JP2012015613A

JP2012015613A - ステップ減衰装置およびそれを用いた試験装置および信号発生器

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Publication number: JP2012015613A
Application number: JP2010147777A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takeuchi; 博昭竹内
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-19
Also published as: US20110316645A1

Abstract

【課題】外部のスイッチを用いずに遮断状態を実現可能なステップ減衰装置を提供する。
【解決手段】制御信号に応じて減衰率が切りかえ可能なステップ減衰装置１００が提供される。複数の可変減衰器ＶＡは直列に接続される。各可変減衰器ＶＡは、第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、減衰率が異なる複数の経路ＰＴ、第１端子Ｐ１を複数の経路ＰＴのうちの任意の経路ＰＴの一端と接続可能な第１スイッチＳＷ１、および第２端子Ｐ２を複数の経路ＰＴのうち任意の経路ＰＴの他端と接続可能な第２スイッチＳＷ２を含む。制御部１０は、制御信号ＣＮＴがステップ減衰装置１００の遮断を指示するとき、初段の可変減衰器ＶＡ_１において、その第１スイッチＳＷ１_１を複数の経路ＰＴのひとつと接続し、その第２スイッチＳＷ２_１を複数の経路ＰＴの別のひとつと接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステップ減衰装置に関する。

内部経路をスイッチで切りかえることにより、全体の減衰量を切りかえ可能なステップ減衰装置が知られている。図１は、一般的なステップ減衰装置の構成を示す回路図である。ステップ減衰装置１１００は、直列に接続された複数の可変減衰器ＶＡ_１〜ＶＡ_ｎを備える。

各可変減衰器ＶＡは、複数の経路ＰＴ１、ＰＴ２およびスイッチＳＷ１、ＳＷ２を備える。各経路ＰＴ１、ＰＴ２は、異なる減衰率を有している。たとえば経路ＰＴ１の減衰率は０ｄＢ（スルー）、経路ＰＴ２の減衰率は非ゼロ（２０ｄＢ）である。

このような減衰装置１１００では、同じ可変減衰器ＶＡに属する２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、同じ経路ＰＴに対してのみ接続可能である。したがって図１の減衰装置１１００の入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの最大減衰率は２０ｄＢ×ｎであり、段数ｎが少ない場合には入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴを完全に遮断（オフ）することが難しい。ここでの遮断状態とは、入力端子ＩＮに入力された信号が、出力端子ＯＵＴから漏れてこない状態、あるいは非常に大きく減衰された状態（たとえば１００ｄＢ以上）をいう。

従来では、ステップ減衰装置１１００が設けられる信号経路を遮断したい場合、ステップ減衰装置１１００と直列に信号オフ用のスイッチを設ける必要があった。このスイッチは、部品点数、コスト、実装面積の増加を招くため好ましくない。

本発明はこのような状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、外部のスイッチを用いずに遮断状態を実現可能なステップ減衰装置の提供にある。

本発明のある態様は、制御信号に応じて減衰率が切りかえ可能なステップ減衰装置に関する。ステップ減衰装置は、直列に接続された複数の可変減衰器を備える。各可変減衰器は、第１端子、第２端子、減衰率が異なる複数の経路、第１端子を複数の経路のうちの任意の経路の一端と接続可能な第１スイッチ、および第２端子を複数の経路のうち任意の経路の他端と接続可能な第２スイッチを含む。
ステップ減衰装置はさらに、制御信号に応じて複数の可変減衰器それぞれの第１スイッチ、第２スイッチを制御する制御部を備える。この制御部は、制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、初段の可変減衰器において、その第１スイッチを複数の経路のひとつと接続し、その第２スイッチを複数の経路の別のひとつと接続する。

この態様によると、初段の可変減衰器において、信号を遮断することができる。

制御部は、制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、初段の可変減衰器の第１スイッチを、減衰率が非ゼロの経路と接続してもよい。
この場合、遮断状態において入力端子から本ステップ減衰装置に入力された信号は、初段の可変減衰器を１往復して反射する。したがって遮断状態において初段の可変減衰器の減衰率を高くすることにより、反射を低減できる。

制御部は、制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、初段の可変減衰器の第１スイッチを、複数の経路のうち最も減衰率の大きいひとつと接続してもよい。

制御部は、本ステップ減衰装置の遮断が指示されると、最終段の可変減衰器の第１スイッチを複数の経路のひとつと接続し、最終段の可変減衰器の第２スイッチを、複数の経路の別のひとつと接続してもよい。
初段に加えて、最終段についても同様の構成とすることにより、入力端子と出力端子の間は、２カ所において遮断されるため、アイソレーションをより高めることができる。

制御部は、制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、最終段の可変減衰器の第２スイッチを、複数の経路のうち最も減衰率の大きいひとつと接続してもよい。
この場合、遮断状態において出力端子から本ステップ減衰装置に入力された信号は、最終段の可変減衰器を１往復して反射する。したがって遮断状態において最終段の可変減衰器の減衰率を高くすることにより、反射を低減できる。

制御部は、制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、初段の可変減衰器の第１スイッチを減衰率が５ｄＢ以上の経路と接続し、最終段の可変減衰器の第２スイッチを減衰率が５ｄＢ以上の経路と接続してもよい。
この場合、遮断状態において、入力端子側、出力端子側の両方において、リターンロスとして１０ｄＢ以上を実現することができる。

複数の可変減衰器のうち選択可能な減衰率が最も大きい２つが、初段と最終段に配置されていてもよい。

本発明の別の態様は、信号発生器である。この信号発生器は、上述のステップ減衰装置を備える。
本発明のさらに別の態様は、試験装置である。この試験装置は、上述のステップ減衰装置を備える。
これらの態様によると、ステップ減衰装置を遮断状態とすることにより、無信号状態を実現でき、その間に、内部の回路構成を変更したり、さまざまな処理を実現できる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、遮断状態を実現できるステップ減衰装置を提供できる。

一般的なステップ減衰装置の構成を示す回路図である。実施の形態に係るステップ減衰装置の構成を示す回路図である。図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図２のステップ減衰装置を備える信号発生器、試験装置の構成を示す簡略化したブロック図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２は、実施の形態に係るステップ減衰装置１００の構成を示す回路図である。ステップ減衰装置１００は、制御信号ＣＮＴに応じて入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの間の減衰率が切りかえ可能に構成される。ステップ減衰装置１００は、複数の可変減衰器ＶＡ_１〜ＶＡ_ｎと、制御部１０と、を備える。なお入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴは便宜的な名称であり、ステップ減衰装置１００は、信号は入力端子ＩＮから出力端子ＯＵＴへ進行する信号、出力端子ＯＵＴから入力端子ＩＮへ進行する信号の双方を減衰することができることは言うまでもない。

可変減衰器ＶＡ_１〜ＶＡ_ｎは、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの間に順に直列に接続される。可変減衰器ＶＡの個数ｎは２以上の任意の整数である。

各可変減衰器ＶＡは、第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、複数の経路ＰＴ１〜ＰＴ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２を含む。複数の経路ＰＴ１〜ＰＴ２は、それぞれ異なる減衰率を有する。たとえば第１の経路ＰＴ１は減衰率０ｄＢ、第２の経路ＰＴ２は非ゼロの減衰率を有する。各経路ＰＴの構成は、図２に示すように、減衰率が実質的にゼロの伝送線路であってもよいし、減衰率が実質的に非ゼロの場合、つまり有意な減衰率を有する場合、Ｔ型もしくはπ型の、あるいは別構成のアテネータであってもよい。
また経路の数や各経路の減衰率は、可変減衰器ＶＡごとに異なっていてもよい。

第１スイッチＳＷ１は、第１端子Ｐ１を、複数の経路ＰＴ１〜ＰＴ２のうちの任意の経路の一端と接続可能に構成される。第２スイッチＳＷ２は、第２端子Ｐ２は複数の経路ＰＴ１〜ＰＴ２のうちの任意の経路の他端と接続可能に構成される。第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、半導体スイッチであってもよいし、リレースイッチであってもよいし、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で構成されてもよい。

制御部１０は、制御信号ＣＮＴに応じて複数の可変減衰器ＶＡ_１〜ＶＡ_ｎそれぞれの第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２を制御する。

実施の形態に係るステップ減衰装置１００は、通常の減衰器として機能するモードと、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの間を遮断するモードの２つのモードで動作する。制御信号ＣＮＴは、減衰モードにおける減衰率、および減衰モードと遮断モードの切りかえを指示する。

（減衰モード）
制御部１０は、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの間に、制御信号ＣＮＴに応じた減衰率が得られるように、可変減衰器ＶＡ_１〜ＶＡ_ｎそれぞれにおいて、ひとつの経路ＰＴを選択する。ｉ番目の各可変減衰器ＶＡ_ｉにおいてｊ番目の経路ＰＴｊ_ｉが選択すべきとき、制御部１０は、第１スイッチＳＷ１_ｉを経路ＰＴｊ_ｉの一端と接続し、第２スイッチＳＷ２_ｉを経路ＰＴｊ_ｉの他端と接続する。

（遮断モード）
制御部１０は、制御信号ＣＮＴがステップ減衰装置１００の遮断を指示するとき、初段の可変減衰器ＶＡ_１において、その第１スイッチＳＷ１_１を、複数の経路のひとつと接続し、その第２スイッチＳＷ２_１を複数の経路の別のひとつと接続する。このようにある可変減衰器ＶＡにおいて、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２が異なる経路に接続された状態を、本明細書において「遮断状態」と称する。

好ましくは遮断モードにおいて、制御部１０は、初段の可変減衰器ＶＡ_１の入力端子ＩＮ側のスイッチ、すなわち第１スイッチＳＷ_１を、複数の経路ＰＴ１_１〜ＰＴ２_１のうち減衰率が非ゼロのひとつ、好ましくは減衰率が５ｄＢ以上のひとつと接続する。好ましくは制御部１０は、第１スイッチＳＷ_１を、複数の経路ＰＴ１_１〜ＰＴ２_１のうち減衰率が最も減衰率の大きいひとつ（図２の場合、ＰＴ２_１）と接続する。このとき第２スイッチＳＷ２_１は別の経路ＰＴ１_１と接続される。

遮断モードにおいて制御部１０は、さらに最終段の可変減衰器ＶＡ_ｎの第１スイッチＳＷ１_ｎを複数の経路ＰＴ１_ｎ〜ＰＴ２_ｎのひとつと接続し、その第２スイッチＳＷ２_ｎを複数の経路ＰＴ１_ｎ〜ＰＴ２_ｎの別のひとつと接続する。好ましくは、制御部１０は、制御信号ＣＮＴがステップ減衰装置１００の遮断を指示するとき、最終段の可変減衰器ＶＡ_ｎの出力端子ＯＵＴに接続されるスイッチ、すなわち第２スイッチＳＷ２_ｎを、複数の経路ＰＴ１_ｎ〜ＰＴ２_ｎのうち、減衰率が非ゼロのひとつ、好ましくは減衰率が５ｄＢ以上のひとつと接続する。好ましくは制御部１０は、第２スイッチＳＷ２_ｎを、複数の経路ＰＴ１_ｎ〜ＰＴ２_ｎのうち最も減衰率の大きいひとつ（図２の場合、ＰＴ２_ｎ）と接続する。このとき第１スイッチＳＷ１_ｎは別の経路ＰＴ１_ｎと接続される。

遮断モードにおいて、制御部１０は、初段と最終段以外の可変減衰器ＶＡ_ｉ（ｉ＝２〜ｎ−１）については、減衰モードと同様に、第１スイッチＳＷ１_ｉと第２スイッチＳＷ_２を同じ経路ＰＴｊ_ｉと接続する。

上述のように、可変減衰器ＶＡ_１〜ＶＡ_ｎそれぞれに設定可能な最大減衰率は異なっていても構わない。たとえば５段の可変減衰器ＶＡを有するステップ減衰装置１００について検討する。

いま、設定可能な最大減衰率が、それぞれ２０ｄＢ、２０ｄＢ、２０ｄＢ、１０ｄＢ、５ｄＢである５つの可変減衰器ＶＡを直列に配置する場合を検討する。減衰モードのみを考慮すれば、５つの可変減衰器ＶＡは任意の順番で配置して構わない。
これに対して本実施の形態では、遮断モードを考慮して、選択可能な減衰率が最も大きい２つ、つまり２０ｄＢの可変減衰器ＶＡを、初段と最終段に配置することが好ましい。言い換えれば、初段の可変減衰器ＶＡ_１と最終段の可変減衰器ＶＡ_ｎはそれぞれ、減衰率が２０ｄＢである経路を有しており、遮断モードにおいて、入力端子ＩＮおよび出力端子ＯＵＴは、２０ｄＢの減衰率の経路と接続される。なお、残りの２０ｄＢ、１０ｄＢ、５ｄＢの可変減衰器ＶＡについては、別の特性を考慮して配置すればよい。

以上がステップ減衰装置１００の構成である。続いてその動作を説明する。

（減衰モード）
減衰モードにおけるステップ減衰装置１００の動作は、一般的なステップ減衰装置１００と同様である。具体的には制御部１０は、制御信号ＣＮＴに応じて、ｉ段目（１≦ｉ≦ｎ）の可変減衰器ＶＡ_ｉにおいて、第１スイッチＳＷ１_ｉ、第２スイッチＳＷ２_ｉを、減衰率がＸ_ｉ（ｄＢ）の経路と接続する。このとき、ステップ減衰装置１００全体の減衰率ＡＴＴは、
ＡＴＴ＝Ｘ_１＋Ｘ_２＋・・・Ｘ_ｎ
となる。

（遮断モード）
制御信号ＣＮＴがステップ減衰装置１００の遮断を指示すると、制御部１０は各スイッチを図２に示すように切りかえる。そうすると、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの間は、初段の可変減衰器ＶＡ_１において電気的に遮断される。さらに最終段の可変減衰器ＶＡ_ｎにおいても電気的に遮断される。

図２のステップ減衰装置１００によれば、ステップ減衰装置１００に外付けのスイッチを接続する必要が無くなり、部品点数、コスト、回路面積、を削減することができる。

ステップ減衰装置１００に利用されるスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、非接続の端子間にも信号がリークする場合がある。そこで、初段と最終段の可変減衰器ＶＡ_１、ＶＡ_ｎを遮断状態とすることにより、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの間のリークを抑制することができる。なお、非接続端子間のリークが十分に小さなスイッチＳＷ１、ＳＷ２を利用可能な場合、初段のみもしくは最終段のみを、遮断状態としてもよい。

本実施の形態では、遮断モードにおいて、入力端子ＩＮは、非ゼロの減衰率を有する経路ＰＴ２_１と接続される。外部から入力端子ＩＮに入力された信号は、経路ＰＴ２_１を通過し、第２スイッチＳＷ２_１で反射し、再び経路ＰＴ２_１を通過して入力端子ＩＮから外部へと出力されるため、大きなリターンロスを実現できる。リターンロスの実用的な値は１０ｄＢ〜１５ｄＢ以上であるところ、経路ＰＴ２_１の減衰率を５ｄＢ以上とすればリターンロスは１０ｄＢとなり、その減衰率が２０ｄＢであれば、リターンロスは４０ｄＢとなり十分に実用的な値が得られる。

さらに遮断モードにおいて、出力端子ＯＵＴも同様に非ゼロの減衰率を有する経路ＰＴ２_ｎと接続されるため、出力端子ＯＵＴ側のリターンロスも確保することができる。出力端子ＯＵＴの先に高利得の増幅器が接続される場合には、出力端子ＯＵＴ側のリターンロスが小さいと、増幅器が発振するおそれがある。実施の形態では、入力端子ＩＮのみでなく、出力端子ＯＵＴ側のリターンロスも考慮して設計することにより、ステップ減衰装置１００を搭載する機器、装置の安定性を高めることができる。

また、遮断状態に設定可能な可変減衰器ＶＡは２つであり、その他の可変減衰器ＶＡは、従来と同様に制御すればよいため、制御部１０は従来のステップ減衰装置を制御するために必要な構成に比べて、それほど複雑となるわけではないため、制御部１０の回路面積の増加は無視しうる。

続いて、ステップ減衰装置１００の好適なアプリケーションを説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、図２のステップ減衰装置１００を備える信号発生器２ａ、試験装置２ｂの構成を示す簡略化したブロック図である。

図３（ａ）の信号発生器２ａは、波形メモリ２、Ｄ／Ａコンバータ３、ドライバ４、ステップ減衰装置１００を備える。Ｄ／Ａコンバータ３は、波形メモリ２からデジタルの波形データを読み出し、それをアナログ信号に変化する。ドライバ４は、アナログ信号を増幅し、Ｉ／ＯピンＰ_ＩＯからＤＵＴ（被試験デバイス）１へと出力する。

ステップ減衰装置１００は、ドライバ４の後段に挿入される。通常の動作時には、ステップ減衰装置１００を減衰モードとし、減衰率を制御することにより、Ｉ／ＯピンＰ_ＩＯから出力される信号のレベルを切りかえることができる。
また、波形メモリ２のアドレスを切りかえたり、サンプリング周波数を変更する場合には、ステップ減衰装置１００を遮断モードとすることにより、ドライバ４よりも前段で発生したノイズや不要な信号がＤＵＴ１へと供給されるのを防止することができる。

図３（ｂ）は試験装置２ｂのピンエレクトロニクスと称されるＩ／Ｏユニットを示している。ステップ減衰装置１００はドライバ４の後段に挿入される。ドライバ４からＤＵＴ１に試験パターンを供給する際には、ステップ減衰装置１００を減衰モードとすることにより、信号振幅を切りかえることができる。

また、ステップ減衰装置１００を遮断モードとすることにより、ドライバ４から不要な信号がＤＵＴ１やコンパレータ６に入力されるのを防止できる。あるいはＩ／ＯピンＰ_ＩＯにＤＣ試験ユニット（不図示）によりＤＣ試験を行う場合にも、ステップ減衰装置１００を遮断モードとすればよい。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

実施の形態では、初段と最終段の可変減衰器ＶＡを遮断状態に設定可能である場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、初段のみ、最終段のみとしてもよいし、中間のステージの可変減衰器ＶＡを遮断可能としてもよい。

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１００…ステップ減衰装置、ＶＡ…可変減衰器、ＩＮ…入力端子、ＯＵＴ…出力端子、ＰＴ…経路、Ｐ１…第１端子、Ｐ２…第２端子、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、１０…制御部。

Claims

制御信号に応じて減衰率が切りかえ可能なステップ減衰装置であって、
直列に接続された複数の可変減衰器であって、各可変減衰器は、第１端子、第２端子、減衰率が異なる複数の経路、前記第１端子を前記複数の経路のうちの任意の経路の一端と接続可能な第１スイッチ、および前記第２端子を前記複数の経路のうち任意の経路の他端と接続可能な第２スイッチを含む、複数の可変減衰器と、
前記制御信号に応じて前記複数の可変減衰器それぞれの前記第１スイッチ、前記第２スイッチを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、初段の前記可変減衰器において、その第１スイッチを前記複数の経路のひとつと接続し、その第２スイッチを前記複数の経路の別のひとつと接続することを特徴とするステップ減衰装置。
前記制御部は、前記制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、初段の前記可変減衰器の前記第１スイッチを、減衰率が非ゼロの経路と接続することを特徴とする請求項１に記載のステップ減衰装置。
前記制御部は、前記制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、初段の前記可変減衰器の前記第１スイッチを、前記複数の経路のうち最も減衰率の大きいひとつと接続することを特徴とする請求項２に記載のステップ減衰装置。
前記制御部は、本ステップ減衰装置の遮断が指示されると、最終段の前記可変減衰器において、その第１スイッチを前記複数の経路のひとつと接続し、その第２スイッチを前記複数の経路の別のひとつと接続することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のステップ減衰装置。
前記制御部は、前記制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、最終段の前記可変減衰器の前記第２スイッチを、減衰率が非ゼロの経路と接続することを特徴とする請求項４に記載のステップ減衰装置。
前記制御部は、前記制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、最終段の前記可変減衰器の前記第２スイッチを、前記複数の経路のうち最も減衰率の大きいひとつと接続することを特徴とする請求項５に記載のステップ減衰装置。
前記制御部は、前記制御信号が本ステップ減衰装置の遮断を指示するとき、初段の前記可変減衰器の前記第１スイッチを減衰率が５ｄＢ以上の経路と接続し、最終段の前記可変減衰器の前記第２スイッチを減衰率が５ｄＢ以上の経路と接続することを特徴とする請求項１に記載のステップ減衰装置。
前記複数の可変減衰器のうち選択可能な減衰率が最も大きい２つが、初段と最終段に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のステップ減衰装置。
請求項１から８のいずれかに記載のステップ減衰装置を備えることを特徴とする信号発生器。
請求項１から８のいずれかに記載のステップ減衰装置を備えることを特徴とする試験装置。