JPS6140071B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は同一基板に設けられた複数のダイオ
ードの良否を判定するダイオード故障検知回路の
改良に関する。

半導体素子としてのいわゆるダイオードは、そ
の機能上から整流素子としてあるいはスイツチン
グ素子として電子通信分野において広く利用され
ている。

例えばスイツチング素子としての利用を考えた
場合、その用途によつては１つの回路機構の中に
多数使用される場合が多く、しかも１個１個が重
要な機能をはたす場合が多い。

一例としてあげれば、電子走査アンテナを構成
する移相器に、移相量の切換制御機構としてPIN
ダイオードが使用される。

周知のように、電子走査アンテナは例えば数百
個の放射素子からなり、各放射素子には、マイク
ロ波信号の位相を制御するデジタル移相器がそれ
ぞれ接続される。デジタル移相器の一例は第１図
に示すようにアルミナ基板上に22.5゜（π／８ビツ ト），45゜（π／４ビツト），90゜（π／２ピツト），
180゜ （πビツト）の移相量を与える移相回路１，２，
３，４がそれぞれ形成されて構成される。移相回
路１，２，３はローデイドライン形移相回路、ま
た他の移相回路４はハイブリツト形移相回路とい
われる。

そしてこれら移相回路の組合せにより22.5゜間
隔で０〜337.5゜の移相量を得るわけであるがこ
の移相回路の組合せは周知のように各移相回路中
の各ダイオードD₁，D₂…D₉の順方向あるいは逆
方向への切換制御によつて決まる。そこでマイク
ロ波信号は入力端子５へ導入され、出力端子６か
らは移相制御された信号が導出され図示しない放
射素子に供給される。

ダイオードD₁，D₂，…D₉の切換制御信号は直
流電源７からの電圧切換８動作によつて行なわれ
る。ただし実際には、走査制御計算機からのいわ
ゆるTTL信号をドライブ電圧に変換して行なわ
れるもので、移相量０でのドライブ電圧は例えば
0.9V（電流100mA）、移相状態でのドライブ電圧
は−20V（電流０）程度である。ところが、この
ような電子走査アンテナにおいては、移相器の故
障が生じた場合は放射素子で得られるビームパタ
ーンが変形し、またビーム走査は移相器への移相
制御信号とは異つた状態となり、予想とは相反し
た誤つたレーダ情報を得る恐れが多い。特にこの
種のアンテナシステムは例えば航空機着陸誘導シ
ステムに採用されることを考えると、場合によつ
てはたとえダイオード１個の故障でも人命にもか
かわる危険な状態をひきおこすことにもなりかね
ない。

本発明はこのような背景のもとになされたもの
で、ダイオードの故障による移相器の事故を事前
にチエツクできるダイオード故障検知回路に関す
るものである。なお運用上は、実際の稼動中の合
間をぬつて、ダイオードの良否を瞬間的に検知す
るためのいわゆるバイト（Bilt−In−Test−
Equipment−BITE）方式が必要とされる。そこ
でバイト方式としては移相器を通過する高周波信
号の挿入損失や移相量そのものを測定する方式や
移相器を構成するダイオードの端子電圧を測定す
る方式等が考えられる。しかし前者は測定回路お
よび装置の構成が非常に複雑となり実用的でない
欠点があるが、後者のダイオードの端子電圧を測
定する方式は比較的簡単な回路構成で移相器の動
作の良否を検知できる。

この場合考えられる回路例を１ビツト移相器を
のみとり出して示した第２図を参照して説明する
に、直流電源７の２極電圧＋2V，−15Vは、切換
回路８に供給される。切換回路８は走査制御計算
機からの制御信号によつて駆動されるスイツチン
グトランジスタ８１を有し、その切換出力電圧
Vdは次段の故障検知回路である移相回路のダイ
オードD₁，D₂に供給されると共に、同時に比較
回路９の一方の入力端子＋に供給される。

比較回路９の他方の入力端子−には比較基準電
圧Vrを導出する基準電圧源１０が接続される。
そこで、ダイオードD₁，D₂の端子電圧Vdは通常
順方向バイアス状態では0.8V程度で、逆方向バ
イアス状態では−15V程度である。ここで順方向
動作状態における比較基準電圧Vrを1.2Vに設定
したとすると順方向動作状態の正常時において
は、Vd＜Vrの関係を成立し比較出力は得られな
い。この状態で仮にダイオードD₁，D₂が故障し
２個共電気的に開放（open）状態になつたと仮
定すれば、Vdは2V程度となりVd＞Vrとなり比較
出力が反転しダイオードの故障を示すレベル
「１」の出力が得られる。

次にダイオードD₁，D₂が逆方向動作状態にお
いて、比較基準電圧Vrを仮に−1.5Vに設定する
と、正常時においてはVdが−15VとなりVd＜Vr
の関係が成立する。この状態でダイオードD₁，
D₂が故障し短絡（shert）した場合はVdが0Vとな
るので比較出力が同様に反転しVd＞Vrとなり比
較回路９出力に信号レベル「１」が出てダイオー
ドの短絡故障が検出できる。

いま上記の例ではダイオードD₁，D₂が同時に
故障した場合を述べたが実際にはダイオードが仮
にいづれか１個だけ故障しても移相器として機能
しなくなる欠点がある。

そこで、ダイオードが故障により１個開放にな
つた場合はダイオードへの印加電流を50〜
100mAとした場合、Vdが正常状態に比べ精々30
〜40mV高くなるに過ぎない。従つて30〜40mV
程度の電圧変動であつても確実に故障として検出
するためには基準電圧Vrを正常状態においてVd
＜Vr＜（Vd＋30mV）となるように設定しなけれ
ば不都合である。すなわち基準電圧VrはVdより
ほんのわずかの30mVを限度とした高さに設定し
なければならない。しかしながら、このような微
少なレベル高を設定し、これを正確に維持するこ
とは、ダイオードの端子電圧Vdの温度変化や、
基準電圧Vrの変動分を考慮すれば実現が困難で
ある。

事実、ダイオードバイアス電流を100mAと
し、周囲温度を−10℃〜＋50℃まで変化させると
Vdは約100mVも変化するので正確に故障の有無
を検出するには基準電圧Vrもこの温度変化に応
じて変えてやる必要がある。しかし、基準電圧
Vrをダイオードの設けた箇所における温度変化
に正確に追随させ修正することは理論的には可能
であつても、現実には温度センサーを設けたり、
温度制御機構を付加する等が必要となり実現不可
能である。

そこで本発明はこのような実情からなされるの
で、複数接続されたダイオードの中たとえ１個の
開放故障をも確実に検出でき、かつ温度変化に対
しても影響を受けないダイオード故障検出回路を
提供するものである。

以下本発明の一実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

第３図はこの発明の一実施例を示す回路図であ
る。第１図において、第１図ないし第２図と同一
構成については同一符号を付し、詳細な説明は省
略する。

特に直流電源７および切換回路８は第１図，第
２図と同様であるので図面中省略している。

第３図において同一移相器を構成するビツト移
相器１，２は同一基板に設けられたもので、それ
ぞれ切換素子ダイオードD₁，D₂，D₃，D₄を構成
に含む。そこでいま直流電源７、切換回路８を介
してのバイアス電圧によつて得られる第１のビツ
ト、第２のビツトのダイオード端子電圧をＶ_A，
Ｖ_Bとする。第１のビツトの出力端子は減衰器１
１、分配器１２を介して第１の比較回路９１の一
方の端子＋に接続され、このときの入力レベルを
V₁とする。また分配器１２によつて分岐された
この入力レベルV₁の電圧は第２の比較回路９２
の他方の端子−に接続される。一方、第２のビツ
トの出力端子は分圧器１３を介して直接前記第１
の比較回路９１の他方の端子−へ供給されそのと
きの入力レベルをV₂とする。

この入力レベルV₂の電圧は分圧器１３により
分圧されてレベルV₃となり、第２の比較回路９
２の一方の端子＋へ供給される。つまり、本発明
のダイオード故障検知回路はダイオードの故障を
検知するのに、同一基板にある他方のダイオード
と対を形成し、その他方を基準とした故障検知回
路構成することを特徴とするものである。

従つて、比較回路９１，９２の入力は通常は
V₀＜V₂，V₃＜V₁であり出力は得られないが、V₁
＞V₂，V₃＞V₁のとき出力レベルが反転し、レベ
ル「１」信号が導出される。

そこで、いま、第１，第２の各ビツトそれぞれ
のダイオードバイアス状態は順方向とすると、Ｖ
_A，Ｖ_Bはそれぞれ0.8V程度とする。従つてこの
ような正常状態においては、各電圧レベル間には
下記(1)式が成立するよう減衰器１１および分圧器
１３の抵抗が調整される。

V₂＞V₁＞V₃ ………(1) このような状態にあるとき、まず第１ビツトの
ダイオードが故障により開放状態になつたと仮定
する。その状態においてはＶ_Aは大となり、従つ
て、V₁＞V₂となるから比較回路９１出力は反転
しレベル「１」の出力が現われる。なお他方の比
較回路９２では仮にV₁が大きくなつてもV₁＞V₃
の関係は変化しないので、比較回路９２のレベル
「０」は変化しない。

また、故障により第２ビツトのダイオードが開
放になつた場合は、同様にしてV₁＜V₂であり一
方の比較回路９１の出力はレベル「０」のままで
あるか、逆にV₃＞V₁となり、他方の比較回路９
２の出力レベルは反転し、レベル「１」の出力が
得られる。

次にダイオードの短絡故障を考える。まず第１
のビツトのダイオードが故障による短絡した場合
は、Ｖ_A＝0Vとなり、V₁＝0Vとなる。この結
果、比較回路９１はV₁＜V₂であり出力に変化は
ないが比較回路９２では状態が反転し、V₃＞V₁
となり出力に信号レベル「１」が現われる。

また同様にして第２のビツトのダイオードが短
絡事故を起したときには、比較回路９１の出力レ
ベルが「１」に反転し、他方の比較回路９２の出
力に変化はない。

このように、いづれの比較回路９１，９２にも
出力の変化がない場合にはいづれのダイオードも
正常状態であり、逆にいづれかの比較回路９１，
９２に出力信号が出た場合は、いづれかのダイオ
ードが開放又は短絡故障を生じていることがわか
る。

なお、本実施例では、第１ビツトおよび第２ビ
ツトも同種のPINダイオードからなり、しかも同
一基板上に設けられている。従つて、この移相器
自体に何らかの温度が変化しても、各ビツトのダ
イオード端子電圧Ｖ_A，Ｖ_Bは同じ傾向に変化する
のでV₁，V₂，V₃の各電圧の相対値は、ほとんど
変わらない。したがつて被検出信号ともいえる
V₁，V₂，V₃のレベル差を相当小さく設定するこ
とができるので、わずかの電圧変動による反転現
象をも検出することができる。

すなわち、正常状態において、各電圧レベル差
をΔＶとし、ΔＶ＝V₂−V₁＝V₁−V₃となるよう
減衰器１１および分圧器１３を設定したとすれ
ば、先にあげた数値例を参照すれば仮にΔＶを
15mVとするとダイオードが１個開放になつた場
合に生じる30mV程度の電圧変動でも的確にする
ことができる。

このように、本発明によるダイオード故障検知
回路はダイオードの端子電圧の異状を敏感かつ確
実に検知できるので単に移相器を構成するダイオ
ード自身の故障だけでなく、ダイオードにバイア
ス電圧を供給するドライバ回路の故障により生じ
るダイオード端子電圧の異常をも直ちに検出でき
る利点がある。

なお以上の実施例では２つのビツトからなる移
相器について説明したが実際アレイアンテナにお
いては１つの移相器について例えばπ／８，π／４，π
／２， πビツトからなる４ビツト移相器からなるから、
第３図に示した回路を更に１個追加するだけでよ
い。

なお、上記実施例では第１，第２ビツトの双方
が同時にかつ同じ種類の故障を引き起した場合
は、比較回路９１，９２による検出は不可能であ
る。しかしながら現実としては、両方のビツトで
同じモードの故障が起きるケースは非常にまれで
ある。この様なまれなケースにおいても故障を検
出するには第４図に示すように更に他のビツト移
相器の回路との組合わせの比較回路９５，９６構
成にすればよい。この第４図でも４つのビツト
１，２，３，４が同じに同じモードで故障しない
限り、あらゆる組合わせの故障を検出することが
可能である。

また各検知ダイオードの組合わせは同一基板上
にあれば、必ずしも隣接するダイオード同志の比
較検知である必要はなく、その組合わせは任意に
とり得る。

なお、上記実施例でダイオード移相器における
ダイオードの故障検知回路を例示して説明したが
これのみに限らずダイオードスイツチ等のダイオ
ードを用いた種々のデバイスの故障回路に応用す
ることができる。

以上のように本発明によるダイオード故障検知
回路は同一基板上のダイオードの端子電圧を相互
に比較することによつて故障時のその電圧差の変
動による検出を行つたものであり、従来のように
温度検知回路やその補正回路を不要とする等実用
上の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイオードを使用した移相器の回路構
成図、第２図は従来のダイオードの故障検知回路
を示す回路図、第３図は本発明による一実施例を
示す回路構成図、第４図は同じく本発明の他の実
施例を示す回路図である。 １，２，３，４……ビツト移相器、７……直流
電源、D₁〜D₉……ダイオード、９，９１，９６
……比較回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電圧を供給する直流電源と、 この直流電源にそれぞれの一方の端子が接続さ
   れかつ同一基板に設けられた第１乃至第２のダイ
   オードと、 前記第１のダイオードの前記一方の端子に減衰
   器を介して接続された分配器と、 前記第２のダイオードの前記一方の端子に接続
   された分圧器と、前記分配器と前記分圧器のそれ
   ぞれから出力される一方の信号を比較する第１の
   比較器と、 前記分配器と前記分圧器のそれぞれから出力さ
   れる他方の信号を比較する第２の比較器とを具備
   し、 前記分配器と前記分圧器のそれぞれから出力さ
   れる一方の信号をV₁，V₂、前記分配器と前記分
   圧器のそれぞれから出力される他方の信号を
   V₄，V₃とし、V₁＝V₄，V₃＜V₁＜V₂の関係を満た
   すことにより前記第１乃至第２の比較器の出力結
   果から前記一対のダイオードの故障の検知を行う
   ことを特徴とするダイオード故障検知回路。