(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-12
(45)【発行日】2023-07-21
(54)【発明の名称】広帯域増幅器及びその使用法
(51)【国際特許分類】
H03F 3/68 20060101AFI20230713BHJP
【ＦＩ】
H03F3/68 220
【請求項の数】
10
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2019012017
(22)【出願日】2019-01-28
(65)【公開番号】P2019134420
(43)【公開日】2019-08-08
【審査請求日】2022-01-18
(31)【優先権主張番号】15/885,190
(32)【優先日】2018-01-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】514046574
【氏名又は名称】キーサイト テクノロジーズ， インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【氏名又は名称】松島 鉄男
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100170379
【弁理士】
【氏名又は名称】徳本 浩一
(74)【代理人】
【識別番号】100180231
【弁理士】
【氏名又は名称】水島 亜希子
(74)【代理人】
【氏名又は名称】有原 幸一
(72)【発明者】
【氏名】近松 聖
(72)【発明者】
【氏名】岩城 伸明
【審査官】岸田 伸太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１７７３６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２４００４４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０７１６１４２０（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｆ ３／６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
広帯域増幅器（１００）であって、該広帯域増幅器（１００）が第１の動作構成に置かれたときにＤＣから第１のカットオフ周波数まで及び、該広帯域増幅器（１００）が第２の動作構成に置かれたときにＤＣから前記第１のカットオフ周波数より高い第２のカットオフ周波数まで及ぶ第１の周波数応答を提供するように構成された直流（ＤＣ）差動増幅器と、
該広帯域増幅器（１００）が前記第１の動作構成に置かれたときに前記第１のカットオフ周波数から第３のカットオフ周波数まで及び、該広帯域増幅器（１００）が第３の動作構成に置かれたときに前記第１のカットオフ周波数より低い第４のカットオフ周波数から前記第３のカットオフ周波数まで及ぶ第２の周波数応答を提供するように構成された交流（ＡＣ）差動増幅器と、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の第１の出力信号と前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の第２の出力信号とを結合するように構成された信号結合器回路（１４０）であって、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の出力端子（１３９）に接続されたローパスフィルタと、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の出力端子（１４１）に接続されたハイパスフィルタとを備える、信号結合器回路（１４０）と
を備える、広帯域増幅器。
【請求項2】
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、前記ローパスフィルタは、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記出力端子（１３９）に接続された出力抵抗器（１３６）を備え、前記ハイパスフィルタは、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記出力端子（１４１）に接続されたコンデンサを備える、広帯域増幅器。
【請求項3】
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）は、該広帯域増幅器（１００）の前記第２の動作構成の一部として前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）を高インピーダンス出力状態に置く第１の制御信号を受信するように構成された第１の制御端子（１１４）を含み、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）は、該広帯域増幅器（１００）の前記第３の動作構成の一部として前記ＤＣ差動増幅器（１００５）を前記高インピーダンス出力状態に置く第２の制御信号を受信するように構成された第２の制御端子（１３４）を含む、広帯域増幅器。
【請求項4】
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）は、該ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力抵抗器（１３６）を備え、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）は、該ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記出力端子（１４１）に接続された第１のリードを有する出力コンデンサ（１２０）を備える、広帯域増幅器。
【請求項5】
請求項４に記載の広帯域増幅器（１００）であって、前記出力コンデンサ（１２０）の第２のリードと該広帯域増幅器（１００）の出力ノード（１４２）との間に接続された第１のスイッチ（１０２０）であって、該広帯域増幅器（１００）を前記第２の動作構成に置くように動作可能である、第１のスイッチ（１０２０）と、
前記出力抵抗器（１３６）の第２のリードと該広帯域増幅器（１００）の前記出力ノード（１４２）との間に接続された第２のスイッチ（１０１５）であって、該広帯域増幅器（１００）を前記第３の動作構成に置くように動作可能である、第２のスイッチ（１０１５）と
を更に備える、広帯域増幅器。
【請求項6】
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記出力端子（１４１）と該広帯域増幅器（１００）の出力ノード（１４２）に結合されている出力コンデンサ（１２０）との間に接続された第１のスイッチ（１０２０）であって、該広帯域増幅器（１００）を前記第２の動作構成に置くように動作可能である、第１のスイッチ（１０２０）と、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記出力端子（１３９）と該広帯域増幅器（１００）の前記出力ノード（１４２）に結合されている出力抵抗器（１３６）との間に接続された第２のスイッチ（１０１５）であって、前記広帯域増幅器（１００）を前記第３の動作構成に置くように動作可能である、第２のスイッチ（１０１５）と
を更に備える、広帯域増幅器。
【請求項7】
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の第１の直列入力コンデンサ（１１６）の両端に接続された第１のスイッチ（１１０５）と、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の第２の直列入力コンデンサ（１１８）の両端に接続された第２のスイッチ（１１１０）と
を更に備える、広帯域増幅器。
【請求項8】
広帯域増幅器（１００）であって、第１の入力ノード（１０２）と、
第２の入力ノード（１０４）と、
出力ノード（１４２）と、
第１の入力端子、第２の入力端子及び第１の出力端子（１３９）を有する直流（ＤＣ）差動増幅器であって、前記第１の入力端子は、該広帯域増幅器（１００）の前記第１の入力ノード（１０２）に接続され、前記第２の入力端子は、該広帯域増幅器（１００）の前記第２の入力ノード（１０４）に接続されている、ＤＣ差動増幅器と、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記第１の出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力抵抗器（１３６）と、
第３の入力端子、第４の入力端子及び第２の出力端子（１４１）を有する交流（ＡＣ）差動増幅器と、
該広帯域増幅器（１００）の前記第１の入力ノード（１０２）に接続された第１のリードと、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第３の入力端子に接続された第２のリードとを有する第１の直列入力コンデンサ（１１６）と、
該広帯域増幅器（１００）の前記第２の入力ノード（１０４）に接続された第１のリードと、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第４の入力端子に接続された第２のリードとを有する第２の直列入力コンデンサ（１１８）と、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第２の出力端子（１４１）に接続された第１のリードを有する出力コンデンサ（１２０）と
を備える、広帯域増幅器。
【請求項9】
請求項８に記載の広帯域増幅器（１００）であって、前記出力抵抗器（１３６）の第２のリード及び前記出力コンデンサ（１２０）の第２のリードの各々は、該広帯域増幅器（１００）の前記出力ノード（１４２）に接続されている、広帯域増幅器。
【請求項10】
請求項８に記載の広帯域増幅器（１００）であって、前記出力コンデンサ（１２０）及び前記出力抵抗器（１３６）の各々は、信号結合器回路（１４０）の一部であり、該信号結合器回路（１４０）は、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記第１の出力端子（１３９）に接続されたローパスフィルタとして、かつ前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第２の出力端子（１４１）に接続されたハイパスフィルタとして動作するように構成されている、広帯域増幅器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
広帯域増幅器は、多種多様の用途でいたるところで使用されており、帯域幅、電力処理容量及び過渡応答等の特定の要件を満たすように適合されることが多い。例えば、信号検知用途では、広帯域増幅器は、センサによって生成された低振幅信号の増幅を提供するために使用することができる。一般に、広帯域増幅器は、広帯域幅にわたって信号増幅を提供するだけでなく、過渡現象の結果として発生する可能性がある信号振幅の大きくかつ急な変動も処理することが望ましい。しかしながら、これらの２つの特徴は、本質的に相反する可能性がある。したがって、場合により、広帯域増幅器は、比較的低い振幅信号に対して広帯域幅応答を提供することができるが、信号振幅が（例えば、過渡電圧スパイクに起因して）高くなるときに過負荷になる可能性がある。広帯域増幅器はまた、過負荷から回復するために一定量の時間もかかる可能性もあり、したがって、回復期間中に十分なレベルの性能を提供することができない。
【発明の概要】
【0002】
本開示の１つの例示的な実施形態によれば、広帯域増幅器は、直流（ＤＣ）差動増幅器、交流（ＡＣ）差動増幅器及び信号結合器回路を含む。ＤＣ差動増幅器は、広帯域増幅器が第１の動作構成に置かれたときにＤＣから第１のカットオフ周波数まで及び、広帯域増幅器が第２の動作構成に置かれたときにＤＣから第１のカットオフ周波数より高い第２のカットオフ周波数まで及ぶ第１の周波数応答を提供するように構成されている。ＡＣ差動増幅器は、広帯域増幅器が第１の動作構成に置かれたときに第１のカットオフ周波数から第３のカットオフ周波数まで及び、広帯域増幅器が第３の動作構成に置かれたときに第１のカットオフ周波数より低い第４のカットオフ周波数から第３のカットオフ周波数まで及ぶ第２の周波数応答を提供するように構成されている。ＤＣ差動増幅器の第１の出力信号とＡＣ差動増幅器の第２の出力信号とを結合するように構成された信号結合器回路は、ＤＣ差動増幅器の出力端子に接続されたローパスフィルタと、ＡＣ差動増幅器の出力端子に接続されたハイパスフィルタとを含む。
【0003】
本開示の別の例示的な実施形態によれば、第１の入力ノード、第２の入力ノード、出力ノード、直流（ＤＣ）差動増幅器、出力抵抗器、ＡＣ差動増幅器、第１の直列入力コンデンサ、第２の直列入力コンデンサ及び出力コンデンサ。ＤＣ差動増幅器は、第１の入力端子、第２の入力端子及び第１の出力端子を有し、第１の入力端子は、広帯域増幅器の第１の入力ノードに接続され、第２の入力端子は、広帯域増幅器の第２の入力ノードに接続されている。出力抵抗器は、ＤＣ差動増幅器の第１の出力端子に接続された第１のリードを有する。ＡＣ差動増幅器は、第３の入力端子、第４の入力端子及び第２の出力端子を有する。第１の直列入力コンデンサは、広帯域増幅器の第１の入力ノードに接続された第１のリードと、ＡＣ差動増幅器の第３の入力端子に接続された第２のリードとを有する。第２の直列入力コンデンサは、広帯域増幅器の第２の入力ノードに接続された第１のリードと、ＡＣ差動増幅器の第４の入力端子に接続された第２のリードとを有する。出力コンデンサは、ＡＣ差動増幅器の第２の出力端子に接続された第１のリードを有する。
【0004】
本開示の更に別の例示的な実施形態によれば、方法は、第１の期間中に広帯域増幅器を第１の動作構成に置くこと（placing a wideband amplifier in a first operational configuration）であって、それにより、ＤＣ差動増幅器は、ＤＣから第１のカットオフ周波数に及ぶ第１の周波数応答を提供し、ＡＣ差動増幅器は、第１のカットオフ周波数から第３のカットオフ周波数に及ぶ第２の周波数応答を提供する、第１の動作構成に置くことと、第２の期間中に広帯域増幅器を第２の動作構成に置くことであって、それにより、ＤＣ差動増幅器の第１の周波数応答は、ＤＣから第１のカットオフ周波数より高い第２のカットオフ周波数に及ぶ、第２の動作構成に置くことと、第３の期間中に広帯域増幅器を第３の動作構成に置くことであって、それにより、ＡＣ差動増幅器の第２の周波数応答は、第１のカットオフ周波数より低い第４のカットオフ周波数から第３のカットオフ周波数に及ぶ、第３の動作構成に置くこととを含む。
【0005】
本開示の他の実施形態及び態様は、添付の図面とともに取り入れられた以下の説明から明らかになる。
【0006】
本発明の多くの態様は、以下の説明を添付の特許請求の範囲及び図とともに参照することによってよりよく理解することができる。様々な図において、同様の参照符号は、同様の構造的要素及び特徴を示す。明瞭にするために、あらゆる図において、あらゆる要素に参照符号がラベル付けされているとは限らない。図面は、必ずしも一律の縮尺で描かれていない。その代わり、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。図面は、本発明の範囲を、本明細書に示す例示の実施形態に限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本開示の第１の例示的な実施形態による例示的な広帯域増幅器を示す図である。
【図3A】本開示に従って広帯域動作構成が使用される場合の広帯域増幅器の第１の例示的な入力波形及び第１の例示的な出力波形を示す図である。
【図4A】本開示に従ってローパス動作構成が使用される場合の広帯域増幅器の第１の例示的な入力波形及び第２の例示的な出力波形を示す図である。
【図5】本開示の一実施形態に従って信号源の出力電流特性を評価するように構成された一対の広帯域増幅器を含む例示的なシステムを示す図である。
【図7】本開示の一実施形態に従って信号源の出力電圧特性を評価するように構成された一対の広帯域増幅器を含む例示的なシステムを示す図である。
【図10】本開示の第２の例示的な実施形態による例示的な広帯域増幅器を示す図である。
【図11】本開示の第３の例示的な実施形態による例示的な広帯域増幅器を示す図である。
【図12】本開示の一実施形態に従って信号源の出力電流特性を評価するように構成された単一の広帯域増幅器を含む例示的なシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
この説明の全体を通して、実施形態及び変形形態は、発明概念の使用態様及び実施態様を示す目的で説明される。この例示の説明は、本明細書に開示されたような概念の範囲を限定するものとしてではなく、発明概念の例を提示するものとして理解されるべきである。この目的のために、幾つかの特定の単語及び用語が、専ら便宜上のために本明細書に用いられ、そのような単語及び用語は、当業者によって様々な形態及び同等物で一般に理解される様々な対象物及び動作を包含するものとして広く理解されるべきである。例えば、本明細書において用いられるような「端子」、「ノード」及び「リード」という単語は、概して、デバイスの一部であって、そのデバイスを別のデバイス又は回路素子に接続するために使用することができるデバイスの一部に関係する。抵抗器、コンデンサ、インダクタ又は演算増幅器等のデバイスの場合、「端子」、「ノード」及び「リード」という単語のうちの任意のものが、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）のホール内に挿入することができるワイヤリード、ＰＣＢの表面上のパッドにはんだづけすることができるタブ、又はＰＣＢの表面上のパッドにはんだ付けすることができる表面実装技術（ＳＭＴ）デバイスのパッドを示すことができる。本明細書において用いられるような「例」という単語は、本質的に非排他的及び非限定的であることを意図していることも理解されよう。より詳細に言えば、本明細書において用いられるような「例示的」という単語は、幾つかの例の中の１つを示し、この単語の使用によって、特別な強調、排他性、又は選好が関連付けられることも、暗に意味されることもないことが理解されよう。
【0009】
概して、本明細書に開示する様々な例示的な実施形態によれば、広帯域増幅器は、直流（ＤＣ）差動増幅器、交流（ＡＣ）差動増幅器及び信号結合器回路を含む。ＤＣ差動増幅器及びＡＣ増幅器の各々の周波数応答は、広帯域増幅器を少なくとも３つの異なる動作構成のうちの１つで構成することにより、選択的に変更することができる。３つの異なる動作構成は、広帯域動作構成、ローパス動作構成及びハイパス動作構成として広く解釈することができる。３つの異なる動作構成のうちの１つ以上は、広帯域増幅器に提供することができる様々なタイプの入力信号の特性に従って選択することができる。信号結合器回路は、ＤＣ差動増幅器の出力端子に接続されたローパスフィルタとして、かつＡＣ差動増幅器の出力端子に接続されたハイパスフィルタとして動作する。ＤＣ差動増幅器及びＡＣ差動増幅器に提供される１つ以上のスイッチ及び／又は制御端子を用いて、広帯域増幅器を３つの異なる動作状態のうちの１つに置くように、ＤＣ差動増幅器又はＡＣ差動増幅器からの出力信号の伝播を選択的に無効にすることができる。スイッチは、コントローラによって提供される好適な制御信号を用いることにより作動させるリレー又は固体スイッチとすることができる。
【0010】
図１は、本開示の第１の例示的な実施形態による広帯域増幅器１００を示す。この例示的な実施形態では、広帯域増幅器１００は、ＤＣ差動増幅器１３０、ＡＣ差動増幅器１１０及び信号結合器回路１４０を含む。ＤＣ差動増幅器１３０及びＡＣ増幅器１１０の各々は、広帯域増幅器１００を少なくとも３つの異なる動作構成のうちの１つで構成することにより選択的に変更することができる、周波数応答を有する。３つの異なる動作構成は、広帯域動作構成、ローパス動作構成及びハイパス動作構成として広く解釈することができる。信号結合器回路１４０は、ＤＣ差動増幅器１３０の出力信号とＡＣ差動増幅器１１０の出力信号とを結合するために使用され、したがって、広帯域増幅器１００は、広帯域増幅器１００が広帯域動作構成に置かれているとき、ＤＣ差動増幅器１３０の動作帯域幅とＡＣ差動増幅器１１０の動作帯域幅との組合せである全帯域幅を提供することができる。
【0011】
図１に示す例示的な実施形態では、広帯域増幅器１００は、第１の入力ノード１０２、第２の入力ノード１０４及び出力ノード１４２を含む。第１の入力ノード１０２及び第２の入力ノード１０４を用いて、差動入力信号を広帯域増幅器１００内に結合することができる。差動入力信号は、ＤＣ差動増幅器１３０の入力端子にＤＣ結合され、同時に、ＡＣ差動増幅器１１０の入力端子にＡＣ結合される。
【0012】
１つの例示的な実施態様では、差動入力信号のＤＣ差動増幅器１３０へのＤＣ結合は、（プリント回路基板上の一対のワイヤ又は一対の金属トラック等）一対の導体を用いて、第１の入力ノード１２０及び第２の入力ノード１０４をＤＣ差動増幅器１３０の対応する入力端子に直接接続することによって、行われる。ＤＣ差動増幅器１３０の入力端子の極性は、ＤＣ差動増幅器１３０を、非反転差動増幅器として又は反転差動増幅器として動作するように構成するように、選択することができる。
【0013】
別の例示的な実施態様では、第１の入力ノード１０２とＤＣ差動増幅器１３０の第１の入力端子との間に、第１の直列抵抗器が挿入され、第２の入力ノード１０４とＤＣ差動増幅器１３０の第２の入力端子との間に、第２の直列抵抗器が挿入される。
【0014】
差動入力信号のＡＣ差動増幅器１１０へのＡＣ結合は、第１の入力ノード１０２とＡＣ差動増幅器１１０の第１の入力端子との間の第１の直列入力コンデンサ１１６と、第２の入力ノード１０４とＡＣ差動増幅器１１０の第２の入力端子との間の第２の直列入力コンデンサ１１８とを使用することにより、行われる。第１の直列入力コンデンサ１１６及び第２の直列入力コンデンサ１１８の各々の静電容量値は、ＡＣ差動増幅器１１０の第２の動作帯域幅に従って選択することができる。
【0015】
信号結合器回路１４０は、ＤＣ差動増幅器１３０の出力端子１３９に接続されたローパスフィルタと、ＡＣ差動増幅器１１０の出力端子１４１に接続されたハイパスフィルタとを含む。図１に示す例示的な実施形態では、ローパスフィルタは、ＤＣ差動増幅器１３０の出力端子１３９と広帯域増幅器１００の出力ノード１４２との間に結合されている出力抵抗器１３６の形態で実装される。ハイパスフィルタは、ＡＣ差動増幅器１１０の出力端子１４１と広帯域増幅器１００の出力ノード１４２との間に結合される出力コンデンサ１２０の形態で実装される。より詳細には、出力抵抗器１３６の第１のリードが、ＤＣ差動増幅器１３０の出力端子１３９に接続され、出力抵抗器１３６の第２のリードが、広帯域増幅器１００の出力ノード１４２に接続されている。出力コンデンサ１２０の第１のリードが、ＡＣ差動増幅器１１０の出力端子１４１に接続され、出力コンデンサ１２０の第２のリードが、広帯域増幅器１００の出力ノード１４２に接続されている。任意選択的に、広帯域増幅器１００の出力ノード１４２に、減衰器１５０等の追加の素子を結合することができる。
【0016】
ローパスフィルタ及び／又はハイパスフィルタは、Ｔ型フィルタ構成若しくはπ型フィルタ構成で配置された、抵抗器、インダクタ及びコンデンサ等の複数の素子を用いることによって、又はデジタルフィルタの形態で等、様々な代替方法で実装することができる。デジタルフィルタの形態で実装される場合、アナログ－デジタル変換器を用いて、ＤＣ差動増幅器１３０及び／又はＡＣ差動増幅器１１０のアナログ信号出力の一方又は両方を、デジタルフィルタを通して伝播させることができるデジタルフォーマットに変換することができる。
【0017】
ＤＣ差動増幅器１３０は、コントローラ（図示せず）によって提供される第１の制御信号を受信する制御端子１３４を含む。コントローラは、本開示に従って広帯域増幅器１００の様々な動作を実行するようにメモリ（図示せず）に記憶された１つ以上のアプリケーションプログラムを実行するプロセッサを含むことができる。制御信号は、ＤＣ差動増幅器１３０を高インピーダンス出力状態に置くために使用される。ＤＣ差動増幅器１３０は、高インピーダンス出力状態に置かれると、信号結合器回路１４０におけるローパスフィルタから隔離され、出力抵抗器１３６の第１のリードは、有効に開回路状態になる。
【0018】
ＡＣ差動増幅器１１０は、コントローラ（図示せず）によって提供される別の制御信号を受信する第２の制御端子１１４を含む。第２の制御信号は、ＡＣ差動増幅器１１０を高インピーダンス出力状態に置くために使用され、出力コンデンサ１２０の第１のリードは、有効に開回路状態になる。
【0019】
フィードバック抵抗器（図示せず）等の様々なタイプの利得設定構成要素を用いて、ＤＣ差動増幅器１３０を第１の電圧利得を提供するように構成することができる。ＡＣ差動増幅器１１０を同様に、第２の電圧利得を提供するように構成することができる。１つの例示的な実施態様では、ＤＣ差動増幅器１３０の第１の電圧利得は、ＡＣ差動増幅器１１０の第２の電圧利得に実質的に等しいように設定される。したがって、広帯域増幅器１００の出力ノード１４２における出力信号の振幅は、ＤＣから第２のカットオフ周波数まで実質的に平坦である。出力信号のＤＣ部分は、ＤＣ差動増幅器１３０によって提供され、出力信号の第２のカットオフ周波数部分は、ＡＣ差動増幅器１１０によって提供される。
【0020】
別の例示的な実施態様では、ＤＣ差動増幅器１３０の第１の電圧利得は、ＡＣ差動増幅器１１０の第２の電圧利得とは異なるように設定される。異なる電圧利得を用いて、例えば、ＤＣ差動増幅器１３０及び／又はＡＣ差動増幅器１１０における信号減衰及び部品公差等の相違を補償することができる。
【0021】
図２は、広帯域増幅器１００の出力ノード１４２において観察されるような広帯域増幅器１００の例示的な周波数応答を示す。後述する様々なカットオフ周波数は、３－ｄＢカットオフ周波数であることが理解されるべきである。
【0022】
ＤＣ差動増幅器１３０もＡＣ差動増幅器１１０も高インピーダンス出力状態に置かれていない第１の期間中における、グラフ２０２はＤＣ差動増幅器１３０の周波数応答を表し、グラフ２０４はＡＣ差動増幅器１１０の周波数応答を表す。広帯域増幅器１００の広帯域動作構成に対応するこの状態の下では、信号結合器回路１４０は、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタの両方を含み、本開示に従って、ＤＣから高域カットオフ周波数（ｆＨＦ）まで及ぶ周波数応答を提供する。
【0023】
グラフ２０２は、広帯域増幅器１００が広帯域動作構成に置かれているとき、ＤＣから高域カットオフ周波数（ｆＭＩＤ）まで及ぶ。グラフ２０４は、広帯域増幅器１００が広帯域動作構成に置かれているとき、ＤＣを超える低域カットオフ周波数（この例では、低域カットオフ周波数はｆＭＩＤに対応する）から高域カットオフ周波数（ｆＨＦ）まで及ぶ。周波数ｆＭＩＤは、ｆＭＩＤ＝１／（２＊π＊Ｒ＊Ｃ）として定義することができ、「Ｒ」は出力抵抗器１３６の抵抗値であり、「Ｃ」は出力コンデンサ１２０の静電容量値である。
【0024】
グラフ２０６は、ＤＣ差動増幅器１３０が動作可能であり、ＡＣ差動増幅器１１０が高インピーダンス出力状態に置かれた第２の期間中における、ＤＣ差動増幅器１３０の周波数応答を表す。広帯域増幅器１００のローパス動作構成に対応するこの状態の下では、信号結合器回路１４０はローパスフィルタのみを含む。ＤＣ差動増幅器１３０の周波数応答は、このとき、本開示に従って、ＤＣから高域カットオフ周波数（ｆ２）まで及ぶ。高域カットオフ周波数（ｆ２）は、広帯域増幅器１００が広帯域動作構成にあるときに適用可能である高域カットオフ周波数（ｆＭＩＤ）から上方にシフトしており、それにより、より広いローパス動作帯域幅を提供する。上方のシフトは、ＤＣ差動増幅器１３０の出力端子１３９に対するＡＣ差動増幅器１１０による負荷を除去する結果として発生する。１つの例示的な実施態様では、ＡＣ差動増幅器１１０の制御端子１１４に第２の制御信号を提供することにより、ＡＣ差動増幅器１１０を高インピーダンス出力状態に置くことができ、それにより、ＡＣ差動増幅器１１０の出力端子１４１に接続されている出力コンデンサ１２０の第１のリードは、有効に開回路状態にある。
【0025】
グラフ２０８は、ＡＣ差動増幅器１１０が動作可能であり、ＤＣ差動増幅器１３０が高インピーダンス出力状態に置かれた第３の期間中における、ＡＣ差動増幅器１１０の周波数応答を表す。広帯域増幅器１００のハイパス動作構成に対応するこの状態の下では、信号結合器回路１４０は、ハイパスフィルタのみを含む。ＡＣ差動増幅器１１０の周波数応答は、このとき、高域カットオフ周波数（ｆＨＦ）から、広帯域増幅器１００が広帯域動作構成にあるときに適用可能である低域カットオフ周波数（ｆＭＩＤ）より低い低域カットオフ周波数（ｆ１）まで及び、それにより、より広いハイパス動作帯域幅を提供する。下方のシフトは、ＡＣ差動増幅器１１０の出力端子１４１に対するＤＣ差動増幅器１３０による負荷を除去する結果として発生する。１つの例示的な実施態様では、ＤＣ差動増幅器１３０の制御端子１３４に第１の制御信号を提供することにより、ＤＣ差動増幅器１３０を高インピーダンス出力状態に置くことができ、それにより、ＤＣ差動増幅器１３０の出力端子１３９に接続されている出力抵抗器１３６の第１のリードは、有効に開回路状態にある。
【0026】
図３Ａは、本開示による、広帯域動作構成の間における広帯域増幅器１００の第１の例示的な入力波形３０４及び第１の例示的な出力波形３０６を示す。第１の例示的な入力波形３０４は、広帯域増幅器１００の第１の入力ノード１０２及び第２の入力ノード１０４に結合された入力信号に対応する。この例では、入力信号は、１ｋＨｚの周波数と、０Ｖ～１００ｍＶの範囲の電圧振幅スイングとを有する。ＤＣ差動増幅器１３０の利得は、ＡＣ差動増幅器１１０の利得（例えば、２０の利得）に等しく設定される。
【0027】
入力波形３０４の立下りエッジ３１６と出力波形３０６の対応する立下りエッジ３１７とは、破線フォーマットで示すボックス３０２内に含まれる。出力波形３０６の立下りエッジ３１７において約１０ｍＶのアンダーシュートが発生し、実質的に遅延なしに０Ｖに達成した入力波形３０４に対応して、出力波形３０６が０Ｖに達するために望ましくない量の回復時間（約５０μｓｅｃ）がある。出力波形３０６の立下りエッジ３１７におけるアンダーシュートは、第１の例示的な入力波形３０４の振幅及び／又はエッジ遷移特性の結果として、広帯域増幅器１００がオーバードライブ状態を有することに起因する。
【0028】
図３Ｂは、図３Ａに示すボックス３０２内に含まれる波形エッジの拡大図を示す。望ましくない量の回復時間の結果として、出力波形３０６の振幅は、立下りエッジ３１７の発生の後、約２．５μＳ程度、０Ｖより約８ｍＶ下のレベルのままである。
【0029】
さらに、波形観察が、例えばオシロスコープを用いることによって行われる場合、出力波形３０６の立下りエッジ３１７は、間違って、入力波形３０４の立下りエッジ３１６より先に発生するように見える可能性がある。これは、入力波形３０４の立下りエッジ３１６の発生の前に入力波形が１００ｍＶである（又はそれより高い）ときに、ＤＣ差動増幅器１３０及びＡＣ差動増幅器１１０の両方における飽和状態に起因してもたらされる。飽和状態により、間違って入力波形３０４の立下りエッジ３１６より先に発生するように見える出力波形３０６の立下りエッジ３１７の形態で、出力波形３０６がひずむことになる。
【0030】
この望ましくない状態は、本開示に従って、ＡＣ差動増幅器１１０を高インピーダンス出力状態に置くために制御端子１１４に第２の制御信号を提供することにより、対処することができる。したがって、出力コンデンサ１２０の第１のリードは開回路状態にあり、信号結合器回路１４０は、本開示によるローパス動作構成で動作する。広帯域増幅器１００の周波数応答は、グラフ２０２からグラフ２０６（図２に示す）に変化する。
【0031】
図４Ａは、広帯域増幅器１００がローパス動作構成に置かれているときの広帯域増幅器の第１の例示的な入力波形３０４（図３Ａに示す）と第２の例示的な出力波形４０６とを示す。第１の例示的な出力波形３０６（図３Ａに示す）の立下りエッジ３１７に存在したアンダーシュートの量は、ここでは、ローパス動作構成に起因して低減している。アンダーシュートの低減は、第２の例示的な出力波形４０６の立下りエッジ４１７に示されている。
【0032】
図４Ｂは、図４Ａに示すボックス４０２内に含まれる波形エッジの拡大図を示す。第２の例示的な出力波形４０６の立下りエッジ４１７におけるアンダーシュートに関連する回復時間は、第１の例示的な出力波形３０６の立下りエッジ３１７におけるアンダーシュートに関連する約５０μｓｅｃの回復時間と比較して、約５００ｎｓｅｃである。
【0033】
さらに、波形が試験機器で観察されかつ／又は評価される場合、出力波形４０６の立下りエッジ４１７は、入力波形３０４の立下りエッジ３１６に対して合理的なタイミング関係を有する。したがって、信号結合器回路１４０をローパス動作構成で動作するように構成することにより、オーバードライブ状態に関連する少なくとも幾つかの悪影響を軽減する高速回復動作モードが提供される。
【0034】
図５は、本開示の一実施形態による、信号源５０２の出力電流特性を評価するように構成された、第１の広帯域増幅器５１０及び第２の広帯域増幅器５１２を含む例示的なシステム５００を示す。信号源５０２は、導体（ワイヤ又はケーブル等）を介して抵抗器５０６の第１のリードに接続されている。抵抗器５０６は、例示的な電流検知素子として動作する。導体は、第１のインピーダンス素子５０４として概略的に示す。抵抗器５０６の第２のリードが、第２のインピーダンス素子５０８として概略的に示す負荷素子に接続されている。
【0035】
第１の例示的な実施態様では、第１の広帯域増幅器５１０は、本明細書に記載する広帯域増幅器１００とは異なる従来の広帯域増幅器である。第２の例示的な実施態様では、第１の広帯域増幅器５１０は、本明細書に記載する広帯域増幅器１００である。第１の例示的な実施態様及び第２の例示的な実施態様の両方において、第２の広帯域増幅器５１２は、本明細書に記載する広帯域増幅器１００である。
【0036】
第１の広帯域増幅器５１０の第１の入力ノードが、第２の広帯域増幅器５１２の第１の入力ノードとともに、抵抗器５０６の第１のリードに接続されている。第１の広帯域増幅器５１０の第２の入力ノードが、第２の広帯域増幅器５１２の第２の入力ノードとともに、抵抗器５０６の第２のリードに接続されている。したがって、信号源５０２によって提供される電流の振幅を示す、抵抗器５０６の両端の電圧降下が、第１の広帯域増幅器５１０及び第２の広帯域増幅器５１２の各々に結合されている。第１の広帯域増幅器５１０の出力ノード５１４及び／又は第２の広帯域増幅器５１２の出力ノード５１６に、オシロスコープ又は波形解析装置等の試験機器（図示せず）を接続することができる。
【0037】
例示的なシステム５００では、第２の広帯域増幅器５１２の電圧利得は、第１の広帯域増幅器５１０の電圧利得より高く設定される。例えば、第１の広帯域増幅器５１０は、抵抗器５０６を通して、約４０μＡから約２００ｍＡの範囲の電流に対応する電圧を観察するのに好適な第１の電圧利得に設定することができ、第２の広帯域増幅器５１２は、抵抗器５０６を通して、第１の電圧利得より高くかつ約３２０ｎＡから約２ｍＡの範囲の電流に対応する電圧を観察するのに好適な、第２の電圧利得に設定することができる。
【0038】
第１の例示的な実施態様では、第１の広帯域増幅器５１０は、第２の広帯域増幅器５１２とともに、本開示によるローパス動作構成に置かれる。第２の例示的な実施態様では、従来の広帯域増幅器又は広帯域増幅器１００のいずれかとすることができる第１の広帯域増幅器５１０は、依然としてデフォルトの広帯域動作モードで動作し、第２の広帯域増幅器５１２のみが、本開示によるローパス動作構成に置かれる。
【0039】
図６は、第１の広帯域増幅器５１０の出力ノード５１４（図５に示す）において観察可能な例示的な波形６０２と、第２の広帯域増幅器５１２の出力ノード５１６（図５に示す）において観察可能な例示的な波形６０４とを示す。この例では、波形６０２は、第１の期間６１０の間の抵抗器５０６を通る電流の伝播なしと、それに続く、第２の期間６１２の間の電流の伝播と、第３の期間６１４の間の電流の伝播なしを示すように見える。この電流伝播特性は、信号源５０２によって生成される信号のオフ－オン－オフ特性に対応する。
【0040】
第２の広帯域増幅器５１２の第２の電圧利得より低い、第１の広帯域増幅器５１０の第１の電圧利得は、信号源５０２によって提供される信号の全体図を提供し、第２の広帯域増幅器５１２の第２の電圧利得は、信号源５０２によって提供される信号の幾つかの特定の部分の拡大図を提供する。より詳細には、波形６０２によって提供される全体図は、第２の期間６１２の間の振幅の大きい電圧変動を示すが、第１の期間６１０及び第３の期間６１４の間に発生する振幅の小さい電圧変動を観察するために十分な分解能は提供しない。
【0041】
波形６０４は、第２の広帯域増幅器５１２の第２の電圧利得に起因したより高い分解能で、第１の期間６１０及び第３の期間６１４の間に発生する振幅の小さい電流変動を示す。この例では、第１の期間６１０の間に発生する振幅の小さい電流変動は、ボックス６２０によって示し、第２の広帯域増幅器５１２の電圧利得は、第１の広帯域増幅器５１０の電圧利得の１００倍に設定されている。第３の期間６１４の間に発生する振幅の小さい電流変動は、ボックス６２２によって示す。
【0042】
第２の期間６１２の間の振幅の大きい電流変動は、第２の期間６１２の間に波形６０４におけるオーバードライブ状態として明示される。第２の広帯域増幅器５１２のローパス動作構成は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上述したように、オーバードライブ状態を阻止する。
【0043】
したがって、波形６０４を用いて、第２の期間６１２を無視しながら第１の期間６１０及び第３の期間６１４の間に信号源５０２によって提供される信号の特性を観察することができる。波形６０２を用いて、第２の期間６１２の間に信号源５０２によって提供される信号の特性を観察することができ、それにより、波形６０４を用いてなされる観察が補完される。
【0044】
したがって、システム５００は、信号源５０２によって提供される信号の幾つかの部分における振幅の大きい電圧変動の評価を提供すると同時に、信号源５０２によって提供される信号の幾つかの他の部分における振幅の小さい電圧変動の評価を可能にする。振幅の大きい電圧変動は、第１の程度の分解能で評価することができ、振幅の小さい電圧変動は、第１の程度の分解能とは無関係の第２の程度の分解能で評価することができ、それにより、信号源５０２によって提供される信号の様々な特性を評価する広いダイナミックレンジが提供される。
【0045】
図７は、本開示の一実施形態に従って信号源７０２の出力電圧特性を評価するように構成された、第１の広帯域増幅器７１０及び第２の広帯域増幅器７１２を含む例示的なシステム７００を示す。信号源７０２は、導体（第１のインピーダンス素子７０４として概略的に示す）を介して負荷素子（第２のインピーダンス素子７０８として概略的に示す）に接続されている。
【0046】
第１の例示的な実施態様では、第１の広帯域増幅器７１０は、本明細書に記載する広帯域増幅器１００とは異なる従来の広帯域増幅器であり、第２の広帯域増幅器７１２は、本明細書に記載する広帯域増幅器１００である。第２の例示的な実施態様では、第１の広帯域増幅器７１０及び第２の広帯域増幅器７１２の両方が、本明細書に記載する広帯域増幅器１００である。
【0047】
第１の広帯域増幅器７１０の第１の入力ノードが、第２の広帯域増幅器７１２の第１の入力ノードとともに、負荷素子７０８の第１の端子に接続されている。第１の広帯域増幅器７１０の第２の入力ノードが、第２の広帯域増幅器７１２の第２の入力ノードとともに、負荷素子７０８の第２の端子に接続されている。負荷素子の第２の端子は、接地に接続されている。この構成により、負荷素子７０８の両端で発生した電位を、第１の広帯域増幅器７１０及び第２の広帯域増幅器７１２の各々に結合することができる。第１の広帯域増幅器７１０の出力ノード７１４に及び／又は第２の広帯域増幅器７１２の出力ノード７１６に、オシロスコープ又は波形解析装置等の試験機器（図示せず）を接続することができる。
【0048】
例示的なシステム７００では、第２の広帯域増幅器７１２は、第１の広帯域増幅器７１０の電圧利得より高く設定される電圧利得を有する。第１の例示的な実施態様では、第１の広帯域増幅器７１０及び第２の広帯域増幅器７１２の両方が、ハイパス動作構成に置かれる。第２の例示的な実施態様では、第２の広帯域増幅器７１２のみがハイパス動作構成に置かれ、従来の広帯域増幅器又は広帯域増幅器１００のいずれかとすることができる第１の広帯域増幅器７１０は、依然としてデフォルトの広帯域動作モードで動作する。
【0049】
図８は、第１の広帯域増幅器７１０の出力ノード７１４において観察可能な例示的な波形８０２を示す。波形８０２は、振幅の大きいＤＣ成分８０４と、ＤＣ成分８０４の上に乗っている振幅の小さいＡＣ成分８０６とを有する。振幅の小さいＡＣ成分８０６の部分は、例示の目的で楕円形８０８の内部に拡大形態で示す。ＤＣ成分８０４とＡＣ成分８０６との間の振幅の差により、オシロスコープ等の従来の試験機器ではＡＣ成分８０６と同時のＤＣ成分８０４の評価が阻止される。通常、従来のオシロスコープでは、ＤＣ入力結合はＤＣ成分８０４を評価するために使用され、ＡＣ入力結合はＡＣ成分８０６を評価するために使用される。ＤＣ入力結合が使用されるとき、ＤＣ成分８０４を評価するために必要な分解能は、ＡＣ成分８０６を同時に評価するためには不適切である可能性がある。ＡＣ入力結合が使用されるとき、ＡＣ成分８０６は好適な分解能を用いることによって評価することができるが、ＤＣ成分８０４は遮断され、オシロスコープにおいて観察することができない。
【0050】
対照的に、システム７００は、第１の程度の分解能でのＤＣ成分８０４の観察を可能にすると同時に、第１の程度の分解能とは無関係の第２の程度の分解能でＡＣ成分８０６を観察し、それにより、信号源７０２によって提供される信号のＡＣ特性及びＤＣ特性の両方を評価するための広いダイナミックレンジを提供する。より詳細には、第１の広帯域増幅器７１０の出力ノード７１４においてＤＣ成分８０４を観察することができ、第２の広帯域増幅器７１２の出力ノード７１６においてＡＣ成分８０６を観察することができる。
【0051】
第１の広帯域増幅器７１０の第１の電圧利得は、波形８０２における予期される変動の範囲に従って設定することができる。
【0052】
図９は、ＤＣ成分８０４における振幅の著しい変化を受けている波形８０２を示す。ＡＣ成分８０６における変化が出力ノード７１４において観察可能とすることができてもできなくても、第１の広帯域増幅器７１０の出力ノード７１４において、振幅変化９０４を観察することができる。一方、ＡＣ成分８０６の変化は、第２の広帯域増幅器７１２の出力ノード７１６において観察することができる。第２の広帯域増幅器７１２の第２の電圧利得にハイパス動作構成によって提供されるより広い帯域幅を結合することにより、高い分解能及び精度でＡＣ成分８０６の観察が可能になる。
【0053】
図１０は、本開示の第２の例示的な実施形態による例示的な広帯域増幅器１０００を示す。広帯域増幅器１０００は、ＤＣ差動増幅器１００５、ＡＣ差動増幅器１０１０及び信号結合器回路１４０を含む。この第２の例示的な実施形態では、ＤＣ差動増幅器１００５は、ＤＣ差動増幅器１３０を高インピーダンス出力状態に置くために使用することができる第１の制御端子を含まない。ＡＣ差動増幅器１０１０もまた、ＡＣ差動増幅器１０１０を高インピーダンス出力状態に置くために使用することができる第２の制御端子を含まない。
【0054】
しかしながら、第１の例示的な実施態様では、出力抵抗器１３６と広帯域増幅器１０００の出力ノード１４２との間に第１のスイッチ１０１５が設けられ、出力コンデンサ１２０と広帯域増幅器１０００の出力ノード１４２との間に第２のスイッチ１０２０が設けられている。
【0055】
第２の例示的な実施態様では、ＤＣ差動増幅器１００５の出力端子１３９と出力抵抗器１３６との間に第１のスイッチ１０１５が設けられ、ＡＣ差動増幅器１０１０の出力端子１４１と出力コンデンサ１２０との間に第２のスイッチ１０２０が設けられる。
【0056】
第１の例示的な実施態様及び第２の例示的な実施態様の両方において、第１のスイッチ１０１５及び第２のスイッチ１０２０の各々を閉じることにより、広帯域増幅器１０００を本開示による広帯域動作構成に置くことができる。出力抵抗器１３６の第２のリードは、第１のスイッチ１０１５が閉じることに起因して出力ノード１４２に接続され、出力コンデンサ１２０の第２のリードは、第２のスイッチ１０２０が閉じることに起因して出力ノード１４２に接続される。
【0057】
第１のスイッチ１０１５を閉じ、第２のスイッチ１０２０を開くことにより、広帯域増幅器１０００を本開示によるローパス動作構成に置くことができる。出力抵抗器１３６の第２のリードは、第１のスイッチ１０１５が閉じることに起因して出力ノード１４２に接続され、出力コンデンサ１２０の第２のリードは、第２のスイッチ１０２０が開くことに起因して出力ノード１４２から切断される。
【0058】
第１のスイッチ１０１５を開き、第２のスイッチ１０２０を閉じることにより、広帯域増幅器１０００を本開示によるハイパス動作構成に置くことができる。出力抵抗器１３６の第２のリードは、第１のスイッチ１０１５を開くことに起因して出力ノード１４２から切断され、出力コンデンサ１２０の第２のリードは、第２のスイッチ１０２０を閉じることに起因して出力ノード１４２に接続される。
【0059】
図１１は、本開示の第３の例示的な実施形態による例示的な広帯域増幅器１１００を示す。広帯域増幅器１１００は、ＤＣ差動増幅器１３０、ＡＣ差動増幅器１０１０及び信号結合器回路１４０を含む。この第２の例示的な実施形態では、ＤＣ差動増幅器１３０は、図１を参照して上述した広帯域増幅器１００の一部であるＤＣ差動増幅器１３０と同一である。ＡＣ差動増幅器１０１０は、図１を参照して上述した広帯域増幅器１００の一部であるＡＣ差動増幅器１１０と実質的に同様である。しかしながら、ＡＣ差動増幅器１０１０は、ＡＣ差動増幅器１１０に含まれていない２つの構成要素を含む。これらの２つの構成要素は、第１の直列入力コンデンサ１１６の両端に接続された第１の入力スイッチ１１０５と、第２の直列入力コンデンサ１１８の両端に接続された第２の入力スイッチ１１１０とである。
【0060】
入力信号が、ＤＣ成分とその上に重ね合わされたＡＣ成分とを有する場合、広帯域増幅器１１００を本開示による第１の広帯域動作構成に置くことができる。第１の入力スイッチ１１０５及び第２の入力スイッチ１１１０の各々が開かれて、広帯域増幅器１１００が第１の広帯域動作構成に置かれる。ＡＣ差動増幅器１０１０は、入力信号のＤＣ成分を遮断し、入力信号のＤＣ成分を評価するために使用することができるＤＣ差動増幅器１３０によって提供される分解能より高い分解能での入力信号のＡＣ成分の評価を可能にする、ＡＣ増幅器として動作する。オーバードライブ状態が入力信号に存在する場合、それに対処するために、制御端子１３４及び／又は制御端子１１４を使用することができる。
【0061】
入力信号の１つ以上の特性が、入力信号がＡＣ成分を有するが実質的なＤＣ成分を含まないことを示す場合、広帯域増幅器１１００を本開示による第２の広帯域動作構成に置くことができる。オーバードライブ状態の発生は、ＤＣ成分が入力信号に存在しないことに起因して最小限になるか又はなくなる。第１の入力スイッチ１１０５及び第２の入力スイッチ１１１０の各々が閉じられて、広帯域増幅器１１００は第２の広帯域動作構成に置かれる。
【0062】
図１２は、本開示の一実施形態に従って信号源１２０２の出力電流特性を評価するように構成された例示的なシステム１２００を示す。ここでは、図５を参照して上述したシステム５００の変形である例示的なシステム１２００を用いて、信号ひずみ及びオーバードライブ状態に関する幾つかの特定の態様について述べる。第１の広帯域増幅器５１０及び第２の広帯域増幅器５１２を含むシステム５００とは対照的に、例示的なシステム１２００は単一の広帯域増幅器１２１０を有する。広帯域増幅器１２１０は、図１に示すような、ＤＣ差動増幅器１３０、ＡＣ差動増幅器１１０及び信号結合器回路１４０を含む。この例示的な実施形態では、ＤＣ差動増幅器１３０及びＡＣ差動増幅器１１０の各々は、約＋０．５Ｖから約－０．５Ｖの範囲の入力電圧スイングに適応するように選択される。
【0063】
図１３Ａは、抵抗器５０６の両端から広帯域増幅器１００の第１の入力ノード１０２及び第２の入力ノード１０４に結合された入力信号に対応する例示的な入力波形１３０２を示す。入力信号は、約＋２Ｖから約０Ｖの範囲である。
【0064】
図１３Ｂは、入力信号が広帯域増幅器１００に結合されているときにＡＣ差動増幅器１１０の出力端子１４１に存在する例示的な波形１３０４を示す。ＡＣ差動増幅器１１０の第１の直列入力コンデンサ１１６及び第２の直列入力コンデンサ１１８は、ＡＣ差動増幅器１１０をＡＣ増幅器として構成する。したがって、波形１３０４は、（約＋０．５Ｖにおける）０Ｖより上の（入力波形１３０２の２Ｖ部分に対応する）第１の部分１３１２と、（約－０．５Ｖにおける）０Ｖより下の（入力波形１３０２の０Ｖ部分に対応する）第２の部分１３１４とを示す。第１の部分１３１２は、第２の部分１３１４におけるアンダーシュートに至るオーバードライブ状態を示す。動作範囲が限られている（約＋０．５Ｖ～約－０．５Ｖ）ことに起因したＡＣ差動増幅器１１０における電圧クリッピングの結果として、波形１３０４のピークツーピーク振幅は約１Ｖである。
【0065】
図１３Ｃは、入力信号が広帯域増幅器１００に結合されているときにＤＣ差動増幅器１３０の出力端子１３９に存在する例示的な波形１３０６を示す。波形１３０６は、（約＋０．５Ｖにおける）０Ｖより上の（入力波形１３０２の２Ｖ部分に対応する）第１の部分１３１６を示す。波形１３０６の残りの部分は、入力信号に存在する０Ｖ状態を正確に反映する。第１の部分１３１６は、動作範囲が限られている（約＋０．５Ｖ～約－０．５Ｖ）ことに起因したＤＣ差動増幅器１３０における電圧クリッピングの結果として発生する。
【0066】
図１３Ｄは、広帯域増幅器１２１０が広帯域動作構成で動作しており、信号結合器回路１４０が波形１３０４を波形１３０６と結合したときに広帯域増幅器１２１０の出力ノード１２１２に存在する例示的な出力波形１３０８を示す。出力波形１３０８は、（波形１３０４の第１の部分１３１２に対応する）部分１３１８と、（波形１３０４の第２の部分１３１４に対応する）部分１３２０とによって示すように波形ひずみを含む。部分１３２０もまた、オーバードライブ状態によるアンダーシュートを含む。
【0067】
波形１３０８によって示す信号ひずみ及びオーバードライブ状態は、広帯域増幅器１２１０を本開示によるローパス動作構成に置くことによって軽減することができる。ローパス動作構成では、ＡＣ差動増幅器１１０を高インピーダンス出力状態に置くために、ＡＣ差動増幅器１１０の制御端子１１４に制御信号が提供される。したがって、信号結合器回路１４０は、図２に示すＤＣから高域カットオフ周波数（ｆ２）までの範囲の帯域幅を提供するローパスフィルタのみを含む。
【0068】
要約すれば、本発明は、本発明の原理及び概念を例示説明するために、幾つかの例示の実施形態に関して説明されていることに留意すべきである。本明細書に提供される説明を考慮すると、本発明はこれらの例示の実施形態に限定されるものでないことが当業者によって理解されるであろう。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、そのような多くの変形を例示の実施形態に対して行うことができることを理解するであろう。
なお、出願当初の特許請求の範囲の記載は以下の通りである。
請求項１：
広帯域増幅器（１００）であって、
該広帯域増幅器（１００）が第１の動作構成に置かれたときにＤＣから第１のカットオフ周波数まで及び、該広帯域増幅器（１００）が第２の動作構成に置かれたときにＤＣから前記第１のカットオフ周波数より高い第２のカットオフ周波数まで及ぶ第１の周波数応答を提供するように構成された直流（ＤＣ）差動増幅器と、
該広帯域増幅器（１００）が前記第１の動作構成に置かれたときに前記第１のカットオフ周波数から第３のカットオフ周波数まで及び、該広帯域増幅器（１００）が第３の動作構成に置かれたときに前記第１のカットオフ周波数より低い第４のカットオフ周波数から前記第３のカットオフ周波数まで及ぶ第２の周波数応答を提供するように構成された交流（ＡＣ）差動増幅器と、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の第１の出力信号と前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の第２の出力信号とを結合するように構成された信号結合器回路（１４０）であって、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の出力端子（１３９）に接続されたローパスフィルタと、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の出力端子（１３９）に接続されたハイパスフィルタとを備える、信号結合器回路（１４０）と、
を備える、広帯域増幅器。
請求項２：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ローパスフィルタは、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記出力端子（１３９）に接続された出力抵抗器（１３６）を備え、前記ハイパスフィルタは、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記出力端子（１３９）に接続されたコンデンサを備える、広帯域増幅器。
請求項３：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）は、該広帯域増幅器（１００）の前記第２の動作構成の一部として前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）を高インピーダンス出力状態に置く第１の制御信号を受信するように構成された第１の制御端子（１１４）を含み、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）は、該広帯域増幅器（１００）の前記第３の動作構成の一部として前記ＤＣ差動増幅器（１００５）を前記高インピーダンス出力状態に置く第２の制御信号を受信するように構成された第２の制御端子（１１４）を含む、広帯域増幅器。
請求項４：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）は、該ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力抵抗器（１３６）を備え、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）は、該ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力コンデンサ（１２０）を備える、広帯域増幅器。
請求項５：
請求項４に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記出力コンデンサ（１２０）の第２のリードと該広帯域増幅器（１００）の出力ノード（１２１２）との間に接続された第１のスイッチ（１０１５）であって、該広帯域増幅器（１００）を前記第２の動作構成に置くように動作可能である、第１のスイッチ（１０１５）と、
前記出力抵抗器（１３６）の第２のリードと該広帯域増幅器（１００）の前記出力ノード（１２１２）との間に接続された第２のスイッチ（１０２０）であって、該広帯域増幅器（１００）を前記第３の動作構成に置くように動作可能である、第２のスイッチ（１０２０）と、
を更に備える、広帯域増幅器。
請求項６：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記出力端子（１３９）と該広帯域増幅器（１００）の出力ノード（１２１２）に結合されている出力コンデンサ（１２０）との間に接続された第１のスイッチ（１０１５）であって、該広帯域増幅器（１００）を前記第２の動作構成に置くように動作可能である、第１のスイッチ（１０１５）と、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記出力端子（１３９）と該広帯域増幅器（１００）の前記出力ノード（１２１２）に結合されている出力抵抗器（１３６）との間に接続された第２のスイッチ（１０２０）であって、前記広帯域増幅器（１００）を前記第３の動作構成に置くように動作可能である、第２のスイッチ（１０２０）と、
を更に備える、広帯域増幅器。
請求項７：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の第１の直列入力コンデンサ（１１６）の両端に接続された第１のスイッチ（１０１５）と、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の第２の直列入力コンデンサ（１１８）の両端に接続された第２のスイッチ（１０２０）と、
を更に備える、広帯域増幅器。
請求項８：
広帯域増幅器（１００）であって、
第１の入力ノード（１０２）と、
第２の入力ノード（１０４）と、
出力ノード（１２１２）と、
第１の入力端子、第２の入力端子及び第１の出力端子（１３９）を有する直流（ＤＣ）差動増幅器であって、前記第１の入力端子は、該広帯域増幅器（１００）の前記第１の入力ノード（１０２）に接続され、前記第２の入力端子は、該広帯域増幅器（１００）の前記第２の入力ノード（１０４）に接続されている、ＤＣ差動増幅器と、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記第１の出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力抵抗器（１３６）と、
第３の入力端子、第４の入力端子及び第２の出力端子（１３９）を有する交流（ＡＣ）差動増幅器と、
該広帯域増幅器（１００）の前記第１の入力ノード（１０２）に接続された第１のリードと、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第３の入力端子に接続された第２のリードとを有する第１の直列入力コンデンサ（１１６）と、
該広帯域増幅器（１００）の前記第２の入力ノード（１０４）に接続された第１のリードと、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第４の入力端子に接続された第２のリードとを有する第２の直列入力コンデンサ（１１８）と、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第２の出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力コンデンサ（１２０）と、
を備える、広帯域増幅器。
請求項９：
請求項８に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記出力抵抗器（１３６）の第２のリード及び前記出力コンデンサ（１２０）の第２のリードの各々は、該広帯域増幅器（１００）の前記出力ノード（１２１２）に接続されている、広帯域増幅器。
請求項１０：
請求項８に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記出力コンデンサ（１２０）及び前記出力抵抗器（１３６）の各々は、信号結合器回路（１４０）の一部であり、該信号結合器回路（１４０）は、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記第１の出力端子（１３９）に接続されたローパスフィルタとして、かつ前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第２の出力端子（１３９）に接続されたハイパスフィルタとして動作するように構成されている、広帯域増幅器。
なお、出願当初の特許請求の範囲の記載は以下の通りである。
請求項１：
広帯域増幅器（１００）であって、
該広帯域増幅器（１００）が第１の動作構成に置かれたときにＤＣから第１のカットオフ周波数まで及び、該広帯域増幅器（１００）が第２の動作構成に置かれたときにＤＣから前記第１のカットオフ周波数より高い第２のカットオフ周波数まで及ぶ第１の周波数応答を提供するように構成された直流（ＤＣ）差動増幅器と、
該広帯域増幅器（１００）が前記第１の動作構成に置かれたときに前記第１のカットオフ周波数から第３のカットオフ周波数まで及び、該広帯域増幅器（１００）が第３の動作構成に置かれたときに前記第１のカットオフ周波数より低い第４のカットオフ周波数から前記第３のカットオフ周波数まで及ぶ第２の周波数応答を提供するように構成された交流（ＡＣ）差動増幅器と、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の第１の出力信号と前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の第２の出力信号とを結合するように構成された信号結合器回路（１４０）であって、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の出力端子（１３９）に接続されたローパスフィルタと、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の出力端子（１３９）に接続されたハイパスフィルタとを備える、信号結合器回路（１４０）と、
を備える、広帯域増幅器。
請求項２：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ローパスフィルタは、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記出力端子（１３９）に接続された出力抵抗器（１３６）を備え、前記ハイパスフィルタは、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記出力端子（１３９）に接続されたコンデンサを備える、広帯域増幅器。
請求項３：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）は、該広帯域増幅器（１００）の前記第２の動作構成の一部として前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）を高インピーダンス出力状態に置く第１の制御信号を受信するように構成された第１の制御端子（１１４）を含み、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）は、該広帯域増幅器（１００）の前記第３の動作構成の一部として前記ＤＣ差動増幅器（１００５）を前記高インピーダンス出力状態に置く第２の制御信号を受信するように構成された第２の制御端子（１１４）を含む、広帯域増幅器。
請求項４：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）は、該ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力抵抗器（１３６）を備え、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）は、該ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力コンデンサ（１２０）を備える、広帯域増幅器。
請求項５：
請求項４に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記出力コンデンサ（１２０）の第２のリードと該広帯域増幅器（１００）の出力ノード（１２１２）との間に接続された第１のスイッチ（１０１５）であって、該広帯域増幅器（１００）を前記第２の動作構成に置くように動作可能である、第１のスイッチ（１０１５）と、
前記出力抵抗器（１３６）の第２のリードと該広帯域増幅器（１００）の前記出力ノード（１２１２）との間に接続された第２のスイッチ（１０２０）であって、該広帯域増幅器（１００）を前記第３の動作構成に置くように動作可能である、第２のスイッチ（１０２０）と、
を更に備える、広帯域増幅器。
請求項６：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記出力端子（１３９）と該広帯域増幅器（１００）の出力ノード（１２１２）に結合されている出力コンデンサ（１２０）との間に接続された第１のスイッチ（１０１５）であって、該広帯域増幅器（１００）を前記第２の動作構成に置くように動作可能である、第１のスイッチ（１０１５）と、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記出力端子（１３９）と該広帯域増幅器（１００）の前記出力ノード（１２１２）に結合されている出力抵抗器（１３６）との間に接続された第２のスイッチ（１０２０）であって、前記広帯域増幅器（１００）を前記第３の動作構成に置くように動作可能である、第２のスイッチ（１０２０）と、
を更に備える、広帯域増幅器。
請求項７：
請求項１に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の第１の直列入力コンデンサ（１１６）の両端に接続された第１のスイッチ（１０１５）と、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の第２の直列入力コンデンサ（１１８）の両端に接続された第２のスイッチ（１０２０）と、
を更に備える、広帯域増幅器。
請求項８：
広帯域増幅器（１００）であって、
第１の入力ノード（１０２）と、
第２の入力ノード（１０４）と、
出力ノード（１２１２）と、
第１の入力端子、第２の入力端子及び第１の出力端子（１３９）を有する直流（ＤＣ）差動増幅器であって、前記第１の入力端子は、該広帯域増幅器（１００）の前記第１の入力ノード（１０２）に接続され、前記第２の入力端子は、該広帯域増幅器（１００）の前記第２の入力ノード（１０４）に接続されている、ＤＣ差動増幅器と、
前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記第１の出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力抵抗器（１３６）と、
第３の入力端子、第４の入力端子及び第２の出力端子（１３９）を有する交流（ＡＣ）差動増幅器と、
該広帯域増幅器（１００）の前記第１の入力ノード（１０２）に接続された第１のリードと、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第３の入力端子に接続された第２のリードとを有する第１の直列入力コンデンサ（１１６）と、
該広帯域増幅器（１００）の前記第２の入力ノード（１０４）に接続された第１のリードと、前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第４の入力端子に接続された第２のリードとを有する第２の直列入力コンデンサ（１１８）と、
前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第２の出力端子（１３９）に接続された第１のリードを有する出力コンデンサ（１２０）と、
を備える、広帯域増幅器。
請求項９：
請求項８に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記出力抵抗器（１３６）の第２のリード及び前記出力コンデンサ（１２０）の第２のリードの各々は、該広帯域増幅器（１００）の前記出力ノード（１２１２）に接続されている、広帯域増幅器。
請求項１０：
請求項８に記載の広帯域増幅器（１００）であって、
前記出力コンデンサ（１２０）及び前記出力抵抗器（１３６）の各々は、信号結合器回路（１４０）の一部であり、該信号結合器回路（１４０）は、前記ＤＣ差動増幅器（１００５）の前記第１の出力端子（１３９）に接続されたローパスフィルタとして、かつ前記ＡＣ差動増幅器（１０１０）の前記第２の出力端子（１３９）に接続されたハイパスフィルタとして動作するように構成されている、広帯域増幅器。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
