電源コントローラICをパルス発生器として使う：Design Ideas 信号源とパルス処理

スイッチングレギュレータ用コントローラICをパルス発生器として利用する方法を紹介する。立ち上がり/降下時間が2ns未満のゲート駆動用パルスを発生させることができるようになる。

[Mitchell Lee，Linear Technology]

　ステップ関数のように立ち上がりの速いパルスの発生器は、TDR法（time domain reflectometry method：時間領域反射率測定法）を用いた同軸ケーブルの立ち上がり時間測定やケーブルの障害個所の特定など、実験レベルのさまざまな測定に欠かせない。例えば、数メートルのRG-58/Uケーブルの立ち上がり時間を評価するには、パルスの立ち上がり/降下時間が1〜2nsと高速でなければならない。電子機器に関する実験では米Agilent Technologies社のパルスジェネレータ「HP8012B」がよく使われる。この製品は、立ち上がり時間5nsを実現しており、大抵のアプリケーションではこの速さで十分である。しかしながら、同軸ケーブルの測定には、これでも不十分なのだ。

　そこで、ここではスイッチングレギュレータ用コントローラICをパルス発生器として利用する方法を紹介する。これであれば、立ち上がり/降下時間が2ns未満のゲート駆動用パルスを発生させることができ、実験室で用いるパルス発生器としては理想的だ。

　図1に示したのが、その回路例である。ここでは、Linear Technology社の固定周波数フライバックコントローラ「LTC3803」（IC₁）を使用している。このコントローラは、200kHzの自励式クロックで動作する。その出力をSENSE端子に接続すると、最小デューティ比で動作して300ns幅のパルスが出力される。

図1　電源コントローラICを利用したパルス発生器
スイッチングレギュレータ用コントローラIC₁は、50Ωの負荷に対して立ち上がり/降下時間1.5nsのパルスを供給することができる。

　LTC3803は、50Ωの負荷を最大9Vの振幅で直接駆動することができる（180mA以上の電流を供給できる）。ただし、その分、電源周辺には十分な配慮が必要である。具体的には、等価直列インダクタンスが小さいコンデンサをIC1の電源とグラウンド（5ピンと2ピン）との間に最短距離で接続する。図1では、C₁（10μFのセラミックコンデンサ）とR₁（200Ωの抵抗）によってデカップリング/バイパスを行っている。このようにすることで、パルスの振幅の変動を最小限に抑えられる。

　高忠実度（fidelity）のパルスを必要とするアプリケーションでこの回路を利用する場合、逆終端抵抗RBACK TERMを使用する。これにより、例えばケーブルの測定を行う場合であれば、TTE（triple-transit echo）を抑制し、ケーブルからの反射とケーブル遠端のインピーダンス不整合を吸収することが可能になる。

　逆終端された50Ωシステム（LTC3803の出力インピーダンスは約1.5Ωなので、それを考慮して各抵抗値を決める）では、立ち上がり/降下時間1.5nsで4.5Vのパルスが出力される。言い換えれば、50Ω負荷を直接駆動しても出力の立ち上がり/降下時間に影響はない。また、パルス振幅の過渡的な増加は10％未満に、リーク電流による振幅の低下は5％未満に抑えられる。

Design Ideas〜回路設計アイデア集

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※本記事は、2008年7月29日にEDN Japan臨時増刊として発刊した「珠玉の電気回路200選」に掲載されたものです。著者の所属や社名、部品の品番などは掲載当時の情報ですので、あらかじめご了承ください。
「珠玉の電気回路200選」：EDN Japanの回路アイデア寄稿コラム「Design Ideas」を1冊にまとめたもの。2001〜2008年に掲載された記事の中から200本を厳選し、5つのカテゴリに分けて収録した。