磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法
【課題】小型化及び低消費電力化を図ることができる磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法を提供する。
【解決手段】磁気同調デバイス駆動回路１０は、固定電圧を出力する電源に接続され、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を出力するスイッチング電源回路１１と、スイッチング電源回路１１の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して同調コイル５１に供給する定電流回路１２と、同調コイル５１の電圧の絶対値を所定値だけ大きくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部１３と、電流が供給された同調コイル５１の電圧とシフト電圧とを加算し、加算後の電圧を出力電圧制御信号としてスイッチング電源回路１１に出力する加算回路１４と、を備える。
【解決手段】磁気同調デバイス駆動回路１０は、固定電圧を出力する電源に接続され、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を出力するスイッチング電源回路１１と、スイッチング電源回路１１の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して同調コイル５１に供給する定電流回路１２と、同調コイル５１の電圧の絶対値を所定値だけ大きくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部１３と、電流が供給された同調コイル５１の電圧とシフト電圧とを加算し、加算後の電圧を出力電圧制御信号としてスイッチング電源回路１１に出力する加算回路１４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴素子を用いた磁気同調デバイスを駆動する磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の磁気同調デバイスとしてＹＩＧを用いたＹＴＯ（YIG Tuned Oscillator）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＹＩＧは、イットリウム、鉄、ガーネットの化合物であり、印加される磁界の強さに応じて原子スピン周波数が直線的に変化する特性を有する磁気共鳴素子である。ＹＴＯは、このＹＩＧを共振素子とする発振回路やＹＩＧに磁界を印加する同調コイル等が磁気シールド用のケース内に収められてユニット化されたものである。そして、ＹＴＯは、外部から同調コイルに電流を供給することで、その供給電流に比例した周波数の信号を所定周波数範囲内で発振出力することができ、広帯域なスペクトラムアナライザの掃引発振回路や信号発生器等に用いられている。
【０００４】
また、ＹＩＧは、極めて狭帯域な素子であり、この狭い帯域特性と周波数可変性を用いて信号のフィルタリングを行うＹＴＦ（YIG Tuned Filter）と呼ばれる磁気同調デバイスにも応用されている。
【０００５】
磁気同調デバイスを駆動する従来の磁気同調デバイス駆動回路は、図７に示すような構成を有する。図７に示した従来の磁気同調デバイス駆動回路１は、電源から印加された固定電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換してＹＴＦ３の同調コイル４にする供給する定電流回路２を備える。この構成により、従来の磁気同調デバイス駆動回路１は、所望の周波数でＹＴＦ３にフィルタリングを行わせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２５２７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の磁気同調デバイス駆動回路では、以下に示すように、小型化及び低消費電力化を図ることができないという課題があった。
【０００８】
（１）従来の磁気同調デバイス駆動回路において、定電流回路は、印加された一定の電源電圧（例えば１２Ｖ）から駆動トランジスタで電圧を降下させてＹＴＦに供給する電流を生成していた。そのため、従来の磁気同調デバイス駆動回路では、図８に示す斜線範囲の電圧が不要な電圧となって熱に変換されるので、比較的大きい放熱機構が必要となり、小型化及び低消費電力化が図れないという課題があった。
【０００９】
（２）従来の磁気同調デバイス駆動回路を、例えばスペクトラムアナライザに適用した場合、周波数の掃引速度の高速化を図ろうとすると、図９に示すように、同調コイルのインダクタンス成分によって発生する逆起電圧Ｖ１を同調コイル印加電圧に上乗せしなければならない。この場合、従来の磁気同調デバイス駆動回路では、最大掃引速度に合わせて電源電圧をＶ２だけ高くする必要が生じる。その結果、従来の磁気同調デバイス駆動回路では、周波数の掃引速度を考慮した、さらに大きい放熱機構が必要となり、小型化及び低消費電力化が図れないという課題があった。
【００１０】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、小型化及び低消費電力化を図ることができる磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る磁気同調デバイス駆動回路は、磁気同調デバイス（５０）の同調コイル（５１）に電流を供給して駆動する磁気同調デバイス駆動回路（１０）において、予め定められた固定電圧を出力する電源に接続され、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を出力する電圧出力部（１１）と、前記電圧出力部の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して前記同調コイルに供給する電流供給部（１２）と、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定分だけ大きくし、この大きくした電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する電圧シフト部（１５）と、を備えた構成を有している。
【００１２】
この構成により、本発明の請求項１に係る磁気同調デバイス駆動回路は、電圧出力部が、同調コイルの電圧にシフト電圧を加えた電圧を電流供給部に印加すればよく、電圧出力部及び電流供給部の消費電力を低減することができるので、従来よりも小型の放熱機構を備えればよいこととなる。その結果、本発明の磁気同調デバイス駆動回路は、小型化及び低消費電力化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る磁気同調デバイス駆動回路は、前記電圧シフト部が、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定値だけ大きくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部（１３）と、前記同調コイルの電圧と前記シフト電圧とを加算し、加算後の電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する加算回路（１４）とを有するものでもよい。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る磁気同調デバイス駆動回路は、前記電圧出力部と前記電流供給部との間に設けられ、前記電圧出力部の出力電圧に含まれるノイズ成分を除去するノイズフィルタ（２２）をさらに備えた構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明の請求項３に係る磁気同調デバイス駆動回路は、電圧出力部がノイズ成分を含む電圧を出力する場合でも、ノイズフィルタによりノイズ成分を除去することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項４に係る磁気同調デバイス駆動回路は、前記電圧シフト部を第１電圧シフト部（２８）として備え、前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧の絶対値を、前記同調コイルの電圧の絶対値よりも大きい範囲内で、所定分だけ小さくして前記ノイズフィルタの出力電圧をシフトさせる第２電圧シフト部（２９）をさらに備えたものでもよい。
【００１７】
また、本発明の請求項５に係る磁気同調デバイス駆動回路は、前記第２電圧シフト部が、前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧の絶対値を、前記同調コイルの電圧の絶対値よりも大きい範囲内で、所定値だけ小さくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部（２６）と、このシフト電圧供給部が出力するシフト電圧と前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧とを加算し、加算後の電圧を前記ノイズフィルタの出力電圧をシフトさせる電圧として前記ノイズフィルタに出力する加算回路（２７）と、を有するものでもよい。
【００１８】
本発明の請求項６に係る測定装置は、請求項１乃至請求項５に記載の磁気同調デバイス駆動回路と、前記磁気同調デバイスと、前記所望の同調周波数を示す情報を前記電流供給部に出力する同調周波数情報出力部（６０）と、を備えた構成を有している。
【００１９】
この構成により、本発明の請求項６に係る測定装置は、小型化及び低消費電力化を図ることができる。
【００２０】
本発明の請求項７に係る磁気同調デバイス駆動方法は、請求項１に記載の磁気同調デバイス駆動回路により前記磁気同調デバイスを駆動する磁気同調デバイス駆動方法であって、予め定められた固定電圧を入力し、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を前記電圧出力部から出力する電圧出力ステップと、前記電圧出力部の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して前記同調コイルに供給する電流供給ステップと、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定分だけ大きくし、この大きくした電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する電圧シフトステップと、を含む構成を有している。
【００２１】
この構成により、本発明の請求項７に係る磁気同調デバイス駆動方法は、小型化及び低消費電力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、小型化及び低消費電力化を図ることができるという効果を有する磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態における磁気同調デバイス駆動回路のブロック構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における磁気同調デバイス駆動回路のスイッチング電源回路の出力電圧と同調コイルの印加電圧との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における磁気同調デバイス駆動回路の消費電力と従来の消費電力とを比較した結果を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態における磁気同調デバイス駆動回路のブロック構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態における磁気同調デバイス駆動回路のスイッチング電源回路の出力電圧と、ノイズフィルタの出力電圧と、同調コイルの印加電圧との関係を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態におけるスペクトラムアナライザのブロック構成図である。
【図７】従来の磁気同調デバイス駆動回路のブロック構成図である。
【図８】従来の磁気同調デバイス駆動回路の電源電圧と同調コイルの印加電圧との関係を示す図である。
【図９】従来の磁気同調デバイス駆動回路において、周波数の掃引速度の高速化を図る場合の、電源電圧と同調コイルの印加電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係る磁気同調デバイス駆動回路がＹＴＦを駆動するものとして説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
まず、本発明に係る磁気同調デバイス駆動回路の第１実施形態における構成について説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態における磁気同調デバイス駆動回路１０は、ＹＴＦ５０を駆動するものである。ＹＴＦ５０は、磁気コア（図示省略）に巻かれた同調コイル５１を有し、同調コイル５１に供給される電流に応じた周波数（同調周波数）で所定信号のフィルタリングを行うものである。同調コイル５１の一方端は後述する定電流回路１２に接続され、他方端はグランドに接続されている。なお、ＹＴＦ５０は、本発明に係る磁気同調デバイスを構成する。
【００２７】
磁気同調デバイス駆動回路１０は、スイッチング電源回路１１、定電流回路１２、電圧シフト部１５を備えている。
【００２８】
スイッチング電源回路１１は、図示しない電源に接続されており、例えば＋１２Ｖの電源電圧が印加されるようになっている。また、スイッチング電源回路１１は、加算回路１４から出力電圧制御信号が印加され、出力電圧が出力電圧制御信号の電圧と等しくなるよう動作し、電源電圧よりも高い電圧又は低い電圧を生成して定電流回路１２に出力するようになっている。例えば、スイッチング電源回路１１は、＋１２Ｖ固定の電源電圧が印加される場合に、出力電圧制御信号に応じて、＋１Ｖから＋３０Ｖまでの電圧を出力するものである。なお、スイッチング電源回路１１は、本発明に係る電圧出力部を構成する。
【００２９】
定電流回路１２は、スイッチング電源回路１１の出力電圧を入力するとともに、電流値設定情報を入力するようになっている。この電流値設定情報は、例えば電圧であり、ＹＴＦ５０が所望の同調周波数で所定信号のフィルタリングを行うよう同調コイル５１に流す電流を定めるためのものである。また、定電流回路１２は、スイッチング電源回路１１の出力電圧を電流値設定情報に対応する電流にして同調コイル５１に供給するようになっている。なお、定電流回路１２は、本発明に係る電流供給部を構成する。
【００３０】
電圧シフト部１５は、シフト電圧供給部１３と、加算回路１４とを有している。
【００３１】
シフト電圧供給部１３は、予め定められた正のシフト電圧（例えば＋１Ｖ）を加算回路１４に出力するようになっている。このシフト電圧の電圧値は、ＹＴＦ５０の特性に応じて決めるのが好ましい。
【００３２】
加算回路１４は、同調コイル５１に供給された電流により発生する同調コイル５１の電圧（正）と、シフト電圧供給部１３が出力するシフト電圧とを加算するようになっている。また、加算回路１４は、加算後の電圧をスイッチング電源回路１１に出力電圧制御信号として出力するようになっている。
【００３３】
なお、電圧シフト部１５は、上述の構成の他に、乗算器を用いて、同調コイル５１の電圧に所定の定数（１より大）を乗じたり、予め記憶したテーブルや行列を用いたり、特定の関数で演算することにより、同調コイル５１の電圧を所定分だけ大きくして出力電圧制御信号として出力する構成であってもよい。
【００３４】
前述の構成により、磁気同調デバイス駆動回路１０において、スイッチング電源回路１１と同調コイル５１の印加電圧との関係は図２に示すようになる。すなわち、スイッチング電源回路１１は、同調コイル５１の印加電圧に例えば＋１Ｖのシフト電圧を加えた電圧を常に出力することとなる。したがって、磁気同調デバイス駆動回路１０は、図８に示した不要な電圧の領域を大幅に狭めることができる。つまり、磁気同調デバイス駆動回路１０は、従来のものよりも大幅に消費電力を低減することができる。以下、図３を用いて具体的に説明する。
【００３５】
図３は、駆動回路が消費する消費電力に関し、本発明に係る磁気同調デバイス駆動回路１０と従来のものとを比較したものである。消費電力を算出した周波数は、５ＧＨｚから４０ＧＨｚまでとした。
【００３６】
ここで、周波数１０ＧＨｚにおける消費電力の算出値を例に挙げて具体的に説明する。算出条件として、スイッチング電源回路１１が入力する電源電圧を＋１２Ｖ（固定）、スイッチング電源回路１１の効率を８５％（一定値）、同調コイル５１の感度を２５ＭＨｚ／ｍＡ、同調コイル５１の抵抗を５Ω、シフト電圧供給部１３が加算回路１４に出力するシフト電圧を＋１Ｖとする。
【００３７】
まず、定電流回路１２の消費電力ａについて説明する。同調コイル５１を１０ＧＨｚに同調させるには、４００ｍＡ（＝１０ＧＨｚ／２５ＭＨｚ／ｍＡ）の電流が必要である。定電流回路１２が４００ｍＡの電流を同調コイル５１に流すには、２Ｖ（＝５Ω×４００ｍＡ）の電圧を同調コイル５１に印加する必要がある。同調コイル５１の印加電圧に対し、加算回路１４は＋１Ｖのシフト電圧を加算してスイッチング電源回路１１に出力するので、スイッチング電源回路１１は同調コイル５１の印加電圧に対し＋１Ｖの電位差を取るよう動作する。すなわち、スイッチング電源回路１１が定電流回路１２に出力する出力電圧は３Ｖ（＝２Ｖ＋１Ｖ）である。その結果、定電流回路１２の消費電力ａは、０．４Ｗ（＝（３Ｖ−２Ｖ）×４００ｍＡ）となる。
【００３８】
次に、スイッチング電源回路１１が定電流回路１２に供給する電力ｂについて説明する。前述のように、スイッチング電源回路１１が定電流回路１２に出力する出力電圧は３Ｖ、定電流回路１２が同調コイル５１に供給する電流は４００ｍＡであるので、スイッチング電源回路１１が定電流回路１２に供給する電力ｂは１．２Ｗ（＝３Ｖ×４００ｍＡ）となる。
【００３９】
次に、スイッチング電源回路１１の入力電力ｃについて説明する。スイッチング電源回路１１の効率を８５％としているので、スイッチング電源回路１１の入力電力ｃは１．４１Ｗ（＝１．２Ｗ／０．８５）となる。
【００４０】
以上より、周波数１０ＧＨｚにおける磁気同調デバイス駆動回路１０の全体の消費電力（ａ＋（ｃ−ｂ））は、０．６１Ｗ（＝０．４Ｗ＋（１．４１Ｗ−１．２Ｗ））となる。
【００４１】
次に、図７に示した構成において１０ＧＨｚでの従来の磁気同調デバイス駆動回路１の消費電力について説明する。従来の磁気同調デバイス駆動回路１における消費電力の算出条件は前述の条件と同一とすると、前述のように、同調コイル４を１０ＧＨｚに同調させる電流は４００ｍＡ、定電流回路２が４００ｍＡの電流を同調コイル４に流すには２Ｖの電圧を同調コイル４に印加する必要がある。定電流回路２が入力する電源電圧は１２Ｖ（固定）であるので、定電流回路１２において１０Ｖ（＝１２Ｖ−２Ｖ）の電圧降下を要する。したがって、従来の磁気同調デバイス駆動回路１の消費電力は、４．０Ｗ（＝１０Ｖ×４００ｍＡ）となる。
【００４２】
ここで、従来の磁気同調デバイス駆動回路１の消費電力＝１として規格化すると、磁気同調デバイス駆動回路１０の全体の消費電力は０．１５となる。したがって、磁気同調デバイス駆動回路１０は、１０ＧＨｚにおける消費電力を従来のものより８５％も改善することができることが分かる。図３に示した周波数では、５ＧＨｚでの８８％の改善から４０ＧＨｚでの３５％の改善までの効果が得られている。
【００４３】
この消費電力は熱に変換されるので、磁気同調デバイス駆動回路１０は、従来のものよりも小型の放熱機構を備えることができ、装置の小型化及び低消費電力化を図ることができる。また、それにより、磁気同調デバイス駆動回路１０は、低コスト化を図ることができる。
【００４４】
以上のように、本実施形態における磁気同調デバイス駆動回路１０によれば、スイッチング電源回路１１が、同調コイル５１の電圧にシフト電圧を加えた電圧を定電流回路１２に印加すればよく、スイッチング電源回路１１及び定電流回路１２の消費電力を低減することができるので、従来よりも小型の放熱機構を備えればよいこととなる。その結果、本発明の磁気同調デバイス駆動回路１０は、小型化及び低消費電力化を図ることができる。また、それにより、磁気同調デバイス駆動回路１０は、低コスト化を図ることができる。
【００４５】
なお、前述の実施形態において、同調コイル５１の印加電圧が正の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、同調コイル５１に負の電圧を印加する構成の場合でも同様の効果が得られる。この場合、シフト電圧供給部１３が加算回路１４に出力するシフト電圧は負の電圧となる。
【００４６】
また、前述の実施形態では、磁気同調デバイス駆動回路１０がＹＴＦ５０を駆動する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＹＴＯ等の磁気同調デバイスを駆動するものであってもよい。
【００４７】
（第２実施形態）
前述の第１実施形態における構成では、スイッチング電源回路１１（図１参照）の動作により発生するノイズが無視できない場合がある。そこで、このノイズを低減するノイズフィルタを設けた実施形態を説明する。
【００４８】
図４に示すように、本実施形態における磁気同調デバイス駆動回路２０は、第１実施形態の磁気同調デバイス駆動回路１０（図１参照）の構成を一部変更したものである。図示のように、磁気同調デバイス駆動回路２０は、スイッチング電源回路２１、トランジスタ２２、定電流回路２３、第１電圧シフト部２８、第２電圧シフト部２９を備えている。ここで、トランジスタ２２は、本発明に係るノイズフィルタを構成する。
【００４９】
なお、スイッチング電源回路２１及び定電流回路２３は、それぞれ、第１実施形態におけるスイッチング電源回路１１及び定電流回路１２に対応する構成を有するので、第１実施形態の説明と重複する説明は省略する。
【００５０】
スイッチング電源回路２１は、出力電圧（正）をトランジスタ２２のコレクタ電極に出力するようになっている。トランジスタ２２のエミッタ電極は、定電流回路２３の入力側に接続されている。
【００５１】
第１電圧シフト部２８は、第１シフト電圧供給部２４と、第１加算回路２５とを有している。
【００５２】
第１シフト電圧供給部２４は、予め定められた正の第１シフト電圧（例えば＋１Ｖ）を第１加算回路２５に出力するようになっている。なお、第１シフト電圧供給部２４は、本発明に係るシフト電圧供給部を構成する。
【００５３】
第１加算回路２５は、同調コイル５１に供給された電流により発生する同調コイル５１の電圧（正）と、第１シフト電圧供給部２４が出力する第１シフト電圧（正）とを加算するようになっている。また、第１加算回路２５は、加算後の電圧をスイッチング電源回路２１に出力電圧制御信号として出力するようになっている。なお、第１加算回路２５は、本発明に係る加算回路を構成する。
【００５４】
なお、第１電圧シフト部２８は、上述の構成の他に、乗算器を用いて、同調コイル５１の電圧に所定の定数（１より大）を乗じたり、予め記憶したテーブルや行列を用いたり、特定の関数で演算することにより、同調コイル５１の電圧を所定分だけ大きくして出力電圧制御信号として出力する構成であってもよい。
【００５５】
第２電圧シフト部２９は、第２シフト電圧供給部２６と、第２加算回路２７とを有している。
【００５６】
第２シフト電圧供給部２６は、予め定められた負の第２シフト電圧（例えば−０．５Ｖ）を第２加算回路２７に出力するようになっている。ここで、第２シフト電圧の絶対値は、第１シフト電圧の絶対値より小さい。
【００５７】
第２加算回路２７は、第１加算回路２５の出力電圧（正）と、第２シフト電圧供給部２６が出力する第２シフト電圧（負）とを加算するようになっている。また、第２加算回路２７は、加算後の電圧をトランジスタ２２のベース電極に出力するようになっている。
【００５８】
なお、第２電圧シフト部２９は、上述の構成の他に、乗算器を用いて、第１電圧シフト部２８の出力電圧に所定の定数（１より小）を乗じたり、予め記憶したテーブルや行列を用いたり、特定の関数で演算することにより、第１電圧シフト部２８の出力電圧を所定分だけ小さく（ただし、同調コイル５１の電圧より大きく）してトランジスタ２２に出力する構成であってもよい。
【００５９】
また、第２電圧シフト部２９は、同調コイル５１の電圧（正）と、第２シフト電圧供給部２６が出力する第２シフト電圧（ここでは正、例えば＋０．５Ｖ）とを加算したり、上述のように、乗算、テーブル、行列、関数等を用いて、同調コイル５１の電圧を所定分だけ大きく（ただし、第１電圧シフト部２８の所定分より小さく）してトランジスタ２２に出力する構成であってもよい。
【００６０】
前述の構成により、磁気同調デバイス駆動回路２０において、スイッチング電源回路２１と同調コイル５１の印加電圧との関係は図５に示すようになる。すなわち、スイッチング電源回路２１の出力電圧は、同調コイル５１の印加電圧に例えば＋１Ｖの第１シフト電圧を加えた電圧となり、図示のようにノイズ成分を含むが、第２シフト電圧供給部２６が例えば−０．５Ｖの第２シフト電圧を出力する構成により、ノイズフィルタ（トランジスタ２２）からはノイズ成分が除去され、同調コイル５１の印加電圧よりも常に＋０．５Ｖ高い電圧が出力されることとなる。
【００６１】
以上のように、磁気同調デバイス駆動回路２０は、従来のものよりも大幅に消費電力を低減することに加えて、トランジスタ２２によるノイズフィルタを備えることにより、スイッチング電源回路２１の出力電圧に含まれるノイズ成分を低減することができる。すなわち、磁気同調デバイス駆動回路２０は、従来のものよりも小型の放熱機構を備えることができ、装置の小型化及び低消費電力化を図るとともに、スイッチング電源回路２１の出力電圧に含まれるノイズ成分を低減することができる。
【００６２】
（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態における磁気同調デバイス駆動回路２０（図４参照）をスペクトラムアナライザに適用した例を挙げる。
【００６３】
図６に示すように、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１００は、磁気同調デバイス駆動回路３０、ソフトウェア処理部４０、ＹＴＦ５０、掃引制御部６０を備えている。ここで、ＹＴＦ５０は、バンドパスフィルタとして動作するものである。また、掃引制御部６０は、本発明に係る同調周波数情報出力部を構成する。また、スペクトラムアナライザ１００は、本発明に係る測定装置を構成する。
【００６４】
スペクトラムアナライザ１００は、図示を省略したが信号合成器及び局部発振器を備えており、被測定信号と、局部発振器からの周波数信号とが信号合成器に入力されるようになっている。この局部発振器における周波数信号の周波数は掃引制御部６０によって設定された測定周波数範囲に対応する周波数範囲内で掃引される。信号合成器は、被測定信号の周波数を局部発振器からの周波数信号を用いて中間周波数に変換する。中間周波数に変換された被測定信号はＹＴＦ５０で不要周波数成分が除去されて中間周波数信号として出力される。そのため、掃引制御部６０は、ＹＴＦ５０が所望の同調周波数で被測定信号のフィルタリングを行うよう同調コイル５１に流す電流を定めた電流値設定情報を磁気同調デバイス駆動回路３０の定電流回路３３に出力するようになっている。
【００６５】
磁気同調デバイス駆動回路３０は、電流検知抵抗３４と、ＤＡ変換部３５とを備えている。
【００６６】
電流検知抵抗３４は、一端が定電流回路３３及び同調コイル５１に接続され、他端がグランドに接続されている。
【００６７】
ＤＡ変換部３５は、後述するＩＦ（インターフェース）部４７の出力電圧をデジタル値からアナログ値に変換し、トランジスタ３２のベース電極に出力するようになっている。
【００６８】
定電流回路３３は、電流検知抵抗３４の電圧が、電流値設定情報として定められた電圧と等しくなるよう同調コイル５１に電流を供給するようになっている。
【００６９】
ソフトウェア処理部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等（図示省略）のハードウェアと、ＲＯＭに格納されたソフトウェアとの協働によって実現されるものである。このソフトウェア処理部４０は、ＡＤ変換部４１及び４２、第１電圧シフト部７１、第２電圧シフト部７２、ＩＦ部４７を備えている。
【００７０】
ＡＤ変換部４１は、スイッチング電源回路３１の出力電圧（正）をアナログ値からデジタル値に変換し、変換後の電圧をスイッチング電源回路３１の現在の出力電圧（以下「現在電圧」という。）としてスイッチング電源制御部４８に出力するようになっている。
【００７１】
ＡＤ変換部４２は、同調コイル５１の印加電圧（正）をアナログ値からデジタル値に変換し、第１加算回路４４及び第２加算回路４６に出力するようになっている。
【００７２】
第１電圧シフト部７１は、第１シフト電圧供給部４３と、第１加算回路４４とを有している。なお、第１電圧シフト部７１は、前述の第２実施形態における第１電圧シフト部２８と同様に、様々な構成であってもよい。
【００７３】
第１シフト電圧供給部４３は、予め定められた正の第１シフト電圧（例えば＋１Ｖ）に相当するデジタル値を第１加算回路４４に出力するようになっている。
【００７４】
第１加算回路４４は、ＡＤ変換部４２の出力値（正）と第１シフト電圧供給部４３の出力値（正）とを加算し、加算後の値をスイッチング電源回路３１の目標の出力電圧（以下「目標電圧」という。）としてスイッチング電源制御部４８に出力するようになっている。
【００７５】
第２電圧シフト部７２は、第２シフト電圧供給部４５と、第２加算回路４６とを有している。なお、第２電圧シフト部７２は、前述の第２実施形態における第２電圧シフト部２９と同様に、様々な構成であってもよい。
【００７６】
第２シフト電圧供給部４５は、予め定められた負の第２シフト電圧（例えば−０．５Ｖ）に相当するデジタル値を第２加算回路４６に出力するようになっている。
【００７７】
第２加算回路４６は、第１加算回路４４の出力値（正）と第２シフト電圧供給部４５の出力値（負）とを加算し、加算後の値をＩＦ部４７に出力するようになっている。
【００７８】
ＩＦ部４７は、第２加算回路４６の出力電圧（正）のデジタルデータをＤＡ変換部３５に順次出力するようになっている。
【００７９】
スイッチング電源制御部４８は、ＡＤ変換部４１が出力する現在電圧と第１加算回路４４が出力する目標電圧とが一致するようスイッチング電源回路３１に出力電圧制御信号を出力するようになっている。
【００８０】
磁気同調デバイス駆動回路３０及びソフトウェア処理部４０は、前述のように構成されているので、例えば、第１シフト電圧が＋１Ｖ、第２シフト電圧が−０．５Ｖとすると、第２実施形態で説明したように（図５参照）、ノイズフィルタであるトランジスタ３２からはノイズ成分が除去され、同調コイル５１の印加電圧よりも常に＋０．５Ｖ高い電圧が出力されることとなる。
【００８１】
したがって、スペクトラムアナライザ１００は、従来のものよりも大幅に消費電力を低減することに加えて、トランジスタ３２によるノイズフィルタを備えることにより、スイッチング電源回路３１の出力電圧に含まれるノイズ成分を低減することができる。その結果、スペクトラムアナライザ１００は、従来のものよりも小型で低コストの放熱機構を備えることができ、装置の小型化及び低消費電力化を図るとともに、スイッチング電源回路３１の出力電圧に含まれるノイズ成分を低減することができる。
【００８２】
なお、前述の実施形態では、ＹＴＦを備えたスペクトラムアナライザを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＹＴＦやＹＴＯ等の磁気同調デバイスを備えた測定装置、例えば信号発生器等に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明に係る磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法は、小型化及び低消費電力化を図ることができるという効果を有し、磁気共鳴素子を用いた磁気同調デバイスを駆動する磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法として有用である。
【符号の説明】
【００８４】
１０、２０、３０ 磁気同調デバイス駆動回路
１１、２１、３１ スイッチング電源回路（電圧出力部）
１２、２３、３３ 定電流回路（電流供給部）
１３ シフト電圧供給部
１４ 加算回路
１５ 電圧シフト部
２２、３２ トランジスタ
２４、４３ 第１シフト電圧供給部（シフト電圧供給部）
２５、４４ 第１加算回路（加算回路）
２６、４５ 第２シフト電圧供給部
２７、４６ 第２加算回路
２８、７１ 第１電圧シフト部
２９、７２ 第２電圧シフト部
３４ 電流検知抵抗
３５ ＤＡ変換部
４０ ソフトウェア処理部
４１、４２ ＡＤ変換部
４７ ＩＦ部
４８ スイッチング電源制御部
５０ ＹＴＦ（磁気同調デバイス）
５１ 同調コイル
６０ 掃引制御部（同調周波数情報出力部）
１００ スペクトラムアナライザ（測定装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴素子を用いた磁気同調デバイスを駆動する磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の磁気同調デバイスとしてＹＩＧを用いたＹＴＯ（YIG Tuned Oscillator）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＹＩＧは、イットリウム、鉄、ガーネットの化合物であり、印加される磁界の強さに応じて原子スピン周波数が直線的に変化する特性を有する磁気共鳴素子である。ＹＴＯは、このＹＩＧを共振素子とする発振回路やＹＩＧに磁界を印加する同調コイル等が磁気シールド用のケース内に収められてユニット化されたものである。そして、ＹＴＯは、外部から同調コイルに電流を供給することで、その供給電流に比例した周波数の信号を所定周波数範囲内で発振出力することができ、広帯域なスペクトラムアナライザの掃引発振回路や信号発生器等に用いられている。
【０００４】
また、ＹＩＧは、極めて狭帯域な素子であり、この狭い帯域特性と周波数可変性を用いて信号のフィルタリングを行うＹＴＦ（YIG Tuned Filter）と呼ばれる磁気同調デバイスにも応用されている。
【０００５】
磁気同調デバイスを駆動する従来の磁気同調デバイス駆動回路は、図７に示すような構成を有する。図７に示した従来の磁気同調デバイス駆動回路１は、電源から印加された固定電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換してＹＴＦ３の同調コイル４にする供給する定電流回路２を備える。この構成により、従来の磁気同調デバイス駆動回路１は、所望の周波数でＹＴＦ３にフィルタリングを行わせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２５２７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の磁気同調デバイス駆動回路では、以下に示すように、小型化及び低消費電力化を図ることができないという課題があった。
【０００８】
（１）従来の磁気同調デバイス駆動回路において、定電流回路は、印加された一定の電源電圧（例えば１２Ｖ）から駆動トランジスタで電圧を降下させてＹＴＦに供給する電流を生成していた。そのため、従来の磁気同調デバイス駆動回路では、図８に示す斜線範囲の電圧が不要な電圧となって熱に変換されるので、比較的大きい放熱機構が必要となり、小型化及び低消費電力化が図れないという課題があった。
【０００９】
（２）従来の磁気同調デバイス駆動回路を、例えばスペクトラムアナライザに適用した場合、周波数の掃引速度の高速化を図ろうとすると、図９に示すように、同調コイルのインダクタンス成分によって発生する逆起電圧Ｖ１を同調コイル印加電圧に上乗せしなければならない。この場合、従来の磁気同調デバイス駆動回路では、最大掃引速度に合わせて電源電圧をＶ２だけ高くする必要が生じる。その結果、従来の磁気同調デバイス駆動回路では、周波数の掃引速度を考慮した、さらに大きい放熱機構が必要となり、小型化及び低消費電力化が図れないという課題があった。
【００１０】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、小型化及び低消費電力化を図ることができる磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る磁気同調デバイス駆動回路は、磁気同調デバイス（５０）の同調コイル（５１）に電流を供給して駆動する磁気同調デバイス駆動回路（１０）において、予め定められた固定電圧を出力する電源に接続され、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を出力する電圧出力部（１１）と、前記電圧出力部の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して前記同調コイルに供給する電流供給部（１２）と、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定分だけ大きくし、この大きくした電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する電圧シフト部（１５）と、を備えた構成を有している。
【００１２】
この構成により、本発明の請求項１に係る磁気同調デバイス駆動回路は、電圧出力部が、同調コイルの電圧にシフト電圧を加えた電圧を電流供給部に印加すればよく、電圧出力部及び電流供給部の消費電力を低減することができるので、従来よりも小型の放熱機構を備えればよいこととなる。その結果、本発明の磁気同調デバイス駆動回路は、小型化及び低消費電力化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る磁気同調デバイス駆動回路は、前記電圧シフト部が、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定値だけ大きくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部（１３）と、前記同調コイルの電圧と前記シフト電圧とを加算し、加算後の電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する加算回路（１４）とを有するものでもよい。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る磁気同調デバイス駆動回路は、前記電圧出力部と前記電流供給部との間に設けられ、前記電圧出力部の出力電圧に含まれるノイズ成分を除去するノイズフィルタ（２２）をさらに備えた構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明の請求項３に係る磁気同調デバイス駆動回路は、電圧出力部がノイズ成分を含む電圧を出力する場合でも、ノイズフィルタによりノイズ成分を除去することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項４に係る磁気同調デバイス駆動回路は、前記電圧シフト部を第１電圧シフト部（２８）として備え、前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧の絶対値を、前記同調コイルの電圧の絶対値よりも大きい範囲内で、所定分だけ小さくして前記ノイズフィルタの出力電圧をシフトさせる第２電圧シフト部（２９）をさらに備えたものでもよい。
【００１７】
また、本発明の請求項５に係る磁気同調デバイス駆動回路は、前記第２電圧シフト部が、前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧の絶対値を、前記同調コイルの電圧の絶対値よりも大きい範囲内で、所定値だけ小さくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部（２６）と、このシフト電圧供給部が出力するシフト電圧と前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧とを加算し、加算後の電圧を前記ノイズフィルタの出力電圧をシフトさせる電圧として前記ノイズフィルタに出力する加算回路（２７）と、を有するものでもよい。
【００１８】
本発明の請求項６に係る測定装置は、請求項１乃至請求項５に記載の磁気同調デバイス駆動回路と、前記磁気同調デバイスと、前記所望の同調周波数を示す情報を前記電流供給部に出力する同調周波数情報出力部（６０）と、を備えた構成を有している。
【００１９】
この構成により、本発明の請求項６に係る測定装置は、小型化及び低消費電力化を図ることができる。
【００２０】
本発明の請求項７に係る磁気同調デバイス駆動方法は、請求項１に記載の磁気同調デバイス駆動回路により前記磁気同調デバイスを駆動する磁気同調デバイス駆動方法であって、予め定められた固定電圧を入力し、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を前記電圧出力部から出力する電圧出力ステップと、前記電圧出力部の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して前記同調コイルに供給する電流供給ステップと、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定分だけ大きくし、この大きくした電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する電圧シフトステップと、を含む構成を有している。
【００２１】
この構成により、本発明の請求項７に係る磁気同調デバイス駆動方法は、小型化及び低消費電力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、小型化及び低消費電力化を図ることができるという効果を有する磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態における磁気同調デバイス駆動回路のブロック構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における磁気同調デバイス駆動回路のスイッチング電源回路の出力電圧と同調コイルの印加電圧との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における磁気同調デバイス駆動回路の消費電力と従来の消費電力とを比較した結果を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態における磁気同調デバイス駆動回路のブロック構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態における磁気同調デバイス駆動回路のスイッチング電源回路の出力電圧と、ノイズフィルタの出力電圧と、同調コイルの印加電圧との関係を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態におけるスペクトラムアナライザのブロック構成図である。
【図７】従来の磁気同調デバイス駆動回路のブロック構成図である。
【図８】従来の磁気同調デバイス駆動回路の電源電圧と同調コイルの印加電圧との関係を示す図である。
【図９】従来の磁気同調デバイス駆動回路において、周波数の掃引速度の高速化を図る場合の、電源電圧と同調コイルの印加電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係る磁気同調デバイス駆動回路がＹＴＦを駆動するものとして説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
まず、本発明に係る磁気同調デバイス駆動回路の第１実施形態における構成について説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態における磁気同調デバイス駆動回路１０は、ＹＴＦ５０を駆動するものである。ＹＴＦ５０は、磁気コア（図示省略）に巻かれた同調コイル５１を有し、同調コイル５１に供給される電流に応じた周波数（同調周波数）で所定信号のフィルタリングを行うものである。同調コイル５１の一方端は後述する定電流回路１２に接続され、他方端はグランドに接続されている。なお、ＹＴＦ５０は、本発明に係る磁気同調デバイスを構成する。
【００２７】
磁気同調デバイス駆動回路１０は、スイッチング電源回路１１、定電流回路１２、電圧シフト部１５を備えている。
【００２８】
スイッチング電源回路１１は、図示しない電源に接続されており、例えば＋１２Ｖの電源電圧が印加されるようになっている。また、スイッチング電源回路１１は、加算回路１４から出力電圧制御信号が印加され、出力電圧が出力電圧制御信号の電圧と等しくなるよう動作し、電源電圧よりも高い電圧又は低い電圧を生成して定電流回路１２に出力するようになっている。例えば、スイッチング電源回路１１は、＋１２Ｖ固定の電源電圧が印加される場合に、出力電圧制御信号に応じて、＋１Ｖから＋３０Ｖまでの電圧を出力するものである。なお、スイッチング電源回路１１は、本発明に係る電圧出力部を構成する。
【００２９】
定電流回路１２は、スイッチング電源回路１１の出力電圧を入力するとともに、電流値設定情報を入力するようになっている。この電流値設定情報は、例えば電圧であり、ＹＴＦ５０が所望の同調周波数で所定信号のフィルタリングを行うよう同調コイル５１に流す電流を定めるためのものである。また、定電流回路１２は、スイッチング電源回路１１の出力電圧を電流値設定情報に対応する電流にして同調コイル５１に供給するようになっている。なお、定電流回路１２は、本発明に係る電流供給部を構成する。
【００３０】
電圧シフト部１５は、シフト電圧供給部１３と、加算回路１４とを有している。
【００３１】
シフト電圧供給部１３は、予め定められた正のシフト電圧（例えば＋１Ｖ）を加算回路１４に出力するようになっている。このシフト電圧の電圧値は、ＹＴＦ５０の特性に応じて決めるのが好ましい。
【００３２】
加算回路１４は、同調コイル５１に供給された電流により発生する同調コイル５１の電圧（正）と、シフト電圧供給部１３が出力するシフト電圧とを加算するようになっている。また、加算回路１４は、加算後の電圧をスイッチング電源回路１１に出力電圧制御信号として出力するようになっている。
【００３３】
なお、電圧シフト部１５は、上述の構成の他に、乗算器を用いて、同調コイル５１の電圧に所定の定数（１より大）を乗じたり、予め記憶したテーブルや行列を用いたり、特定の関数で演算することにより、同調コイル５１の電圧を所定分だけ大きくして出力電圧制御信号として出力する構成であってもよい。
【００３４】
前述の構成により、磁気同調デバイス駆動回路１０において、スイッチング電源回路１１と同調コイル５１の印加電圧との関係は図２に示すようになる。すなわち、スイッチング電源回路１１は、同調コイル５１の印加電圧に例えば＋１Ｖのシフト電圧を加えた電圧を常に出力することとなる。したがって、磁気同調デバイス駆動回路１０は、図８に示した不要な電圧の領域を大幅に狭めることができる。つまり、磁気同調デバイス駆動回路１０は、従来のものよりも大幅に消費電力を低減することができる。以下、図３を用いて具体的に説明する。
【００３５】
図３は、駆動回路が消費する消費電力に関し、本発明に係る磁気同調デバイス駆動回路１０と従来のものとを比較したものである。消費電力を算出した周波数は、５ＧＨｚから４０ＧＨｚまでとした。
【００３６】
ここで、周波数１０ＧＨｚにおける消費電力の算出値を例に挙げて具体的に説明する。算出条件として、スイッチング電源回路１１が入力する電源電圧を＋１２Ｖ（固定）、スイッチング電源回路１１の効率を８５％（一定値）、同調コイル５１の感度を２５ＭＨｚ／ｍＡ、同調コイル５１の抵抗を５Ω、シフト電圧供給部１３が加算回路１４に出力するシフト電圧を＋１Ｖとする。
【００３７】
まず、定電流回路１２の消費電力ａについて説明する。同調コイル５１を１０ＧＨｚに同調させるには、４００ｍＡ（＝１０ＧＨｚ／２５ＭＨｚ／ｍＡ）の電流が必要である。定電流回路１２が４００ｍＡの電流を同調コイル５１に流すには、２Ｖ（＝５Ω×４００ｍＡ）の電圧を同調コイル５１に印加する必要がある。同調コイル５１の印加電圧に対し、加算回路１４は＋１Ｖのシフト電圧を加算してスイッチング電源回路１１に出力するので、スイッチング電源回路１１は同調コイル５１の印加電圧に対し＋１Ｖの電位差を取るよう動作する。すなわち、スイッチング電源回路１１が定電流回路１２に出力する出力電圧は３Ｖ（＝２Ｖ＋１Ｖ）である。その結果、定電流回路１２の消費電力ａは、０．４Ｗ（＝（３Ｖ−２Ｖ）×４００ｍＡ）となる。
【００３８】
次に、スイッチング電源回路１１が定電流回路１２に供給する電力ｂについて説明する。前述のように、スイッチング電源回路１１が定電流回路１２に出力する出力電圧は３Ｖ、定電流回路１２が同調コイル５１に供給する電流は４００ｍＡであるので、スイッチング電源回路１１が定電流回路１２に供給する電力ｂは１．２Ｗ（＝３Ｖ×４００ｍＡ）となる。
【００３９】
次に、スイッチング電源回路１１の入力電力ｃについて説明する。スイッチング電源回路１１の効率を８５％としているので、スイッチング電源回路１１の入力電力ｃは１．４１Ｗ（＝１．２Ｗ／０．８５）となる。
【００４０】
以上より、周波数１０ＧＨｚにおける磁気同調デバイス駆動回路１０の全体の消費電力（ａ＋（ｃ−ｂ））は、０．６１Ｗ（＝０．４Ｗ＋（１．４１Ｗ−１．２Ｗ））となる。
【００４１】
次に、図７に示した構成において１０ＧＨｚでの従来の磁気同調デバイス駆動回路１の消費電力について説明する。従来の磁気同調デバイス駆動回路１における消費電力の算出条件は前述の条件と同一とすると、前述のように、同調コイル４を１０ＧＨｚに同調させる電流は４００ｍＡ、定電流回路２が４００ｍＡの電流を同調コイル４に流すには２Ｖの電圧を同調コイル４に印加する必要がある。定電流回路２が入力する電源電圧は１２Ｖ（固定）であるので、定電流回路１２において１０Ｖ（＝１２Ｖ−２Ｖ）の電圧降下を要する。したがって、従来の磁気同調デバイス駆動回路１の消費電力は、４．０Ｗ（＝１０Ｖ×４００ｍＡ）となる。
【００４２】
ここで、従来の磁気同調デバイス駆動回路１の消費電力＝１として規格化すると、磁気同調デバイス駆動回路１０の全体の消費電力は０．１５となる。したがって、磁気同調デバイス駆動回路１０は、１０ＧＨｚにおける消費電力を従来のものより８５％も改善することができることが分かる。図３に示した周波数では、５ＧＨｚでの８８％の改善から４０ＧＨｚでの３５％の改善までの効果が得られている。
【００４３】
この消費電力は熱に変換されるので、磁気同調デバイス駆動回路１０は、従来のものよりも小型の放熱機構を備えることができ、装置の小型化及び低消費電力化を図ることができる。また、それにより、磁気同調デバイス駆動回路１０は、低コスト化を図ることができる。
【００４４】
以上のように、本実施形態における磁気同調デバイス駆動回路１０によれば、スイッチング電源回路１１が、同調コイル５１の電圧にシフト電圧を加えた電圧を定電流回路１２に印加すればよく、スイッチング電源回路１１及び定電流回路１２の消費電力を低減することができるので、従来よりも小型の放熱機構を備えればよいこととなる。その結果、本発明の磁気同調デバイス駆動回路１０は、小型化及び低消費電力化を図ることができる。また、それにより、磁気同調デバイス駆動回路１０は、低コスト化を図ることができる。
【００４５】
なお、前述の実施形態において、同調コイル５１の印加電圧が正の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、同調コイル５１に負の電圧を印加する構成の場合でも同様の効果が得られる。この場合、シフト電圧供給部１３が加算回路１４に出力するシフト電圧は負の電圧となる。
【００４６】
また、前述の実施形態では、磁気同調デバイス駆動回路１０がＹＴＦ５０を駆動する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＹＴＯ等の磁気同調デバイスを駆動するものであってもよい。
【００４７】
（第２実施形態）
前述の第１実施形態における構成では、スイッチング電源回路１１（図１参照）の動作により発生するノイズが無視できない場合がある。そこで、このノイズを低減するノイズフィルタを設けた実施形態を説明する。
【００４８】
図４に示すように、本実施形態における磁気同調デバイス駆動回路２０は、第１実施形態の磁気同調デバイス駆動回路１０（図１参照）の構成を一部変更したものである。図示のように、磁気同調デバイス駆動回路２０は、スイッチング電源回路２１、トランジスタ２２、定電流回路２３、第１電圧シフト部２８、第２電圧シフト部２９を備えている。ここで、トランジスタ２２は、本発明に係るノイズフィルタを構成する。
【００４９】
なお、スイッチング電源回路２１及び定電流回路２３は、それぞれ、第１実施形態におけるスイッチング電源回路１１及び定電流回路１２に対応する構成を有するので、第１実施形態の説明と重複する説明は省略する。
【００５０】
スイッチング電源回路２１は、出力電圧（正）をトランジスタ２２のコレクタ電極に出力するようになっている。トランジスタ２２のエミッタ電極は、定電流回路２３の入力側に接続されている。
【００５１】
第１電圧シフト部２８は、第１シフト電圧供給部２４と、第１加算回路２５とを有している。
【００５２】
第１シフト電圧供給部２４は、予め定められた正の第１シフト電圧（例えば＋１Ｖ）を第１加算回路２５に出力するようになっている。なお、第１シフト電圧供給部２４は、本発明に係るシフト電圧供給部を構成する。
【００５３】
第１加算回路２５は、同調コイル５１に供給された電流により発生する同調コイル５１の電圧（正）と、第１シフト電圧供給部２４が出力する第１シフト電圧（正）とを加算するようになっている。また、第１加算回路２５は、加算後の電圧をスイッチング電源回路２１に出力電圧制御信号として出力するようになっている。なお、第１加算回路２５は、本発明に係る加算回路を構成する。
【００５４】
なお、第１電圧シフト部２８は、上述の構成の他に、乗算器を用いて、同調コイル５１の電圧に所定の定数（１より大）を乗じたり、予め記憶したテーブルや行列を用いたり、特定の関数で演算することにより、同調コイル５１の電圧を所定分だけ大きくして出力電圧制御信号として出力する構成であってもよい。
【００５５】
第２電圧シフト部２９は、第２シフト電圧供給部２６と、第２加算回路２７とを有している。
【００５６】
第２シフト電圧供給部２６は、予め定められた負の第２シフト電圧（例えば−０．５Ｖ）を第２加算回路２７に出力するようになっている。ここで、第２シフト電圧の絶対値は、第１シフト電圧の絶対値より小さい。
【００５７】
第２加算回路２７は、第１加算回路２５の出力電圧（正）と、第２シフト電圧供給部２６が出力する第２シフト電圧（負）とを加算するようになっている。また、第２加算回路２７は、加算後の電圧をトランジスタ２２のベース電極に出力するようになっている。
【００５８】
なお、第２電圧シフト部２９は、上述の構成の他に、乗算器を用いて、第１電圧シフト部２８の出力電圧に所定の定数（１より小）を乗じたり、予め記憶したテーブルや行列を用いたり、特定の関数で演算することにより、第１電圧シフト部２８の出力電圧を所定分だけ小さく（ただし、同調コイル５１の電圧より大きく）してトランジスタ２２に出力する構成であってもよい。
【００５９】
また、第２電圧シフト部２９は、同調コイル５１の電圧（正）と、第２シフト電圧供給部２６が出力する第２シフト電圧（ここでは正、例えば＋０．５Ｖ）とを加算したり、上述のように、乗算、テーブル、行列、関数等を用いて、同調コイル５１の電圧を所定分だけ大きく（ただし、第１電圧シフト部２８の所定分より小さく）してトランジスタ２２に出力する構成であってもよい。
【００６０】
前述の構成により、磁気同調デバイス駆動回路２０において、スイッチング電源回路２１と同調コイル５１の印加電圧との関係は図５に示すようになる。すなわち、スイッチング電源回路２１の出力電圧は、同調コイル５１の印加電圧に例えば＋１Ｖの第１シフト電圧を加えた電圧となり、図示のようにノイズ成分を含むが、第２シフト電圧供給部２６が例えば−０．５Ｖの第２シフト電圧を出力する構成により、ノイズフィルタ（トランジスタ２２）からはノイズ成分が除去され、同調コイル５１の印加電圧よりも常に＋０．５Ｖ高い電圧が出力されることとなる。
【００６１】
以上のように、磁気同調デバイス駆動回路２０は、従来のものよりも大幅に消費電力を低減することに加えて、トランジスタ２２によるノイズフィルタを備えることにより、スイッチング電源回路２１の出力電圧に含まれるノイズ成分を低減することができる。すなわち、磁気同調デバイス駆動回路２０は、従来のものよりも小型の放熱機構を備えることができ、装置の小型化及び低消費電力化を図るとともに、スイッチング電源回路２１の出力電圧に含まれるノイズ成分を低減することができる。
【００６２】
（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態における磁気同調デバイス駆動回路２０（図４参照）をスペクトラムアナライザに適用した例を挙げる。
【００６３】
図６に示すように、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１００は、磁気同調デバイス駆動回路３０、ソフトウェア処理部４０、ＹＴＦ５０、掃引制御部６０を備えている。ここで、ＹＴＦ５０は、バンドパスフィルタとして動作するものである。また、掃引制御部６０は、本発明に係る同調周波数情報出力部を構成する。また、スペクトラムアナライザ１００は、本発明に係る測定装置を構成する。
【００６４】
スペクトラムアナライザ１００は、図示を省略したが信号合成器及び局部発振器を備えており、被測定信号と、局部発振器からの周波数信号とが信号合成器に入力されるようになっている。この局部発振器における周波数信号の周波数は掃引制御部６０によって設定された測定周波数範囲に対応する周波数範囲内で掃引される。信号合成器は、被測定信号の周波数を局部発振器からの周波数信号を用いて中間周波数に変換する。中間周波数に変換された被測定信号はＹＴＦ５０で不要周波数成分が除去されて中間周波数信号として出力される。そのため、掃引制御部６０は、ＹＴＦ５０が所望の同調周波数で被測定信号のフィルタリングを行うよう同調コイル５１に流す電流を定めた電流値設定情報を磁気同調デバイス駆動回路３０の定電流回路３３に出力するようになっている。
【００６５】
磁気同調デバイス駆動回路３０は、電流検知抵抗３４と、ＤＡ変換部３５とを備えている。
【００６６】
電流検知抵抗３４は、一端が定電流回路３３及び同調コイル５１に接続され、他端がグランドに接続されている。
【００６７】
ＤＡ変換部３５は、後述するＩＦ（インターフェース）部４７の出力電圧をデジタル値からアナログ値に変換し、トランジスタ３２のベース電極に出力するようになっている。
【００６８】
定電流回路３３は、電流検知抵抗３４の電圧が、電流値設定情報として定められた電圧と等しくなるよう同調コイル５１に電流を供給するようになっている。
【００６９】
ソフトウェア処理部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等（図示省略）のハードウェアと、ＲＯＭに格納されたソフトウェアとの協働によって実現されるものである。このソフトウェア処理部４０は、ＡＤ変換部４１及び４２、第１電圧シフト部７１、第２電圧シフト部７２、ＩＦ部４７を備えている。
【００７０】
ＡＤ変換部４１は、スイッチング電源回路３１の出力電圧（正）をアナログ値からデジタル値に変換し、変換後の電圧をスイッチング電源回路３１の現在の出力電圧（以下「現在電圧」という。）としてスイッチング電源制御部４８に出力するようになっている。
【００７１】
ＡＤ変換部４２は、同調コイル５１の印加電圧（正）をアナログ値からデジタル値に変換し、第１加算回路４４及び第２加算回路４６に出力するようになっている。
【００７２】
第１電圧シフト部７１は、第１シフト電圧供給部４３と、第１加算回路４４とを有している。なお、第１電圧シフト部７１は、前述の第２実施形態における第１電圧シフト部２８と同様に、様々な構成であってもよい。
【００７３】
第１シフト電圧供給部４３は、予め定められた正の第１シフト電圧（例えば＋１Ｖ）に相当するデジタル値を第１加算回路４４に出力するようになっている。
【００７４】
第１加算回路４４は、ＡＤ変換部４２の出力値（正）と第１シフト電圧供給部４３の出力値（正）とを加算し、加算後の値をスイッチング電源回路３１の目標の出力電圧（以下「目標電圧」という。）としてスイッチング電源制御部４８に出力するようになっている。
【００７５】
第２電圧シフト部７２は、第２シフト電圧供給部４５と、第２加算回路４６とを有している。なお、第２電圧シフト部７２は、前述の第２実施形態における第２電圧シフト部２９と同様に、様々な構成であってもよい。
【００７６】
第２シフト電圧供給部４５は、予め定められた負の第２シフト電圧（例えば−０．５Ｖ）に相当するデジタル値を第２加算回路４６に出力するようになっている。
【００７７】
第２加算回路４６は、第１加算回路４４の出力値（正）と第２シフト電圧供給部４５の出力値（負）とを加算し、加算後の値をＩＦ部４７に出力するようになっている。
【００７８】
ＩＦ部４７は、第２加算回路４６の出力電圧（正）のデジタルデータをＤＡ変換部３５に順次出力するようになっている。
【００７９】
スイッチング電源制御部４８は、ＡＤ変換部４１が出力する現在電圧と第１加算回路４４が出力する目標電圧とが一致するようスイッチング電源回路３１に出力電圧制御信号を出力するようになっている。
【００８０】
磁気同調デバイス駆動回路３０及びソフトウェア処理部４０は、前述のように構成されているので、例えば、第１シフト電圧が＋１Ｖ、第２シフト電圧が−０．５Ｖとすると、第２実施形態で説明したように（図５参照）、ノイズフィルタであるトランジスタ３２からはノイズ成分が除去され、同調コイル５１の印加電圧よりも常に＋０．５Ｖ高い電圧が出力されることとなる。
【００８１】
したがって、スペクトラムアナライザ１００は、従来のものよりも大幅に消費電力を低減することに加えて、トランジスタ３２によるノイズフィルタを備えることにより、スイッチング電源回路３１の出力電圧に含まれるノイズ成分を低減することができる。その結果、スペクトラムアナライザ１００は、従来のものよりも小型で低コストの放熱機構を備えることができ、装置の小型化及び低消費電力化を図るとともに、スイッチング電源回路３１の出力電圧に含まれるノイズ成分を低減することができる。
【００８２】
なお、前述の実施形態では、ＹＴＦを備えたスペクトラムアナライザを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＹＴＦやＹＴＯ等の磁気同調デバイスを備えた測定装置、例えば信号発生器等に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明に係る磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法は、小型化及び低消費電力化を図ることができるという効果を有し、磁気共鳴素子を用いた磁気同調デバイスを駆動する磁気同調デバイス駆動回路及びそれを備えた測定装置並びに磁気同調デバイス駆動方法として有用である。
【符号の説明】
【００８４】
１０、２０、３０ 磁気同調デバイス駆動回路
１１、２１、３１ スイッチング電源回路（電圧出力部）
１２、２３、３３ 定電流回路（電流供給部）
１３ シフト電圧供給部
１４ 加算回路
１５ 電圧シフト部
２２、３２ トランジスタ
２４、４３ 第１シフト電圧供給部（シフト電圧供給部）
２５、４４ 第１加算回路（加算回路）
２６、４５ 第２シフト電圧供給部
２７、４６ 第２加算回路
２８、７１ 第１電圧シフト部
２９、７２ 第２電圧シフト部
３４ 電流検知抵抗
３５ ＤＡ変換部
４０ ソフトウェア処理部
４１、４２ ＡＤ変換部
４７ ＩＦ部
４８ スイッチング電源制御部
５０ ＹＴＦ（磁気同調デバイス）
５１ 同調コイル
６０ 掃引制御部（同調周波数情報出力部）
１００ スペクトラムアナライザ（測定装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気同調デバイス（５０）の同調コイル（５１）に電流を供給して駆動する磁気同調デバイス駆動回路（１０）において、
予め定められた固定電圧を出力する電源に接続され、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を出力する電圧出力部（１１）と、前記電圧出力部の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して前記同調コイルに供給する電流供給部（１２）と、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定分だけ大きくし、この大きくした電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する電圧シフト部（１５）と、を備えたことを特徴とする磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項２】
前記電圧シフト部は、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定値だけ大きくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部（１３）と、前記同調コイルの電圧と前記シフト電圧とを加算し、加算後の電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する加算回路（１４）と、を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項３】
前記電圧出力部と前記電流供給部との間に設けられ、前記電圧出力部の出力電圧に含まれるノイズ成分を除去するノイズフィルタ（２２）をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項４】
前記電圧シフト部を第１電圧シフト部（２８）として備え、
前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧の絶対値を、前記同調コイルの電圧の絶対値よりも大きい範囲内で、所定分だけ小さくして前記ノイズフィルタの出力電圧をシフトさせる第２電圧シフト部（２９）をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項５】
前記第２電圧シフト部は、前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧の絶対値を、前記同調コイルの電圧の絶対値よりも大きい範囲内で、所定値だけ小さくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部（２６）と、このシフト電圧供給部が出力するシフト電圧と前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧とを加算し、加算後の電圧を前記ノイズフィルタの出力電圧をシフトさせる電圧として前記ノイズフィルタに出力する加算回路（２７）と、を有することを特徴とする請求項４に記載の磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の磁気同調デバイス駆動回路と、前記磁気同調デバイスと、前記所望の同調周波数を示す情報を前記電流供給部に出力する同調周波数情報出力部（６０）と、を備えたことを特徴とする測定装置。
【請求項７】
請求項１に記載の磁気同調デバイス駆動回路により前記磁気同調デバイスを駆動する磁気同調デバイス駆動方法であって、
予め定められた固定電圧を入力し、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を前記電圧出力部から出力する電圧出力ステップと、前記電圧出力部の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して前記同調コイルに供給する電流供給ステップと、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定分だけ大きくし、この大きくした電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する電圧シフトステップと、を含むことを特徴とする磁気同調デバイス駆動方法。
【請求項１】
磁気同調デバイス（５０）の同調コイル（５１）に電流を供給して駆動する磁気同調デバイス駆動回路（１０）において、
予め定められた固定電圧を出力する電源に接続され、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を出力する電圧出力部（１１）と、前記電圧出力部の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して前記同調コイルに供給する電流供給部（１２）と、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定分だけ大きくし、この大きくした電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する電圧シフト部（１５）と、を備えたことを特徴とする磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項２】
前記電圧シフト部は、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定値だけ大きくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部（１３）と、前記同調コイルの電圧と前記シフト電圧とを加算し、加算後の電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する加算回路（１４）と、を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項３】
前記電圧出力部と前記電流供給部との間に設けられ、前記電圧出力部の出力電圧に含まれるノイズ成分を除去するノイズフィルタ（２２）をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項４】
前記電圧シフト部を第１電圧シフト部（２８）として備え、
前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧の絶対値を、前記同調コイルの電圧の絶対値よりも大きい範囲内で、所定分だけ小さくして前記ノイズフィルタの出力電圧をシフトさせる第２電圧シフト部（２９）をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項５】
前記第２電圧シフト部は、前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧の絶対値を、前記同調コイルの電圧の絶対値よりも大きい範囲内で、所定値だけ小さくするシフト電圧を供給するシフト電圧供給部（２６）と、このシフト電圧供給部が出力するシフト電圧と前記第１電圧シフト部が出力する出力電圧とを加算し、加算後の電圧を前記ノイズフィルタの出力電圧をシフトさせる電圧として前記ノイズフィルタに出力する加算回路（２７）と、を有することを特徴とする請求項４に記載の磁気同調デバイス駆動回路。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の磁気同調デバイス駆動回路と、前記磁気同調デバイスと、前記所望の同調周波数を示す情報を前記電流供給部に出力する同調周波数情報出力部（６０）と、を備えたことを特徴とする測定装置。
【請求項７】
請求項１に記載の磁気同調デバイス駆動回路により前記磁気同調デバイスを駆動する磁気同調デバイス駆動方法であって、
予め定められた固定電圧を入力し、印加された出力電圧制御信号に応じた電圧を前記電圧出力部から出力する電圧出力ステップと、前記電圧出力部の出力電圧を所望の同調周波数に応じた電流に変換して前記同調コイルに供給する電流供給ステップと、前記電流が供給された同調コイルの電圧の絶対値を所定分だけ大きくし、この大きくした電圧を前記出力電圧制御信号として前記電圧出力部に出力する電圧シフトステップと、を含むことを特徴とする磁気同調デバイス駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１５６８６４（Ｐ２０１２−１５６８６４Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３６０（Ｐ２０１１−１５３６０）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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