NJM2211 FSK 復調器 ■ 概 要 NJM2211 はデータ通信に適した PLL IC です。 動作周波数範囲は，0.01Hz から 300kHz と広帯域で，検出入力信号レベルは 2mV か ら 3V と広いダイナミックレンジをもちます。また，通常の DTL，TTL，及び ECL と直 結して用いることができます。回路は外部定数によって設定された周波数帯域内の入力 信号にトラッキングする基本的な PPL 回路，キャリア検出用のクオドラチャ位相検出回 路，及び FSK 復調用のコンパレータから構成されています。 中心周波数， トラッキング帯域幅， 出力遅延時間は外付け部品で個別に設定できます。 FSK モデム回路に最適です。 ■ 特 徴 ●動作電源電圧 ●周波数範囲が広い ●DTL/TTL/ECL と直結可能 ●キャリア検出機能付き FSK 復調器 ●ダイナミックレンジが広い ●トラッキング帯域幅が可変できます ●中心周波数の温度特性がよい ●外形 ■ 外 形 NJM2211D (4.5V∼20V) (0.01Hz∼300kHz) NJM2211M (2mVrms∼3Vrms) (±1%∼±80%) (20ppm/°C typ.) DIP14，DMP14 ■ 端 子 配 列 ■ ブロック図 Ver.2005-09-01 -1- NJM2211 (Ta=25°C) ■ 絶対最大定格 項 目 記 号 定 + 電源電圧 V 入力電圧 消費電力 格 単 位 20 V VIN 3 Vrms PD (D タイプ) 700 mW (M タイプ) 300 mW 動作温度 Topr -40∼+85 °C 保存温度 Tstg -40∼+125 °C (V+=+12V, Ta=+25°C) ■ 電気的特性 項 目 記 号 条 件 最 小 標 準 最 大 単 位 4.5 - 20 V - 5 11 mA ∆f0 - ±1.0 - % ∆f0 / ∆T R1 = ∞ - ±20 - ppm / °C 電源電圧除去比 PSRR V = 12±1V + V = 5±0.5V - ±0.05 ±0.2 ±1.5V %/V %/V 最大中心周波数 f0 MAX R0 = 8.2kΩ，C0 = 400pF - 300 - kHz 最小中心周波数 f0 MIN R0 = 2MΩ, C0 = 50µF - 0.01 - Hz 動作範囲 5 - 2000 kΩ 推奨範囲 15 - 100 kΩ ±100 ±200 ±300 µA ±2.0 - µA 動作電源電圧範囲 電源電流 ICC R0≧10kΩ オシレーター部 オシレーター部 周波数確度 周波数安定度 + タイミング抵抗 タイミング抵抗(R 抵抗 0) ループフェーズディテクター部 ループフェーズディテクター部 出力ピーク電流 I0 11PIN で測定 出力オフセット電流 IOS - 出力インピーダンス Z0 - 1.0 - MΩ ±4.0 ±5.0 - V - 150 - µA 出力インピーダンス - 1.0 - MΩ 最大出力振幅 - 11 - VP-P - 20 - kΩ - 2 - mVrms 最大出力振幅 VOM VREF(10PIN)を基準 クオドラチャフェーズディテクター 出力ピーク電流 IO 3PIN で測定 入力アンプ 入力アンプ部 アンプ部 入力インピーダンス RIN 最小検出入力レベル VIN 2PIN で測定 ボルテージコンパレーター部 ボルテージコンパレーター部 入力インピーダンス RIN 3PIN と 8PIN で測定 - 2 - MΩ - 100 - nA 入力バイアス電流 IB 電圧利得 GV RL = 5.1kΩ - 70 - dB 出力飽和電圧 VSAT 5，6，7PIN IC = 3mA - 0.3 1.0 V 出力リーグ電流 ILEAK V0 = 12V - 0.01 11 µA VREF 10PIN で測定 4.75 5.30 5.85 V - 100 - Ω 内部基準電源部 出力電圧 出力インピーダンス -2- Z0 Ver.2005-09-01 NJM2211 ■ 回路機能説明 ●信号入力( ) 信号入力(ピン 2) 入力信号はこの端子へ AC 結合で入れてください。ピン 2 の入力インピーダンスはおおよそ 20kΩ，推奨入力信号 レベルは 10mVrms から 3Vrms。 ●クォドラチャー・ ) クォドラチャー・フェーズ・ フェーズ・ディテクタ出力 ディテクタ出力( 出力(ピン 3) この端子はクォドラチャー位相検出器の出力端で高出力インピーダンスです。IC 内部でロック−ディテクトボルテ ージコンパレータの入力につながっています。トーン検出応用回路では RD，CD 平列部を通して接地させる（第 1 図 参照）ことによってロックディテクト出力のチャタリングを消す効果が現れます。トーン検出部を使用しない場合は， ピン 3 は，オープンのままです。 ●ロックディテクト出力 (ピン 5) ) ロックディテクト出力， 出力，Q( PLL にロックがかかっていない場合は，ピン 5 の出力は“HIGH”の状態にあります。PLL がロックの状態では“Low” あるいは導通状態になります。出力はオープンコレクタなので，プルアップ抵抗 RL を付け V+につながなければなり ません。 “Low”の状態では 5mA までの負荷電流を吸入できます。 ●ロックディテクトコンプリメント， (ピン 6) ) ロックディテクトコンプリメント，Q( 出力ピン 6 はロックディテクト出力（ピン 5）のロジックコンプリメントです。この出力もまた，オープンコレク タで“Low”あるいは， “ON”状態で 5mA までの負荷電流を引くことができます。 ●FSK データ出力 ) データ出力( 出力(ピン 7) この出力も又オープンコレクタなのでプルアップ抵抗 RL を付ける必要があります。 吸入電流は 5mA まで可能です。 FSK 入力信号周波数が低い値のときは，FSK データ出力は“HIGH”あるいは“OFF”の状態であり高い周波数にな るとこの端子は“Low”すなわち導通状態になります。もし入力信号がない場合は，このピン 7 の状態はきまりませ ん。 ●FSK コンパレータ入力 ) コンパレータ入力( 入力(ピン 8) これは FSK ボルテージコンパレータの高入力抵抗に対する端子です。通常この端子と PLL フェーズディテクタ出 力（ピン 11）との間に FSK ポストディテクションあるいはデータフィルタといわれるものがつながれます。データ フィルタは第1 図のRF とCF とで形成される回路です。 コンパレータのスレッシホールド電圧は IC 内部基準電圧 VREF （ピン 10 に現れる）によって決まります。 ●基準電圧， ) 基準電圧，VREF(ピン 10) このピン 10 の基準電圧は，VR=V+/2-650mV。このピンの DC 電圧がピン 3，8，11，12 の電圧レベルに対し，内 部基準電圧としての働きをします。ピン 10 は 0.1µF のキャパシタでグランドにバイパスする必要があります。 ●ループフェーズディテクタ出力 ) ループフェーズディテクタ出力( 出力(ピン 11) ループフェーズディテクタの出力インピーダンスは大きい。PLL ループフィルタは第 1 図のピン 11 につながれて いる R1 と C1 によって形成されます。入力信号がない場合，あるいは PLL のフェーズエラーがない場合は，ピン 11 の DC レベルはほぼ VREF に近い値となります。フェーズディテクタの最大振幅電圧はピン 11 に於いてほぼ±VREF で す。 ●VCO コントロール入力 ) コントロール入力( 入力(ピン 12) VCO の自走発振周波数はこの端子からグランドにつながれる，外部タイミング抵抗 R0 によって決まります。VCO 自走発振周波数 f0 は f0 = 1 (Hz) R 0C0 C0 はピン 13 とピン 14 間につけられるタイミング容量。温度特性をよくするためには R0 は 10kΩ から 100kΩ の範囲 内になければなりません。 （電気的特性例参照）この端子は低インピーダンス点で内部的に VR に等しい DC レベルに バイアスされています。ピン 12 から引ける最大電流は＜3mA にしてください。 ●VCO タイミングキャパシタ( ，ピン 14 間) タイミングキャパシタ(ピン 13， VCO 周波数はこの両ピン間に接続される外部タイミング容量，C0 に，反比例します。C0 は無極性のもので，200pF から 10µF の間にしてください。 Ver.2005-09-01 -3- NJM2211 第 1 図 FSK 及びトーン検出用回路 トーン検出用回路 ●VCO 周波数調整 VCO の微調整はピン 12 につける R0 と直列にポテンショメータ RX をつけることによっておこなってください（第 2 図参照） 。 ●VCO 自走発振周波数 f0 この IC は VCO 外部取り出し端子がありません。 そのかわり VCO の出力は IC 内部でフェーズディテクタ部につな がっています。調整等の目的で VCO 自走発振周波数を測る場合は入力信号を入れずにピン 2 をピン 10 に結び CD を 取りつけずにピン 3 で測ればよいのです。 -4- Ver.2005-09-01 NJM2211 ■ 設 計 式 第 1 図に基づいて設計します。 1．VCO 中心周波数，f0； f0 = 1 (Hz ) R 0C0 (No.1) 2．内部基準電圧，VREF(ピン 10 にて測定) V+ ) − 650mV 2 (No.2) 3．ループローパスフィルタ，時定数，Τ Τ=R1C1 4．ループダンピング，ξ (No.3) VREF ( C0 1 × ξ= C1 4 (No.4) 5．ループトラッキング帯域幅，±∆f/f0 ∆f/f0=R0/R1 (No.5) ∆f/f0=R0/R1 6．FSK データ，フィルタ時定数 TF TF = RFCF 7．ループフェーズディテクタ変換利得，Kφ (Kφ はピン 10，ピン 11 間の差動直流電圧で，フェーズディテクタ入力での単位フェーズ誤差に対するもの) (− 2)(VREF ) Kφ(ボルト/ラジアン) = π 8．VCO 変換利得，K0 ピン 11 での直流電圧変動の単位当たりに対する VCO 周波数変動の総計 K 0 (Hz / ボルト) = −1 C 0R1VREF 9．トータル・ループゲイン，KΤ KΤ(ラジアン/秒/ボルト)=2πKφK0=4/C0R1 10．ピークフェーズディテクタ電流，IA V IA (mA ) = REF 25 Ver.2005-09-01 -5- NJM2211 ■ 応 用 FSK 復調 第 2 図は FSK 復調回路の基本的応用回路図です。第 1 図，第 2 図に於いて，R0，C0；PLL 中心周波数の設定，R1； 帯域幅の設定，C1；ループフィルタ時定数及びループ・ダンピング・ファクタの決定，CF，RF；FSK データ出力に対 するフィルタの形成，RB；ピン 7 とピン 8 の間に入っているこの抵抗は，FSK コンパレータに対して正帰還の働きを し出力ロジック値が出来るだけ速く信号に応じて変化するようにしてあります。 一般によく使用されている FSK ボーに 対する各部品の推奨値を表 1 に示します。 表１ 一般的 FSK ボーに ボーに対する推奨部品値 する推奨部品値 (第 2 図に基づく) FSK Baud 第 2 図 FSK 復調回路 Component Values 300 Baud C0 = 0.039µF CF = 0.005µF f1 =1070Hz C1 = 0.01µF R0 = 18kΩ f2 =1270Hz R1 = 100kΩ 300 Baud C0 = 0.022µF CF = 0.005µF f1 = 2025Hz C1 = 0.0047µF R0 = 18kΩ f2 = 2225Hz R1 = 200kΩ 1200 Baud C0 = 0.027µF CF = 0.0022µF f1 = 1200Hz C1 = 0.01µF R0 = 18kΩ f2 = 2200Hz R1 = 30kΩ 設 計 法 第 2 図は 5 種の周辺部分，すなわち R0，R1，C0，C1，CF の値を各場合に応じて最適になるように選べばあらゆる FSK 復調回路に対応出来ます。FSK 通信の“マーク”と“スペース”にあたる周波数 f1，f2 がきまっている場合各パラメー ターの計算は下記のようになります。 1． PLL 中心周波数 f0 は f +f f0 = 1 2 2 2． タイミング抵抗 R0 は 10kΩ から 100kΩ の間で任意に選んでかまいません。推奨値としては 20kΩ 近辺です。最終 的な R0 の値は通常直列につけるポテンションメータ RX により最適値になるようにします。 3． C0 の値は設計式 No.1 を適用して C0=1/R0f0 “マーク” ， “スペース”周波数間隔 ∆f からきまります。 4． R1 は， R1=R0[f0/(f1-f2)] 5． C1 はループダンピングからきまります。 （設計式 No.4 参照） 通常 ξ=1/2 が最適なので， C1=C0/4(ξ=1/2) 6．データフィルタ容量 CF は RF=100kΩ，RB=510kΩ として 3 CF (µF ) = ボーレイト 設計数値例 75 ボーFSK 復調器でマーク／スペース周波数が 1110/1170Hz の場合。 1．f0 は f0=(1110＋1170)×(1/2)=1140Hz 2．R0=20kΩ を選定，但し 18kΩ の固定抵抗と直列につながれた 5kΩ のポテンショメータとで構成。 3．C0 は VCO 周波数から C0=0.044µF 4．R1 は R1=R0×(1140/60)=380kΩ 5．C1 は C1=C0/4=0.011µF 但し R0 を除いて上記は全て標準値です。 -6- Ver.2005-09-01 NJM2211 キャリア検出機能付 キャリア検出機能付 FSK 復調器 本 IC NJM2211 のロックディテクト部分は FSK 復調時においてキャリア信号検出用として使用できます。この応用 回路の一例は図 3 です。ピン 6 のオープン・コレクタ・ロックディテクト出力部をデータ出力部（ピン 7）に直結しま す。こうすると PLL 検出帯域に信号がない場合，ピン 6 は低い値であるのでデータ出力は低い値のままとなります。 PLL 検出帯域内に信号があらわれるとピン 6 出力は高い値となり，データ出力が可能の状態となります。 ロックディテクトフィルタ容量 CD の最小値はキャプチャーレンジ，±∆fC に，反比例します。これは PLL のループに ロックをかけることが出来る入力周波数の範囲のことです。通常 C1 によっても制約されます。一般的な応用に於いて は ∆fC＜∆f/2。RD=470kΩ とすると CD の最小値はほぼ CD(µF)≧16/キャプチャーレンジ(Hz) となります。CD が小さすぎると，入力信号周波数がキャプチャー帯域に近づいたとき，チャタリングがロックディテク ト出力端にあらわれます。CD が大きすぎるとロックディテクト出力の応答時間が遅くなります。 第 3 図 キャリア検出機能付 キャリア検出機能付 FSK 復調 第 4 図 トーン検出回路 トーン検出回路 トーン検出 トーン検出 第 4 図はトーン検出回路の一般的なものです。ピン 5，ピン 6 のロジック出力 Q，Q はそれぞれ“高” ， “低”の論理 状態です。PLL の検出帯域内のトーン信号が入るとこれらの出力の論理状態はトーン信号が入っている期間は反転しま す。各々のロジック出力端は 5mA の負荷電流を吸い込むことができます。ピン 5，ピン 6 のロジック出力は両方ともオ ープンコレクタなので，プルアップ抵抗 RL1，RL2 が必要です。第 1 図，第 4 図の外部部品の役割は次のようになります； R0，C0 は VCO 中心周波数を決めます。R1 は検出帯域幅，C1 はローパス・ループフィルタの時定数及びループ・ダン ピングファクタを決めます。RL1，RL2 はそれぞれ論理出力，Q， Q のプルアップ抵抗です。 設 計 法 第 4 図は 5 ヶの外部部品 R0，R1，C0，C1，CD を，それぞれ選べば，ほとんどのトーン検出に応用できます。入力ト ーン信号 fS に対してこれらの定数は次のようにして計算します。 1．R0 は 15kΩ から 100kΩ までの任意の値でかまいません。 2．C0 は中心周波数 f0(fS と同一)により決まります。C0=1/R0fS 3．R1 は帯域幅±∆f（設計式 No.5 参照）により決まります。R1=R0(fS/∆f)これにより全検出帯域幅は，f0±∆f の周波数範 囲をカバーできます。 4．C1 はループのダンピングファクタから決まります。 C1=C0/16ξ2 通常の場合トーン検出では ξ=1/2 が良いので C1=0.25C0 C1 を大きくすると帯域外信号の除去が良くなりますが，PLL キャプチャー時間の増加をまねきます。 5．フィルタ容量 CD，論理出力のチャタリングをさけるため RD=470kΩ とすると CD(µF)≥(16/キャプチャーレンジ Hz) CD を増加させすぎると論理出力応答時間が長くなります。 Ver.2005-09-01 -7- NJM2211 設計数値例 検出帯域 1kHz±20Hz のトーン検出の場合 1．R0=20kΩ(18kΩ と 5kΩ のポテンショメーターを直列に) 2．f0=1kHz とすると C0=0.05µF 3．R1=(R0)×(1000/20)=1MΩ 4．ξ=(1/2)，C0=0.05µF の場合 C1=0.25µF，C0=0.013µF 5．CD=16/38=0.42µF 6．中心周波数の微調整は，5kΩ のポテンショメーターRX によりおこないます。 リニア FM 検出 本 IC，NJM2211 は広範なアナログ通信やテレメーターの応用を目的とするリニア FM 検出器として使用できます。 第 5 図がその一例です。出力復調波はループフェーズ検出端（ピン 11）から RF と CF による検出フィルタを通り，外部 のバッファアンプを経由して取り出せます。ピン 11 の出力インピーダンスが高いのでバッファアンプが必要です。図 5 のように通常非反転ユニティゲイン（G＝1）のオペアンプを使用します。FM 検出のゲインすなわち変移の単位あたり の出力電圧の変化は VOUT=R1･VREF/100R0 ボルト/％デビエイション VREF は内部基準電圧。又，外部部品 R1，R0，CD，C1，CF の選定については設計式を参照してください。 第 5 図 リニア FM 検出器 （外部オペアンプ付） 注意：本データブックに記載されている設計方法等は参考であり，絶対値的なものではありません。 従って，お客様のアプリケーションを保証するものではありません。 アプリケーションの検証は，お客様の責任において十分行っていただきます様お願い致します。 -8- Ver.2005-09-01 NJM2211 ■ 特 性 例 消費電流対電源電圧特性例 タイミング容量対中心周波数特性例 タイミング容量対中心周波数特性例 中心周波数ドリフト 中心周波数ドリフト温度特性例 ドリフト温度特性例 タイミング抵抗対中心周波数特性例 タイミング抵抗対中心周波数特性例 中心周波数ドリフト 中心周波数ドリフト対電源電圧特性例 ドリフト対電源電圧特性例 ＜注意事項＞ このデータブックの掲載内容の正確さには 万全を期しておりますが，掲載内容について 何らかの法的な保証を行うものではありませ ん。とくに応用回路については，製品の代表 的な応用例を説明するためのものです。また， 工業所有権その他の権利の実施権の許諾を伴 うものではなく，第三者の権利を侵害しない ことを保証するものでもありません。 Ver.2005-09-01 -9-