻而进行 图示。另外，作为振荡电路的电路结构使用了发射极接地的反转放大电路， 反馈电路1002实际上为并联谐振电路，而且在由分布常数线路设计振荡电路 时，使用设置在发射极端子、基极端子、集电极端子的短线(stubs)来代替该 并联谐振电路。作为间歇动作的动作原理，在从端子1004恒常地施加偏置电 压的同时，通过从端子108输入的控制信号S4对在晶体管的发射极端子1003和基极端子1005的端子间电压直接进行控制，使振荡电路间歇地动作。另外，图15中表示有源电路106的其它的结构例子。图15所示的有源 电路106为振荡电路，其包括有源元件1001;反馈电路1002;端子1003、 1004和1005;电阻元件1006;以及电流源开关电路1101。作为间歇动作的 动作原理，在集电极端子1004端的恒流源(constant-current)恒常连接，在从基 极端子1005恒常地施加偏置电压的同时，通过从端子108输入的控制信号 S4使电流源开关1101间歇地动作，并使电路的集电极电流接通/断开(on/ off),从而使振荡电路间歇地动作。像众所周知那样，可以由晶体管和二极管 构成电流源开关1101。(4)实施方式的效果以及变形例子如上所述，根据本实施方式，通过使用第一控制信号产生电路101、第 二控制信号产生电路102、定时调整电路103、波形合成电路104、阻抗调整 电路105以及有源电路106来生成振铃振动和稳定振动，并设定电路常数、 第一控制信号Sl的电压值、以及第二控制信号S2的斜率和电压值，以使得 振铃振动和稳定振动的频率分量为相同或相近的值，从而能够实现输出波形 的上升较快的间歇动作电路IOO。也就是说，能够实现可得到上升较快的短 脉沖信号S5的间歇动作电路100。另外，也可以采用例如将定时调整电路103包含在第一和第二控制信号 产生电路101和102中的结构。也就是说，也可以通过第一和第二控制信号 产生电路101和102，实现如上所述的定时调整功能。另外，虽然在上述的实施方式中，对所生成的短脉沖信号S5的振铃振动 的振幅值未进行特别的规定，但是，可以通过控制信号S2的电压值V2对振 铃的振幅值进行控制。为了使从有源电路106输出的短脉冲信号S5的波形的 上升加快，优选的是将短脉沖信号S5的振铃振动的振幅值设定为与有源电路 106的稳定振动的振幅值相同或相近的值。另外，由于通过振铃振动的振幅 值决定输出波形的包络(envelope)，所以如果将振铃的振幅值设定为使信号S5 的包络满足无线通信系统的系统规格(specifications)中的信道频带的值，则不 需要设置信道滤波器或者规格(spec)得到緩和。另外，虽然在上述的实施方式中，以用于使短脉沖信号S5的上升加快的 控制信号S2的电压值为正值进行了说明，但是即使将控制信号S2的电压值 设为负值，也同样能够使短脉沖信号S5的上升加快。由此，在有源电路106中发生的振铃的振幅值也变为负值。因此，根据控制信号S2的电压值的正负，能够对包括振铃振动的间歇动作电路100的输出的相位进行控制。此时，在 控制信号产生电路102中，在图7和图11中在整流电路的后级，而在图9中 在Ft变换电路的后级，需要另外设置反转电路。另外，虽然在上述的实施方式中，说明了用于使短脉冲信号S5的上升加 快的控制信号S2的上升较陡，但是控制信号S2也可以是包含为了发生具有 期望的频率和振幅的振铃振动所需的频率分量的信号。另外，虽然在上述的实施方式中，说明了用于使短脉沖信号S5的上升加 快的控制信号S2的频率分量为单一频带，但是也可以还包含有源电路106的 动作频率的频率分量。另外，虽然在上述的实施方式中，对用于使短脉沖信号S5的上升加快的 间歇动作电路进行了说明，但是如果在控制信号S2的下降的定时，将具有与 控制信号S2相同或相近的斜率和电压电平的绝对值的控制信号输入到电路， 则也能够使输出波形的下降加快，并能够实现输出波形的上升和下降较快的 间歇动作电^^。另外，虽然在上述的实施方式中，使用阻抗调整电路105对从输入端子 107来看的电路阻抗进行了调整，但是如果有源电路106的电路阻抗符合期 望的条件，则可以省略阻抗调整电路105。另外，虽然在上述的实施方式中，使控制信号S1和控制信号S2通过定 时调整电路103，在波形合成电路104中对它们进行波形合成，并作为控制 信号S4输入到有源电路106的一个端子108，但是也可以不进行波形合成并 输入到不同的端子。图16中表示能够将控制信号Sl和控制信号S2分开输入到不同的端子的 间歇动作电路的结构例子。在对与图5对应的部分附加相同标号来表示的图 16中，间歇动作电路1200包括控制信号产生电路IOI、控制信号产生电路 102、定时调整电路103、阻抗调整电路1201以及有源电路1202。由于从通 过控制信号产生电路101和102产生控制信号Sl和S2开始直到将它们输入 到阻抗调整电路1201为止的动作与在上面图5中说明过的动作相同，所以这 里省略。阻抗调整电路1201对控制信号S1A和S2A分别进行阻抗调整，并 将阻抗调整后的控制信号S1A，和S2A，输出。图17中表示有源电路1202的结构例子。图17的有源电路1202与图14中所示的有源电路106的区别在于，该有源电路1202采用了将端子108置换 为端子1203，，并且具有连接到集电极端子1004的端子1204，的结构，其它的 结构部分相同。有源电^各1202通过端子1204，输入控制信号S2A，，并通过端 子1203，输入控制信号S1A，。另外，也可以在图17的振荡电路中将来自端子 1204，的控制信号S2A，输入到发射极端子1003。另外，在不对控制信号Sl和 控制信号S2进行波形合成而从两个端子输入的结构中，也可以适用如图15 所示的使用了电流源开关的结构。另外，虽然在上述的实施方式中，对作为有源元件使用晶体管，进而通 过构成反转放大电路来形成负电阻的情况进行了说明，但是也可以使用负电 阻元件。图18中表示有源电路106的其它的结构例子。图18中所示的振荡电路 包括负电阻元件1401和谐振电路1402。这里，负电阻元件1401为隧道二极 管。图19中表示作为负电阻元件使用了隧道二极管时的电压-电流特性。电 压-电流特性曲线1501表示电压和电流之比为正值的区域1502和1504以及 电压和电流之比为负值的区域1503。在过渡响应(transient response)时的负电 阻元件的电阻值表示在电压和电流之比为正值的区域1502中的正值，所述区 域1502为负电阻元件不呈示负电阻分量的区域。^f皮施加到负电阻元件1401 的电压位于电压-电流特性曲线1501的电压和电流之比为负值的区域1503， 基于包括负电阻元件1401和谐振电路1402的电路阻抗来决定稳定振动的振 幅值和频率。图20中表示间歇动作电路的一个实施例。图20所述的间歇动作电路1600 包括控制信号产生电路1601和1602;波形合成电路1603;阻抗调整电路 1604;以及有源电路1605。在本实施例中，未设置定时调整电路。作为从控 制信号产生电路1601输出的控制信号Sl，例如使用上升时间为240ps、下降 时间为240ps、电压为180mv、脉冲宽度为240ps的信号，而作为从控制信号 产生电路1602输出的控制信号S2，使用上升时间为240ps、下降时间为1.5ns、 电压为150mv、脉沖宽度为4.4ns的信号。阻抗调整电路1604是例如由100 Q的电阻元件1606、 4.0pF的电容元件1607以及5.6nH的感应元件1608构 成的。有源电路(振荡电路)1605包括隧道二极管1609、以及由0.5pF的电 容元件1611和1.2nH的感应元件1612构成的谐振电^各1610。另外，电容元 件1613为通过使耦合度松緩而不受到电路的输出端的影响地提取信号的元件，使用了 0.5pF的元件。阻抗元件1614为在输出端的负载阻抗，使用了 50 Q的元件。图21中表示图20的间歇动作电路1600的输入输出响应。在将稳定振动 的振幅值的50%的振幅的宽度设为振荡时间时，振荡时间为4ns。图22中表 示以往的结构的情况的输入输出响应。图22中，将输入信号的脉冲宽度设为 7.4ns，以使得输出波形的振荡时间与图21的输出波形相等。将图21的输出 波形与图22的输出波形比较，可知如果使用图20的结构，则与以往的结构 相比，为得到相同的输出脉冲宽度4ns，上升时间能够缩短3.5ns。另外，虽然在以上的说明中对作为有源电路使用振荡电路的情况进行了 说明，但是作为有源电路，也可以使用放大电路。图23中表示此时的有源电 ^"的结构例子。对与图14对应的部分附加相同标号而表示的图23的放大电 路，与图14的电路相比，不同之处在于，附加了用于产生输入到放大电路的 高频信号的高频信号产生电路1901,而且省略了反馈电路。另外，作为有源电路，也可以使用倍频电路。与图14的电路相比，此时 的有源电路附加用于产生输入到倍频电路的高频信号的高频信号产生电路即 可，而不需要设置图14所示的反馈电路1002。另外，需要设定控制信号S2 的斜率和阻抗调整电路的电路常数，以使得振铃的频率不是输入到有源电路106的高频信号的频率，而是对该频率进行倍频的频率分量。另外，虽然在上述的说明中，对作为控制信号Sl和S2使用了脉冲波形 的情况进行了说明，但是并不限于此，作为控制信号S1和S2，也可以使用 正弦波、余弦波以及其合成波。另外，虽然在上述的说明中，对使用两个控制信号产生电路101和102 的情况进行了说明，但是既可以使用三个以上的控制信号产生电路并对晶体 管的三个端子的全部进行控制，也可以对从三个以上的控制信号产生电路输 出的控制信号进行合成。另夕卜，虽然在以上的说明中对作为晶体管使用NPN型晶体管的情况进行 了说明，但是也可以是PNP型晶体管。此时，使电源对应于GND面，并使 GND面对应于电源即可。进而，虽然在以上的说明中，对作为有源元件使用 晶体管的情况进行了说明，但是也可以是FET(场效应晶体管)。此时，使基极 对应于栅极，使集电极对应于漏极，并使发射极对应于源极即可。 (实施方式2)对与图5的对应部分附加相同标号而表示的图24中，表示本实施方式的 调制装置的结构。调制装置2000包括发送信号产生电路2001 、分支电路2002、 以及基本上与在实施方式1说明过的间歇动作电路100具有相同的结构的间 歇动作电路100，。间歇动作电路100，包括控制信号产生电路2003和控制信号 产生电路2004。发送信号产生电路2001产生发送信号S40，并将其送出到分支电路2002。 分支电路2002使发送信号S40输入到控制信号产生电路2003和2004的双方。 在本实施方式的情况，对控制信号产生电路2003和控制信号产生电路2004 输入相同的发送信号S40。调制装置2000能够通过发送信号S40的电压值对控制信号Sl和S2的波 形进行控制，从而能够任意地控制从间歇动作电路IOO，输出的输出信号(短脉 沖信号S5)的电压值。顺便提及，在实施方式1的图7至13说明过的电路结 构中，使控制信号产生电路2004成为取代信号发生源301、 501和701而输 入发送信号的结构即可。图25中表示在调制装置2000中的各个信号的变化的情形。在图25中， 纵轴均为电压，而横轴均为时间。使用图24和图25，说明调制装置2000的动作。首先，发送信号S40被输入到控制信号产生电路2003和2004。虽然在 图25中表示了发送信号S40为RZ码的情况，但是也可以是NRZ码。此时， 设置调制电路对脉冲宽度进行控制即可。控制信号产生电路2003基于发送信号S40,产生调整了脉冲宽度以及上 升和下降的控制信号Sl,并将其输出。由于该动作为周知的技术，所以省略 其说明。另一方面，控制信号产生电路2004基于发送信号S40产生控制信号 S2，并将其输出。由于在实施方式l中已说明产生该控制信号S2的方法，所 以这里省略其说明。控制信号Sl和S2被输入到定时调整电路103之后，被输入到波形合成 电路104,经过阻抗调整电路105被输入到有源电路106，并使有源电路106 进行间歇的动作。对于从被输入到定时调整电路103开始直到被输入到有源 电路106为止的动作，由于利用实施方式1的图6A已经进行说明，所以这 里省略其说明。如图25所示，从调制装置2000的有源电路106输出的输出信号(短脉沖信号)S5为，以高振幅电平表示码元l，而以低振幅电平表示码元O的调制信 ，如上所述，根据本实施方式，通过将实施方式1的间歇动作电路适用于调制装置，并基于发送信号S40的电压值改变控制信号S1和S2，从而能够 实现调制装置2000，该调制装置2000能够得到上升和下降较快的短脉冲信 号S5,并能够基于发送信号S40的电压值任意地控制振铃振动的振幅和频率。 另外，稳定振动的频率和振幅值取决于有源电路106的电路常数，即使控制 信号改变其也不发生变化。图26中表示调制装置的其它的结构例子。调制装置2200能够基于发送 信号S40任意地控制振铃的频率和电压值。调制装置2200与图24的结构之 间的区别在于不具有分支电路2002，而且，控制信号产生电路2003被置 换为控制信号产生电路101，控制信号2004被置换为控制信号2201，发送信 号S40只被输入到控制信号产生电路102。图27中表示用于调制装置2200的控制信号产生电路102的结构例子。 控制信号产生电路102包括分支电路2301;反相器单元2302;阻带电路 2303和2305;整流电路2304和2306;以及合成电路2307。阻带电路2303 和阻带电路2305,以及整流电路2304和整流电^各2306既可以是互相完全相 同的结构，也可以不改变电路结构而改变各个电路内的参数，从而使控制信 号的上升和下降的斜率分别成为所期望的斜率。在图28表示图27所示的控制信号产生电路2201中的直到产生控制信号 S2为止的信号的变化的情形。在图28中，纵轴均为电压，而横轴均为时间。以下，使用图27和图28说明控制信号产生电路2201的动作。从发送信 号产生电路2001输出的2值的发送信号S40，在分支点2301被分支为两个 控制信号。虽然在图28中表示了发送信号S40为RZ码的情况，但是也可以 是NRZ码。此时，设置调制电路对脉冲宽度进行控制即可。在分支电路2301 进行分支后的发送信号S40的一方被输入到反相器单元2302,从反相器单元 2302被输出反相信号(invertedsignal)S51。这里，反相器单元2302被设定为 具有将发送信号S40的脉沖宽度校正到装置系统的一个周期，并反转正负号 之后将脉沖宽度复原到与发送信号S40相等的值的功能。反相信号S51通过 阻带电路2303，成为在上升和下降发生了过沖的信号S52。信号S52通过使 用了二极管的限幅电路(limitercircuit)等的整流电路2304，成为具有如图28所示的波形的信号S53。这里，整流后的信号S53的频率和振幅值V2，取决于 阻带电路2303的电路常数。在分支电路2301所分支的另一方的发送信号S40被输入到阻带电路 2305，通过阻带电路2305成为在上升和下降发生了过冲的信号S54。信号S54 通过使用了二极管的限幅电路等的整流电路2306，成为具有如图28所示的 波形的信号S55。这里，整流后的信号S55的频率和振幅值V2''取决于阻带 电路2305的电路常数。阻带后的信号S53和S55被输入到合成电路2307,并通过合成电路2307 合成后的信号被作为控制信号S2输出。这里，虽然将发送信号S40设为其上升和下降十分陡的信号，但是，如 果上升和下降较缓，则在反相器单元2302和阻带电路2305的前级插入驱动 电^各即可。图29中表示了在将调制装置的结构设为如图26所示，而且将控制信号 产生电路2201的结构设为如图27所示的情况下的，从控制信号产生电路101 输出的控制信号Sl、以及从波形合成电路104输出的合成后的控制信号S3 的情形。另外，虽然在图29中表示了在图6A说明过的延迟时间t 1为0的 情况，但是并不限于此。另外，虽然在上述的说明中，以将控制信号产生电路2201的结构设为与 图11同样地使用了阻带电路的结构的情况为例进行了说明，但是控制信号产 生电路2201的结构并不限于此，如果使用如图7和图9所示的结构，也同样 能够实现。如上所述，通过将基于从发送信号产生电路2001输出的发送信号S40的 电压值改变的控制信号输入到振荡电路，能够基于发送信号S40的电压值对 振铃振动的频率和振幅值进行控制。另外，稳定振动的频率和振幅值取决于 有源电路的电路常数，即使控制信号改变其也不发生变化。图30至图32中表示本实施方式的调制装置的输出信号即调制信号(短脉 冲信号S5)的波形。在各个图中，纵轴均为电压，而横轴均为时间。如果决定有源电路106的电路常数，以便能够得到振铃振动和稳定振动 的频率相等，而且振幅值不同的输出信号S5,则能够基于发送信号S40的电 压值，任意地控制振铃振动的振幅值。其结果，如图30(a)和(b)所示，能够使 振铃振动的振幅值不同的调制信号2601和调制信号2602承载信息。顺便提及，将图30中所示的以振铃振动为主的期间2603称为"调制信 号的第一期间，，，而将以稳定振动为主的期间2604称为"调制信号的第二期 间，，。另外，虽然在上述的说明中对振铃振动和稳定振动的频率相等，且振幅 值不同的情况进行了说明，但是如果像图31(a)和(b)所示地，使振铃振动和稳 定振动的振幅相同而频率不同，则能够使频率不同的调制信号2701和调制信 号2702承载信息。同样地，如果像图32(a)至(d)所示地，使振铃振动和稳定振动的振幅，或 者振铃振动和稳定振动的频率互不相同，则能够使调制信号2801至2804承 载信息。由此，能够得到可将调制装置多值化的效果。(实施方式3 )在图33中表示本实施方式的调制装置的结构。调制装置2900包括发 送信号产生电路2901;各自的结构被构成为与间歇动作电路IOO，同样的间歇 动作电路IOO，-I和100，-2、输出切换电路2902、反相电路2903以及调制电 路2904-1和2904-2。这里，对于间歇动作电路IOO，的输出，振铃和稳定振动的频率与振幅值 互相相等，但是，间歇动作电路IOO，-I和间歇动作电路100，-2被设定不同的 电路常数，以使得两者的振幅值相等而频率相异。顺便提及，在各个间歇动作电路IOO，-I和100，-2中，与图24所示同样 地设定为来自各个调制电路2904-1和2904-2的输出信号S62和S64(在图24 中表示为来自分支电路2002的输出信号)被输入到两个控制信号产生电路。图34中表示调制装置2900中的各个信号的变化的情形。图34中，纵轴 均为电压，而^f黄轴均为时间。使用图33和图34，说明调制装置2900的动作。从发送信号产生电路2卯1输出的发送信号S60被输入到反相电路2903, 通过反相电路2903,成为反相信号S61。通过调制电路2904-1对反相信号S61 进行脉沖宽度的调整，由此得到输入到间歇动作电路IOO，-I的输入信号S62。 间歇动作电路IOO，-I通过进行与上述的实施方式1同样的动作，得到输出信 号(短脉冲信号)S63。另 一方面，通过调制电路2904-2对发送信号S60进行脉冲宽度的调整， 由此得到输入到间歇动作电路100，-2的输入信号S64。间歇动作电路100'-2通过进行与上述的实施方式1同样的动作，得到输出信号(短脉沖信号)S65。输出信号(短脉冲信号)S63和输出信号(短脉冲信号)S65被输入到输出切 换电路2902。另外，对于输出切换电路2902,被输入发送信号S60。输出切 换电路2902，在发送信号S60的码元为"0"时选^H言号S63,而在码元为'T， 时选择信号S65，并作为调制信号S66输出所选择的信号。如上所述，根据本实施方式，通过设置多个间歇动作电路100，-1和100，-2, 各自的电路常数不同，并且分别输入作为发送数据的发送信号；以及输出切 换电路2902，输入多个间歇动作电路IOO，-I和100'-2的输出信号S63和S65, 并且基于作为发数据的发送信号S60，进行在所输入的信号S63和S64中的 哪一方的信号的输出的切换，从而能够实现调制装置2900，该调制装置2900 能够得到输出波形的上升时间和下降时间较快的短脉冲(调制信号S66)，并能 够基于发送信号S60任意地改变该调制信号S66的频率。另外，虽然在本实施方式中，说明了对于设为间歇动作电路100，的输出， 振铃和稳定振动的频率和振幅值相等，但间歇动作电路IOO，-I和间歇动作电 路100，-2被设定不同的电路常数，以使得两者的振幅值相等而频率相异的情 况，但是本发明并不限于此。例如，如图35所示，也可以预先分别设定电路常数以使得调制信号3101 的振铃振动和调制信号3102的稳定振动的频率相等，而且调制信号3101的 稳定振动和调制信号3102的振铃振动的频率相等，并基于发送信号S60的电 压值改变频率的变化的方式，来形成调制信号。另外，也可以改变在从间歇 动作电路IOO，-I的输出信号S63的振铃振动和稳定振动、以及从间歇动作电 路100，-2的输出信号S65的振铃振动和稳定振动中的至少一方的振幅，分别 作为调制信号输出。另外，通过在间歇动作电路100 '-l的输出信号S63和间歇动作电路100，-2 的输出信号S65之间使相位反转，如图36(a)和(b)所示地，基于发送信号S60 的电压值形成相位反转的调制信号3201和调制信号3202,并使它们分别承 载信息。另外，对于从用于产生调制信号3201的控制信号产生电路2201输 出的控制信号S2的波形以及从用于产生调制信号3202的第二控制信号产生 电路输出的控制信号S2的波形，像在实施方式1中说明过的那样，使其成为 大小相同或者相近的值，而且使正负号相反即可。对与图33的对应部分附加相同标号而表示的图37中，表示调制装置的21其它的结构例子。与图33的结构区别在于，在调制电路2904-1和2904-2的 前级具有基于发送信号S60对输入两端子和输出两端子进行切换的开关电路 3301。另外，像在图26中所示的调制装置那样，间歇动作电路IOO，-I和100，-2 分别被构成为将来自调制电路2904-l和2904-2的信号只输入到第二控制信号 产生电路2201(参见图26)。通过该结构，使从间歇动作电路100-1的输出信 号的振铃振动、稳定振动、从间歇动作电路100，-2的输出信号的振铃振动、 稳定振动中的至少一方的振幅不同，而且从间歇动作电路IOO，-I的输出信号 的振铃振动和从间歇动作电路100，-2的输出信号的稳定振动的频率相同，而 且从间歇动作电路IOO，-I的输出信号的稳定振动和从间歇动作电路100，-2的 输出信号的振铃振动的频率相同，并将它们分别作为调制信号输出。如上所述，调制装置3300通过输出切换电路2902切换间歇动作电路 IOO，-I的输出信号的2值的信号和间歇动作电路100，-2的输出信号的2值的 信号的共计4值的信号，从而能够成为能够支持多值化的调制装置。图38(a) 至(d)是表示从图37的调制装置3300输出的调制信号3401至3404的波形的 图。在图38中，纵轴均为电压，而横轴均为时间。另外，虽然在本实施方式中，对将两个间歇动作电路IOO，-I和100，-2使 用于2值的发送信号S60的情况进行了说明，但是如果设置三个以上的电路 常数互不相同的间歇动作电路，并将输出切换电路2902的输入端子设置三个 以上，则能够基于发送信号的电压得到多个调制信号。另夕卜，在图37中，如果在连接点P1和开关电路3301之间设置PN(Pseudo Noise)代码产生器，并设定间歇动作电路IOO，-I和100，-2的电路常数以使得 从两个间歇动作电路IOO，-I和100，-2的输出信号的振幅值相等，而且在各自 的输出信号中振铃振动的稳定振动的频率相同，则能够实现基于发送信号S60 进行跳频(frequencyhopping)的调制装置。由此，能够减少因频率选择性衰落 等造成的数据差错。如上所述，根据本发明的间歇动作电路，通过与用于控制间歇动作的控 制信号不同地另外设置的控制信号和无源电路(阻抗调整电路)，产生具有与间 歇动作电路的动作频率相同或相近的频率的振铃振动，并对输入控制信号的 定时进行控制以使得振铃振动和稳定振动继续输出，从而能够以小电路规模 和低耗电实现输出波形的上升和下降较快的间歇动作电路和调制装置。尤其是在使用了振荡电路的间歇电路的情况下，还具有通过振铃振动促进振荡起 动的效果。此时，通过用于产生振铃振动的电压值高的控制信号，能够促成 在有源元件的端子间电容和电路杂散电容的充电。另外，根据本发明的调制装置，通过发送信号，能够得到任意地改变了 振铃振动和稳定振动各自的频率、振幅和/或相位的调制信号，进而，能够 使调制信号的振铃振动和稳定振动的频率、振幅和/或相位承载信息，进行 多值化。另外，虽然以上参照附图记述了本发明的实施方式，但是具体的结构并 不限于该实施方式，还包括不脱离该发明的要旨的范围内的设计变更等。另外，虽然以上使用

了本发明，但是本发明也可以通过进行同 样的动作的半导体集成电路和系统来实现。本说明书基于2005年8月23日提交的日本专利申请特愿2005-240641 号，以及2006年8月23日提交的日本专利申请特愿2006-226283号。其内容全部包含于此。 工业实用性本发明的间歇动作电路、调制装置以及调制方法具有能够以小电路规模 低耗电得到上升和下降较快的输出波形的效果，适合于在高速无线通信中的 间歇动作电路和调制器。
权利要求
1. 一种间歇动作电路，包括有源电路，具有有源元件；第一控制信号产生电路，产生第一控制信号，该第一控制信号用于控制所述有源电路的动作开始和动作停止；第二控制信号产生电路，产生第二控制信号，该第二控制信号用于使所述有源电路产生振铃振动，而且能够控制该振铃振动的频率和振幅值；以及定时调整电路，对所述第一和第二控制信号的输入到所述有源电路的输入定时进行调整，以便从所述有源电路持续输出振铃振动和稳定振动。
2、 如权利要求1所述的间歇动作电路，其中，使振铃频率为与所述有源 电路的动作频率相同或相近的值。
3、 如权利要求1所述的间歇动作电路，其中，所述第二控制信号产生电值的频率分量叠加的信号。
4、 如权利要求1所述的间歇动作电路，其中，还具有 阻抗调整电路，其设置在所述定时调整电路和所述有源电路之间。
5、 如权利要求1所述的间歇动作电路，其中，所述第二控制信号产生电 路包括信号发生源；门电路，输入由所述信号发生源产生的信号，并输出具有比该信号的上 升期间短的上升期间的信号；以及过渡时间变换电路，输入从所述门电路输出的信号，并对该信号进行过 渡时间变换，作为所述第二控制信号输出。
6、 如权利要求1所述的间歇动作电路，其中，所述第二控制信号产生电 路包括信号发生源；阻带电3各，输入由所述信号发生源产生的信号，并输出产生了过冲的信 号；以及整流电路，对从所述阻带电路输出的产生了所述过沖的信号进行整流。
7、 如权利要求1所述的间歇动作电路，其中，所述有源电路为振荡电路。
8、 一种调制装置，包括权利要求1所述的间歇动作电路；以及发送信号供给单元，用于对所述间歇动作电路的所述第一和/或第二控制 信号产生电路，输入作为发送数据的发送信号，其中，所述间歇动作电路基于所述发送信号，将在所述第一控制信号的 电压值的绝对值、所述第二控制信号的电压值的绝对值或所述第二控制信号 的上升的斜率中的至少一个改变，并将对所述发送信号进行调制而形成的调 制信号输出。
9、 一种调制装置，包括多个权利要求1所述的间歇动作电路，各自的电路常数相异，而且分别 输入作为发送数据的发送信号；输出切换电路，输入所述多个间歇动作电路的输出信号，并基于作为发 送数据的发送信号，对从所输入的信号中输出哪一信号进行切换。
10、 如权利要求9所述的调制装置，其中，还包括反相电路，设置在所述多个间歇动作电路中的一个间歇动作电路的某些电路。
11、 如权利要求9所述的调制装置，其中，还包括开关电路，设置在所述多个间歇动作电路的前级端，并且基于所述发送 信号，将所述发送信号选择性地输入到所述多个间歇动作电路中的某些电路。
12、 如权利要求9所述的调制装置，其中，所述调制信号由两个以上的 期间构成，通过所述第二控制信号的上升的斜率，对所述调制信号的一个期 间的频率进行调制。
13、 如权利要求9所述的调制装置，其中，所述调制信号由两个以上的 期间构成，通过所述第二控制信号的电压值，对所述调制信号的一个期间的 振幅进行调制。
14、 如权利要求9所述的调制装置，其中，所述调制信号由两个以上的 期间构成，根据所述有源电路的电路常数，对所述调制信号的一个期间的频率或振 幅进行调制。
15、 如权利要求9所述的调制装置，其中，根据所述第二控制信号的电 压值的正负，对所述调制信号的相位进行调制。
全文摘要
提供能够以小电路规模和低耗电得到上升和下降较快的输出波形的间歇动作电路。其中，设置有源电路(106)；第一控制信号产生电路(101)，产生第一控制信号(S1)，该第一控制信号(S1)用于控制有源电路(106)的动作开始和动作停止；第二控制信号产生电路(102)，产生第二控制信号(S2)，该第二控制信号(S2)用于使有源电路(106)产生振铃振动，而且能够控制该振铃振动的频率和振幅值；以及定时调整电路(103)，对第一和第二控制信号(S1、S2)的输入到有源电路(106)的输入定时进行调整，以便从有源电路(106)持续输出振铃振动和稳定振动。
文档编号H03C5/00GK101248581SQ20068003093
公开日2008年8月20日 申请日期2006年8月23日 优先权日2005年8月23日
发明者小林茂, 藤田卓 申请人:松下电器产业株式会社