マイナス出力のはなし

マイナス出力とは

時としてインターフェイスでは、デジタル 0 <-> 5Vだけでなく、+12V を必要だったり、 0 <-> +3.3V など多様な電圧が使われています。しかしながら、マイナスの電圧を必要なのは ECL とのインターフェイスだったり、GaAs FETを使ったアナログの高周波スイッチだったりします。さて、デジタルの 0 <-> +5Vからマイナスの電圧に変換するにはどうしたら良いでしょう？
　右図一番上は、ECL とのインターフェイス例です。ECL は通常の使い方では Vcc を 0V に Vee を-5Vに繋ぎます。入力の反転電圧は約 -1.4V ぐらいなので、図のように入力と -5V との間に 1Kを２つ直列にした回路にして中央から電圧をとれば、0Vのときに -2.5V ＋５Vにすると 0Vとなる Vin が実現出来ますので、出力を高速に ON/OFF できます。
もしも数 100MHzで動かす場合は、抵抗値を小さくしてインピーダンスを下げます。周波数カウントなどの用途で、DC でのカップリングが必要なければ、反転側入力と同じように抵抗を接続してコンデンサーで通常入力と繋げます。
　中央の回路は ON/OFF が目的の低速のインターフェイスです。この回路は入力を 5V のツェナーダイオードでレベルシフトして、出力側にマイナス電源をエミッター側につけた、エミッターフォロワー回路です。どちらかというとアナログ出力に向いています。
　いちばん下はオペアンプやコンパレーターを使った回路で、オペアンプの電源を±5Vとして広範囲の入出力に対応出来るようにします。マイナス入力のしきい値を 2.5Vぐらいに設定すれば 0/+5Vによって出力は -5V / +5V に変化します。しかしながら、プラス電圧が不要ならば図のように抵抗とダイオードでクリッピングします。ダイオードにショットキータイプを使えば最大電圧が +0.3V 程度に押えられます。
　GaAs FETを使った RF ATT については　この記事　を参考にして下さい。