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JP3143734B2 - 差動減衰器 - Google Patents

差動減衰器

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JP3143734B2
JP3143734B2 JP09167587A JP16758797A JP3143734B2 JP 3143734 B2 JP3143734 B2 JP 3143734B2 JP 09167587 A JP09167587 A JP 09167587A JP 16758797 A JP16758797 A JP 16758797A JP 3143734 B2 JP3143734 B2 JP 3143734B2
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Japan
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resistor
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JP09167587A
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JPH1070438A (ja
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ローランド・イー・アンドリュース
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Tektronix Inc
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Tektronix Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/02Multiple-port networks
    • H03H11/24Frequency-independent attenuators

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、差動減衰器、特
に、減衰器の各半分部分をマッチングさせるのに影響す
るコンポーネント(構成要素)の値のミスマッチングを
電気的に補正する回路を有する差動減衰器に関する。
【0002】
【従来の技術】差動減衰器は、オシロスコープ又は他の
計測器における任意の差動増幅器又は能動差動プローブ
の能動回路への入力信号である同相モード信号及び差動
モード信号の両方を減衰するのに一般に用いられてい
る。典型的には、差動プローブを用いて、差動信号を過
度に減衰しないようにしながら、同相モード信号を除去
している。
【0003】任意の平衡した対の、又は正確に配分され
た個別コンポーネントを差動減衰器の一部として用いな
ければならない場合、これらコンポーネントの任意のミ
スマッチングにより、同相モード入力信号の一部が減衰
器の差動モード出力信号に変換される。同相モード抑圧
比(CMRR)の望ましい規格では、許容誤差は、許容
される実際の製造方法の場合よりも厳密であるので、こ
れらコンポーネントにおける任意のミスマッチングを補
正する調整技術が望まれている。
【0004】従来、手動による方法により、このゼロ調
整(ミスマッチングの補正)を行っていた。図5は、手
動平衡調整を行うのに適する可変個別コンポーネントを
有する差動減衰器を示す。
【0005】この減衰器では、以下の3ステップによ
り、低周波数CMRRを調整できる。すなわち、第1ス
テップで、正入力ノードVin-p及び負入力ノードVin-n
を互いに短絡し、低速(例えば、このR−Cコンポーネ
ントの折点周波数(周波数応答が急に変化する周波数)
の1/10)試験信号で駆動して、可動接点が接地され
たポテンショメータRV1を用いて、正出力ノードVou
t-p及び負出力ノードVout-nの間の出力信号が最小にな
るように調整する。
【0006】第2ステップで、ステップ関数入力信号に
より正入力ノードVin-pを駆動し、可変コンデンサC2
を調整して、平坦なステップ応答(オーバーシュートも
アンダーシュートもない応答)を達成する。最後に、2
個の入力ノードVin-p及びVin-nを相互接続し、高速
(例えば、R−Cコンポーネントの折点周波数の10
倍)試験信号で駆動して、高周波出力信号がゼロとなる
ように可変コンデンサC4を調整する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この手動調整方法で
は、人手がかかり、かさばった調整用コンポーネントを
必要とする。これは、種々の環境下において、大きな欠
点となる。さらに、機械的又は電気的なストレスが、こ
の手動方法による微妙な平衡に干渉するので、再校正が
何度も必要となる。かかる再校正は、不便である。なお
不都合なことには、この再校正のために、ある程度の中
断時間が必要となる。よって、減衰器を用いた総ての測
定における測定結果に疑問が生じる。
【0008】したがって、高速(高周波)差動能動プロ
ーブなどにおいては、抵抗及び容量が電気的に調整可能
な回路素子を用いて、自動校正の可能な差動減衰器が非
常に望まれている。
【0009】本発明の目的の1つは、手動調整をなく
し、その代わりに電気的に制御可能な回路を用いること
にある。本発明の他の目的は、同相モード抑圧比のエラ
ーを補償する回路用の空間を減らすことにある。本発明
の更に他の目的は、同相モード抑圧比を補償するのに必
要な回路の電力消費を減らすことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気的に調整
可能な回路要素を用いて自動校正を可能とする差動減衰
器を提供する。この差動減衰器は、正入力ノード(減衰
器の正入力信号を受ける側、即ち、正サイドの入力ノー
ド)、負入力ノード(減衰器の負入力信号を受ける側、
即ち、負サイドの入力ノード)、正出力ノード(正サイ
ドの出力ノード)及び負出力ノード(負サイドの出力ノ
ード)を有する。なお、正及び負は、互いに相対的な極
性を表す。抵抗器及びコンデンサが、正入力ノード及び
正出力ノードに結合する一方、マッチングした抵抗器及
びコンデンサが負入力ノード及び負出力ノードに結合す
る。正及び負の出力ノードに結合した分路(シャント)
抵抗器及び分路コンデンサが設けられ、これら抵抗器及
びコンデンサは、正サイド及び負サイドの各々の出力ノ
ードに結合された信号入力端を有する乗算器(マルチプ
ライヤ)により電気的に調整される。(乗算器は、各サ
イドに2個ずつ、即ち、第1組の2個の乗算器が正サイ
ド及び負サイドに存在し、第2組の2個の乗算器が正サ
イド及び負サイドに存在する。)これら1組の乗算器の
出力端は、分路抵抗器の他端に結合され、これら乗算器
の乗算係数は、直流用制御信号(減衰器の入力信号の直
流成分を主に調整する制御信号)により制御される。他
の組の乗算器の出力端は、各サイドの出力ノードに容量
的に結合され、これら乗算器の乗算係数は、交流用制御
信号(減衰器の入力信号の交流成分を主に調整する制御
信号)により制御される。
【0011】
【発明の実施の形態】セオドラ・ジー・ネルソンのアメ
リカ合衆国特許第4507618号「RC減衰器用補償
方法及び装置」は、固定抵抗器及び固定コンデンサを有
し、実効容量を変化させるシングル・エンドRC減衰器
を補償する方法を開示している。図3は、このアメリカ
合衆国特許の従来回路に関連した部分を示す。入力ノー
ドVin及び出力ノードVoutの間には、抵抗器R1、R
2、コンデンサC1、C2、C22及び増幅器(乗算
器)16が図示のように接続されている。このアメリカ
合衆国特許に記載されているように、C1×R1=C2
×R2、即ち、C1=(R1/R1)×C2のとき、減
衰係数ATTは周波数に依存しない。なお、C1、C
2、R1及びR2は、図示する抵抗器及びコンデンサを
示すと共に、それらの夫々の値も示す。固定値の抵抗器
に対して、かかる条件を達成するには、C1又はC2の
いずれかの値が調整できなければならない。図3におい
て、この調整は、増幅器16に供給する制御信号を変化
させて、その利得を変化させることにより行う。増幅器
16の利得を変化させると、コンデンサC2の実効値
が、コンデンサC22及びC2の値の間の比に応じて変
化する。これは、増幅器16及びコンデンサ22のミラ
ー効果によるミラー容量Cmが、コンデンサC22の
値、及び増幅器16の利得Aに応じて、Cm=C22
(1−A)により決まるためである。このミラー容量
は、コンデンサC22による付加的なものである。
【0012】本願明細書で用いる用語「乗算器(マルチ
プライヤ)」は、4象限乗算器として動作する構成のあ
る種の増幅手段を意味する。また、正及び負は、互いに
相対的な極性を表す。この形式の乗算器は、正又は負の
信号入力と、正又は負の乗算係数を受け入れ、信号入力
及び乗算係数の4象限の積である出力信号を発生する。
ゼロの乗算係数は、ゼロ出力信号を発生し、正及び負の
乗算係数は、信号入力及び夫々の係数の積である出力信
号を発生する。
【0013】図4は、シングル・エンド減衰器の低周波
調整ができる回路を示す。この回路は、入力ノードVin
及び出力ノードVout間に、図示のように接続された抵
抗器R1、R2、コンデンサC2、C2、乗算器17を
有する。この回路は、R2の実効ミラー・コンダクタン
スGmを調整して動作する。なお、Gm=G2(1−
A)であり、G2は、R2のコンダクタンス、即ち、1
/R2であり、Aは、乗算器17の利得である。この結
果、減衰器の実効分路抵抗は、1/Gmである。よっ
て、乗算器17の制御信号入力を変化させると、分路抵
抗器R2の実効抵抗も変化する。制御信号の値がない
と、乗算器17の利得がゼロであり、実効抵抗が抵抗器
R2の値に等しくなる。この制御信号が乗算器17の利
得を増加させると、コンダクタンスが減少し、抵抗器R
2の実効抵抗が増加する。制御信号が乗算器17の利得
を減少させると、コンダクタンスが増加し、抵抗器R2
の実効抵抗が減少する。
【0014】図1は、本発明の好適な第1実施例の回路
図であり、差動減衰器の低周波及び高周波ミスマッチン
グの両方を補正して、高い同相モード抑圧比を達成す
る。なお、各符号は、素子及び信号の参照符号と共に、
その値も示す。また、信号を示す符号は、その信号を受
ける又は発生するノードも示す。差動入力信号は、正信
号Vin-p及び負信号Vin-nから成る。正サイドにおい
て、コンデンサC1及び抵抗器R1は、入力信号Vin-p
を受ける正信号入力ノードと、正出力信号Vout-pを発
生する出力信号ノードとの間に接続される。同様に、負
サイドにおいて、コンデンサC3及び抵抗器R3は、正
入力信号Vin-nを受ける負信号入力ノードと、負出力信
号Vout-nを発生する負出力信号ノードとの間に接続す
る。これらコンデンサC1及び抵抗器R1は、正サイド
直列インピーダンス要素であり、コンデンサC3及び抵
抗器R3は、負サイド直列インピーダンス要素である。
【0015】正出力ノードVout-pには、抵抗器R2
(インピーダンス要素、即ち、正サイド分路抵抗器)、
コンデンサC2(正サイド分路インピーダンス要素)、
コンデンサC22、乗算器18及び19の入力端が接続
される。負出力ノードVout-nには、抵抗器R4(イン
ピーダンス要素、即ち、正サイド分路抵抗器)、コンデ
ンサC4(負サイド分路インピーダンス要素)、コンデ
ンサC23、乗算器20及び21の入力端が接続され
る。乗算器19の出力端は、コンデンサC22の他端に
接続され、乗算器18の出力端は、抵抗器R2の他端に
接続される。同様に、乗算器21の出力端は、コンデン
サC23の他端に接続され、乗算器20の出力端は、抵
抗器R4の他端に接続される。コンデンサC2及びC4
の他端は、接地に接続される。乗算器18の乗算係数
は、直流用制御信号により制御される一方、乗算器20
の乗算係数は、反転された直流用制御信号により制御さ
れる。乗算器19の乗算係数は、交流用制御信号により
制御される一方、乗算器21の乗算係数は、反転された
交流用制御信号により制御される。これら制御信号の反
転は、反転乗算器41及び42が夫々行う。
【0016】交流用制御信号を変化させると、乗算器1
9及び21の乗算係数が反対方向に変化する。すなわ
ち、一方の乗算器の乗算係数が増加するのに対して、他
方の乗算器の乗算係数が減少する。この逆も同様であ
る。これにより、減衰器の一方のサイドの分流容量が増
加する効果を示すのに対して、他方のサイドの分流容量
が減少する。同様に、直流用制御信号が変化すると、乗
算器18及び20の乗算係数が逆方向に変化し、減衰器
の一方のサイドの分流抵抗が増加する効果を示すのに対
して、他方のサイドの分流抵抗が減少する。よって、直
流用制御信号及び交流用制御信号を用いて、減衰器の2
つのサイドの間のミスマッチングをゼロにして、低周波
及び高周波の両方の同相モード抑圧比を改善する。
【0017】反転乗算器41及び42を除去し、別々の
付加的な直流用制御信号及び交流用制御信号を減衰器の
負サイドに供給すると、図1に示す回路は、差動乗算係
数及び補償の調整が変更されるが、直流用及び交流用の
CMRR補正は、この回路により依然行なえる。
【0018】図2は、差動乗算係数及び補償調整が必要
でない場合の本発明の好適実施例を示す。本発明のこの
変形は、図1の示す回路よりも、性能が良好となり、消
費電力が少なく、構成も簡単になる。これは、減衰器コ
ンポーネントにおけるサイド対サイドのミスマッチング
を補正するが、その調整は、差動信号乗算係数に影響し
ない。
【0019】図2において、コンデンサC1及び抵抗器
R1は、正入力ノードVin-p及び正出力ノードVout-p
の間に接続され、コンデンサC3及び抵抗器R3は、負
入力ノードVin-n及び負出力ノードVout-nの間に接続
される。コンデンサC2は、正出力ノードVout-pを接
地に結合し、コンデンサC4は、負出力ノードVout-n
を接地に結合する。バッファ増幅器A1は、正出力ノー
ドVout-pに接続された高インピーダンス入力端を有
し、その出力信号を抵抗器R5の一端に供給する。抵抗
器R5の他端は、同相モード電圧ノードVcmに接続さ
れる。同様に、バッファ増幅器A2は、負出力ノードV
out-nに接続された高インピーダンス入力端を有し、そ
の出力信号を抵抗器R6の一端に供給する。抵抗器R6
の他端は、同相モード電圧ノードVcmに接続される。
同相モード電圧ノードVcmは、差動乗算器(増幅器)A
3及びA4の正入力端に接続される。差動乗算器A3及
びA4の負入力端は、接地される。乗算器A3の正出力
端は、コンデンサC5の一端に接続され、このコンデン
サC5の他端は、正出力ノードVout-pに接続される。
乗算器A3の負出力端は、コンデンサC6の一端に接続
され、このコンデンサC6の他端は、負出力ノードVou
t-nに接続される。差動乗算器A4の正出力端は、抵抗
器R2の一端に接続され、この抵抗器R2の他端は、正
出力ノードVout-pに接続される。乗算器A4の負出力
端は、抵抗器R4の一端に接続され、この抵抗器R4の
他端は、負出力ノードVout-nに接続される。差動乗算
器A3の乗算係数は、交流用制御信号により制御され、
差動乗算器A4の乗算係数は、直流用制御信号で制御さ
れる。
【0020】図2に示す減衰器の基本的コンポーネント
である抵抗器R1〜R4と、コンデンサC1〜C6は、
所望の直流用及び交流用差動減衰を行うように選択され
るか、又はトリミングされる。次に、サイド対サイドの
非対称は、直流用制御信号及び交流用制御信号を用いて
補正できる。バッファ増幅器A1及びA2の入力端は、
夫々正出力ノードVout-p及び負出力ノードVout-nに対
して高インピーダンスを示す。また、これらバッファ増
幅器A1及びA2は、それらの出力抵抗器R5及びR6
に対して、夫々の入力に対応する電圧を出力する。差動
乗算器A3及びA4は、高インピーダンス入力を有する
ので、入力ノードVin-p及びVin-nが差動的に駆動され
たとき、ノードVcmの電圧は、これら信号の平均値、即
ち、同相モード電圧である。平坦な周波数応答が望まし
いとき、この周波数応答を得るように、並列コンデンサ
を抵抗器R5及びR6の周辺に設けることができる。ま
た、付加的な抵抗器によりノードVcmを接地して、同相
モード信号を減らすと共に、乗算器A3及びA4から必
要なダイナミック・レンジが得られる。
【0021】図1に示す本発明の第1実施例と同様に、
図2の本発明の実施例は、交流用制御信号又は直流用制
御信号のいずれか一方の制御信号により、減衰器の半分
である正サイド及び負サイドの両方の実効容量又は抵抗
を同時に逆方向に変化できる。例えば、交流用制御信号
により、差動乗算器A3の乗算係数を増加すると、減衰
器の正サイドの実効分流容量が減少すると共に、同時
に、負サイドの実効分流容量が増加する。同様に、直流
用制御信号により、差動乗算器A4の乗算係数を減少す
ると、減衰器の正サイドの実効分流抵抗が減少すると共
に、同時に、負サイドの実効分流抵抗が増加する。これ
ら制御により、サイド対サイドのコンポーネントの大幅
な変動を補償して、達成できる同相モード抑圧比を最大
にできる。
【0022】本発明の好適な実施例について図示し説明
したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変更変
形が可能なことが当業者には明らかであろう。特許請求
の範囲は、本発明の要旨内のこれら変更変形を含むもの
である。
【0023】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、手動調整を
なくし、その代わりに電気的に制御可能な回路を用い
て、差動減衰器の同相モード抑圧比のエラーを補償する
と共に、回路構成に必要な空間を減らすことができる。
また、本発明によれば、同相モード抑圧比を補償するの
に必要な回路の電力消費を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】差動減衰器の低周波ミスマッチング及び高周波
ミスマッチングの両方を補正して、同相モード抑圧比を
高くした本発明の好適な第1実施例の回路図である。
【図2】差動信号利得に影響を与える調整をすることな
く、減衰器コンポーネントにおけるサイド対サイドのミ
スマッチングを補正する図1と類似の本発明の好適な第
2実施例の回路図である。
【図3】固定抵抗器及び固定コンデンサを用い、制御信
号により実効容量を調整できるシングル・エンド減衰器
の回路図である。
【図4】固定抵抗器及び固定コンデンサを用い、制御信
号により抵抗器の一方のコンダクタンスを調整できるシ
ングル・エンド減衰器の回路図である。
【図5】正サイド及び負サイドの値が平衡するように調
整して、同相モード抑圧比を補償できる手動調整用抵抗
器及びコンデンサを有する従来の差動減衰器の回路図で
ある。
【符号の説明】
Vin-p 正入力ノード Vin-n 負入力ノード Vout-p 正出力ノード Vout-n 負出力ノード 18〜21 乗算器(乗算手段) 41、42 反転乗算器 A1、A2 バッファ A3、A4 乗算器(乗算手段) C1、R1 正サイド直列インピーダンス要素 C3、R3 負サイド直列インピーダンス要素 C2 正サイド分路インピーダンス要素 C4 負サイド分路インピーダンス要素 R2 正サイド分路抵抗器 R4 負サイド分路抵抗器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローランド・イー・アンドリュース アメリカ合衆国 オレゴン州 97229 ポートランド ノースウエスト ラブジ ョイ 9110 (56)参考文献 実開 平3−107815(JP,U) 実開 平6−58617(JP,U) 米国特許4507618(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 11/24 H01P 1/22 H03F 3/68

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正入力ノードと、 負入力ノードと、 正出力ノードと、 負出力ノードと、 上記正入力ノード及び上記正出力ノード間に結合された
    正サイド直列抵抗器と、 該正サイド直列抵抗器と並列結合された正サイド直列コ
    ンデンサと、 上記負入力ノード及び上記負出力ノード間に結合された
    負サイド直列抵抗器と、 該負サイド直列抵抗器と並列結合された負サイド直列コ
    ンデンサと、 一端が上記正出力ノードに結合された正サイド分路抵抗
    器と;入力端が上記正出力ノードに結合され、出力端が
    上記正サイド分路抵抗器の他端に結合され、乗算係数制
    御入力端が直流用制御信号を受ける乗算手段と:を有す
    る正サイド分路抵抗手段と、 一端が上記負出力ノードに結合された負サイド分路抵抗
    器と;入力端が上記負出力ノードに結合され、出力端が
    上記負サイド分路抵抗器の他端に結合され、乗算係数制
    御入力端が直流用制御信号を受ける乗算手段と;を有す
    る負サイド分路抵抗手段と、 上記正出力ノードに結合された正サイド分路コンデンサ
    と;入力端が上記正出力ノードに結合され、出力端が上
    記正出力ノードに容量的に結合され、乗算係数入力端が
    交流用制御信号を受ける乗算手段と;を有する正サイド
    分路コンデンサ手段と、 上記負出力ノードに結合された負サイド分路コンデンサ
    と;入力端が上記負出力ノードに結合され、出力端が上
    記負出力ノードに容量的に結合され、乗算係数入力端が
    交流用制御信号を受ける乗算手段と;を有する負サイド
    分路コンデンサ手段とを具えた差動減衰器。
  2. 【請求項2】 第1差動増幅器が上記正サイド分路抵抗
    手段の上記乗算手段及び上記負サイド分路抵抗手段の上
    記乗算手段として動作し、上記第1差動増幅器の正入力
    端が上記正出力ノード及び上記負出力ノードの同相モー
    ド電圧を受け、上記第1差動増幅器の負入力端が接地さ
    れ、上記第1差動増幅器の正出力端が上記正サイド分路
    抵抗器に結合され、上記第1差動増幅器の負出力端が上
    記負サイド分路抵抗器に結合され、 第2差動増幅器が上記正サイド分路コンデンサ手段の上
    記乗算手段及び上記負サイド分路コンデンサ手段の上記
    乗算手段として動作し、上記第2差動増幅器の正入力端
    が上記正出力ノード及び上記負出力ノードの同相モード
    電圧を受け、上記第2差動増幅器の負入力端が接地さ
    れ、上記第2差動増幅器の正出力端が上記正出力ノード
    に容量的に結合され、上記第2差動増幅器の負出力端が
    上記負出力ノードに容量的に結合されたことを特徴とす
    る請求項1の差動減衰器。
  3. 【請求項3】 上記同相モード電圧が発生する同相モー
    ド電圧ノードと上記正出力ノードとの間に結合された第
    3増幅器及び第1抵抗器の第1直列回路と、 上記同相モード電圧ノードと上記負出力ノードとの間に
    結合された第4増幅器及び第2抵抗器の第2直列回路と
    を更に具え、 上記同相モード電圧ノードが上記第1差動増幅器及び上
    記第2差動増幅器の正入力端に結合されることを特徴と
    する請求項2の差動減衰器。
  4. 【請求項4】 正入力ノードと、 正出力ノードと、 直列結合された第1抵抗器及び第2抵抗器を有し、上記
    第1抵抗器及び上記第2抵抗器の第1共通接続点が上記
    正出力ノードに結合され、上記第1抵抗器の一端が上記
    正入力ノードに結合され、上記第1抵抗器にコンデンサ
    が並列接続され、上記第2抵抗器が第1増幅器を含むミ
    ラー・コンダクタンス用乗算手段の一部であり、上記第
    2抵抗器の一端が上記第1増幅器の入力端に結合され、
    上記第2抵抗器の他端が上記第1増幅器の出力端に結合
    された正サイドの電圧分圧器と、 入力端が上記第1共通接続点に結合され、出力端がコン
    デンサを介して上記正出力ノードに結合された第2増幅
    器を有する正サイドのミラー容量用乗算手段と、 負入力ノードと、 負出力ノードと、 直列結合された第3抵抗器及び第4抵抗器を有し、上記
    第3抵抗器及び上記第4抵抗器の第2共通接続点が上記
    負出力ノードに結合され、上記第3抵抗器の一端が上記
    負入力ノードに結合され、上記第3抵抗器にコンデンサ
    が並列接続され、上記第4抵抗器が第3増幅器を含むミ
    ラー・コンダクタンス用乗算手段の一部であり、上記第
    4抵抗器の一端が上記第3増幅器の入力端に結合され、
    上記第4抵抗器の他端が上記第3増幅器の出力端に結合
    された負サイドの電圧分圧器と、 入力端が上記第2共通接続点に結合され、出力端がコン
    デンサを介して上記負出力ノードに結合された第4増幅
    器を有する負サイドのミラー容量用乗算手段と、 入力端が上記第1増幅器の制御入力端に結合され、出力
    端が上記第3増幅器の制御入力端に結合され、直流用制
    御信号を受けて、反転された直流用制御信号を発生する
    第1反転乗算器と、 入力端が上記第2増幅器の制御入力端に結合され、出力
    端が上記第4増幅器の制御入力端に結合され、交流用制
    御信号を受けて、反転された交流用制御信号を発生する
    第2反転乗算器とを具えた差動減衰器。
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