1 / 10 NJM567 トーンデコーダ – NJM567 (Tone Decoder) アプリケーションマニュアル (Application manual) 1. 目次 (Contents) 1. 目次 (Contents) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.1 2. 概要 (General) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.2 3. 特徴 (Features) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.2 4. 用途 (Applications) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.2 5. 外形 (Package Outline) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.2 6. ブロック図 (Block Diagram) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.2 7. 絶対最大定格 (Absolute Maximum Ratings) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.3 8. 電気的特性 (Electrical Characteristics) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.3 9. 測定回路図 (Test Circuit) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.4 10. 各端子説明 (Terminal Explanation) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.5 11. 代表的特性例 (Typical Characteristics) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.6 12. アプリケーション情報 (Applications Information) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P.7 – 10 新日本無線株式会社 2 / 10 NJM567 2. 概要 NJM567は、汎用のトーンデコーダであり、あらかじめ設定された帯域に入力信号が存在すると、 出力トランジスタをONさせます。二つのディテクタとVCOを持ち、中心周波数、帯域、出力遅延時間 は外付け部品で独立に設定できます。 3. 特徴 ・動作電源電圧 ：4.75V ∼ 9V ・広周波数範囲 ：0.01Hz ∼ 500kHz ・中心周波数の安定度が良い。 ・帯域幅の制御が可能。(14%迄) ・出力 100mA シンク可能。 ・帯域外の信号雑音除去特性が良い。 ・周波数範囲は外付け抵抗にて 20：1 まで調整可能。 ・バイポーラ構造 ・外形 ：DIP8,DMP8 4. 用途 電話機、データ転送装置、リモートコントロール装置 他 5. 外形 6. ブロック図 Output Filter 1 AMP 8 Output VREF LPF 2 AMP 7 GND Input 3 Phase Detector 6 Timing CR 5 Timing R V+ 4 Quadrature Phase Detector Current Controlled Oscillater 3 / 10 NJM567 7. 絶対最大定格（Ta = 25℃） 項 目 記号 + 定格 単位 電源電圧 入力正電圧 入力負電圧 V VIP VIN 10 V +0.5 -10 V V Vdc 消費電力 PD 500 (D typ) 300 (M typ) mW 動作温度 保存温度 Topr Tstg −40∼＋85 −40∼＋125 ℃ ℃ + 8. 電気的特性（V+ = 5V、Ta = 25°C） 項 目 記号 最高中心周波数 中心周波数安定度 中心周波数電源電圧依存性 最 大 検出 帯 域 最大検出帯域スキュー 最大検出帯域温度特性 最大検出帯域電源電圧依存性 入 力抵 抗 最小検出入力電圧 最大無入力電圧 最大信号弁別比 最小信号検出レベル対高帯域雑音比 f OH Δf 0 /ΔT Δf 0 /ΔV BWMAX BWS ΔBW /ΔT ΔBW /ΔV RIN VDON VDOFF RIO RSN 最高オン・オフサイクル比率 R ON-OFF “1” 出力リーク電流 IL VS-1 VS-2 tF tR V+ opr ICC Ⅰ ICC Ⅱ PD “0” 出力電圧 出力立ち下り時間 出力立ち上がり時間 動作電圧範囲 消費電流Ⅰ 消費電流Ⅱ 静止消費電力 条 件 −40∼＋75℃ f 0 = 100kHz f 0 = 100kHz V i = 300mVrms V i = 300mVrms I L = 100mA, f i = f 0 I L = 100mA, f i = f 0 B n = 140kHz I L = 30mA I L = 100mA R L = 50Ω R L = 50Ω RＬ= 20kΩ 最小値 標準値 最大値 単位 100 500 KHz − − 10 − − − − − 10 − − ppm/℃ %/V %×f 0 %×f 0 %/ ℃ %/V kΩ mVrms mVrms dB dB − 35±60 0.7 14 2 ±0.1 ±2 20 20 15 +6 −6 f 0 / 20 − − 2 18 3 − − − 25 − − − − − − − − 4.75 − − − 0.01 0.2 0.6 30 150 − 7 12 35 − 25 0.4 1 − − 9 10 15 − uA V V ns ns V mA mA ｍW 4 / 10 NJM567 9. 測定回路図 V+ RL AMP 1 Ｃ3 8 Output VREF 2 AMP 7 3 Phase Detector 6 C2 Input C4 4 C5 Quadrature Phase Detector Current Controlled Oscillater C1 R1 5 NJM567 ※設計式 (1).中心周波数 f 0： 入力信号がない状態での電流制御発振器(Current Controlled Oscillator)の自走周波数。 f0 1 = (VIN = OPEN) 1.07R1C1 (2).検出帯域幅 BW：スレッシホールド電圧(typ.20mVrms)を超える入力信号の時、出力が ”0” となる f 0 を中心とした 周波数範囲。この検出帯域幅はループキャプチャーレンジに相当します。 BW VIN = 1070 f0C2 in % of f0 ( VIN ≦ 200mVrms ) VIN ：入力電圧(Vrms)、C2：LPF 容量(μF) (3).ロックレンジ：スレッシホールド電圧を超える入力信号の時、出力 ”0” を保つ最大周波数範囲。 (4).検出帯域スキュー：中心周波数 f 0 と検出帯域の中心との偏り度合い。 Skew = fMAX+fMIN _ 2f0 f0 2f0 fMAX,fMIN は検出帯域の端に相当する周波数です。 Bandwidth 必要により、センター調整を付加すればスキューを 変えることができます。 f1 f2 f Capture Range Lock Range f1 = f2 が望ましい。 f1,f2 の f0 からのズレ(偏り)を Skew と呼ぶ。 5 / 10 NJM567 10. 各端子説明 端子 番号 端子名称 端子説明 １ Output Filter 出力フィルタ ２ Low Pass Filter ローパスフィルタ ３ Input 信号入力 ４ V+ 電源電圧入力 ５ Timing R タイミング R スプリアス出力を減少するために、帯域外の周波数成分を減衰させるローパス フィルタの高域遮断周波数を決定します。(内部インピーダンス：4.7kΩ) C3 小；検出帯域外の周波数が入力した場合、出力の ON/OFF を繰り返したり、 過渡状態でばたついたりする可能性があります。 スプリアスによる誤検出を防ぐため、C3≧2×C2 を推奨しています。 C3 大；スレッシホールド電圧になるまでの時間がかかりますので、出力の立ち 上がり立ち下り時間が遅れます。 PLL 回路のローパスフィルタ(ループフィルタ)です。(内部インピーダンス：10kΩ) この端子に接続する C2 は検出帯域幅を決定します。 また、端子電圧は中心周波数に対して、0.95 f 0∼1.05 f 0 の範囲で 20mV/% of f 0 の 直線的な変化をします。 入力信号はこの端子へ AC 結合で入れてください。 (入力インピーダンス：約 20kΩ) 電源電圧入力端子です。 平均直流電圧；V + / 2, V + – 1.4V( V + – Vbe)の振幅で矩形波を出力します。 負荷抵抗 1kΩまで駆動能力があります。(推奨は 2kΩ∼20kΩ) 平均直流電圧；V + / 2, 1V p-p の三角波を出力します。 発振器のデューティサイクルや温度安定度に影響を与えないために接続 できるのは高インピーダンス負荷だけです。 ６ Timing CR タイミング CR ７ GND GND GND 端子です。 出力 トランジスタコレクタ出力端子です。負荷は V + と接続します。 帯域内に入力信号が入った場合、トランジスタは飽和します。 この電圧は出力電流 100mA の場合でも、1V 以下(Typ.0.6V)になります。 ８ Output ※この IC の中心周波数は 5Pin,6Pin に接続される CR にて設定されますが、IC や外付け CR のばらつきによる中心周波数ずれ を避けるため、5Pin - 6Pin 間抵抗は可変抵抗を用い、製品毎に中心周波数を合わせて使用することを推奨します。 BW 14% 7% 出力 (8Pin) + V (5V) 0 VCE(SAT)<1V LPF 3.9V 3.0 3.8V 2.5 3.7V f0 1.1f0 4.0 VREF Threshold Voltage 3.5 (2Pin) 0.9f0 1Pin (V) fi = f 0 100 200 In-Band Input Voltage (mVrms) 6 / 10 NJM567 11. 代表的特性例 最大検出帯域 対 中心周波数特性例 (V+=5V,Ta=25℃) 入力信号振幅 対 検出帯域幅特性例 + 1×103 150 3 0.8×10 100 20 最大検出帯域 [% of f0] 1.3×103 1.8×103 2.6×103 4.1×103 200 7.3×103 62×103 入力信号振幅 [mVrms] 250 16×103 f0･C2 [Hz･uF] (V =5V,Ta=25℃) 300 15 10 5 50 0 0 0 2 4 6 8 10 12 検出帯域幅 [% of f0] 14 16 0.1 1 (V+=5V,Ta=25℃) 1000 25 106 消費電流 ICC [mA] 20 105 104 C2 103 0 2 4 6 8 10 12 14 "ON" 15 10 Quiescent 5 C3 0 3 16 4 5 検出帯域 [% of f0] 中心周波数shift特性例 (V+=5V,Ta=25℃) 6 7 8 + 電源電圧 V [V] 9 10 中心周波数温度ドリフト 5 1 4 中心周波数ドリフト ⊿f0 [%] 0.9 0.8 ⊿f0 / ⊿V [% / V] 100 消費電流 対 電源電圧特性例 (Ta=25℃) C2,C3 対 検出帯域特性例 f0C2[Hz-uF],f0C2 [Hz-uF] 10 中心周波数 f0 [kHz] 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 3 2 0 -2 -4 -5 中心周波数 f0 [kHz] 100 V+=7V -3 0 10 V+=5.75V -1 0.1 1 V+=4.75V 1 V+=9V -50 -25 0 25 50 周囲温度 Ta [℃] 75 100 125 7 / 10 NJM567 12. アプリケーション情報 1). 応用回路例 下図は、NJM567使用の一般的な応用回路図です。 V+ (5V) RL (3.3k) Ｃ3 (0.022u) C2 (0.01u) Input 8 Output VREF 2 AMP 7 3 Phase Detector 6 C4 (0.01u) C5 + (10u) AMP 1 4 Quadrature Phase Detector Current Controlled Oscillater RX (5k) C1 (1000p) 5 RR Fine Tune (7.5k) f 0 = 100k NJM567 ※設定例 (1). 中心周波数：f 0 設計式より、R1 と C1 を希望する中心周波数に設定します。 上図の場合、R1 は RR+RX の合成抵抗になります。まず、R1 を 2kΩ∼20kΩの範囲で設定し、次に希望の 温度範囲において安定するように R1、C1 の複合温度係数を考慮し、C1 を決定します。 中心周波数 f0=100kHz、R1=10KΩとした場合、設計式より C1=935pF。C1 を 1000pF とし、R1 を求めると R1=9.35kΩとなり、RR を 7.5kΩ RX を 5kΩVR とします。 『注』・設計式は定数設定上の目安としての使用になりますので実際の値とは異なります。そのため、微調整用として 可変抵抗の使用を推奨します。 ・R1 は負荷抵抗 1kΩまで駆動能力がありますが、2kΩ∼20kΩの範囲を推奨しています。 ・C1は100pF程度より小さくなるとプリント基板の浮遊容量が発振周波数へ影響を及ぼす 可能性が考えられます。 (2). ループフィルタ：C 2 入力信号振幅 対 検出帯域幅特性例を参照し、C2 を設定します。 中心周波数 f0=100kHz、入力 100mVrms、検出帯域幅 10%で考えた場合、グラフより f0C2 を 1×103 と選択すると、 設計式より C2 は、計算上、0.01uF となります。 (3). 出力フィルタ：C 3 特に厳密な値を必要としませんが、C3≧2×C2 を推奨しています。 入力信号レベルが 200mVrms 以上の場合、一定の検出帯域幅(typ.14%)動作となりますが、帯域外信号や高い雑音レベル による影響で、検出帯域幅減少となる場合があります。 8 / 10 NJM567 ※動作速度 最小ロックアップ時間は、ループの固有周波数と関係があります。それはより低いほど立ち上がり過渡現象は 長くなります。したがって、最大動作速度は、C2 が最小の時に得られます。最初の信号のときに、位相は入力 周波数に向かうよりはむしろ、離れるように制御発振器をドライブするようになるでしょう。この状態では もちろん予想はできませんが、ロックアップ過渡現象は最悪で理論的な最小ロックアップ時間は達成できません。 過渡現象が消えるまで待たねばなりません。 下記の式は、種々の帯域の中心周波数に対して、最高の動作速度を与える C2 と C3 の値を示します。情報のロス なしに動作させることのできるディジタル情報の最小の比は、1bit あたり約 10 サイクル必要とするが、これは fo/10 board の比で変換できることに関係しています。 130 260 C2 = C3 = uF uF f0 f0 立ち上がり時間を速くすることは、C3 電圧を低くする(スレッシュホールド電圧に近づける。) ことで可能に なります。しかしながら、この場合、ビート周波数、ノイズ、外来信号に対する感度が上がります。 ※感度調整 非常に狭い検波帯域(8%以下)で動作させる時、ノイズと帯域外信号除去を改善するためには、C2 と C3 共に大きく するべきですが、必然的に応答時間は遅くなります。しかし、C2 と C3 共に大きくしても、出力段がスレッシュ ホールドレベルまでバイアスされていれば、立ち上がり時間は改善できます。これは 1Pin に付加電流を流すこと で可能になり、出力段はスレッシュホールド電圧から、更にバイアスされますので C2,C3 を小さくし、最大動作 速度を得ることが可能になります。 V+ 感度減少 RB (2.4k) 感度増加 RC (1k) RL RA (50k) AMP 1 C3 Output 8 VREF 2 AMP 7 3 Phase Detector 6 C2 Input C4 4 C5 Quadrature Phase Detector NJM567 Current Controlled Oscillater R1 5 C1 9 / 10 NJM567 ※検出帯域中心調整 (Skew) ロックレンジ内での検出帯域中心を変えたいとき、以下の回路を使用できます。 例えば入力信号変動が片方向のみの場合、検出帯域がレンジの片側に動くことによって、検出帯域を拡張できること ができます。このことは望ましくない信号が中心周波数の片側に存在するような場合に有効になります。 また、RB は若干ですが、デューティサイクルを変えることができますので NJM567 を発振器として使用する場合、 正確なデューティサイクルを得るために使うことができます。 V+ fo 低 fo 高 RB (2.4k) RL RA (50k) RC (1k) AMP 1 C3 Output 8 VREF 2 AMP 7 3 Phase Detector 6 C2 Input C4 4 C5 Current Controlled Oscillater Quadrature Phase Detector R1 C1 5 NJM567 ※チャタリング防止 チャタリングは出力段で C3 が小さい時に起きやすくなります。その結果、クォドラチャ位相検波(ロック検波)出力 のロック過渡現象及び AC 成分によりそのスレッシュホールドを何回も通過し、リレーなどはチャタリングには反応 しませんが、論理回路においては、一連の出力として認識するかもしれません。このチャタリングを防止するためには, 出力を入力にフィードバックすることで取り除くことができます。下図はその回路例(3 パターン)になります。 V+ V+ Rf (10k) Rf (10k) RL AMP 1 Ｃ3 8 Output 3 Phase Detector 6 C4 4 C5 Quadrature Phase Detector Current Controlled Oscillater Input R1 C1 C5 NJM567 RL AMP 1 8 Output VREF 2 C2 3 C4 C5 4 AMP 7 Phase Detector Quadrature Phase Detector NJM567 4 AMP 6 Current Controlled Oscillater R1 5 C1 Output 7 Phase Detector Quadrature Phase Detector NJM567 Rf (10k) RA (200-1k) 3 C4 5 V+ Input 2 C2 Input 8 VREF 7 AMP C2 AMP 1 RA (200-1k) VREF 2 RL 6 Current Controlled Oscillater R1 5 C1 10 / 10 NJM567 ・チャタリング (chattering） チャタリングとは、OFF→ON または ON→OFF へ移行する際、単純に変化するのではなく、ON/OFF を何回か 繰り返してから安定する現象のことです。 数μS∼数mS ON OFF 【NJM567 での発生システム】 ※ＶＲＥＦ電圧 NJM567 は設定された帯域の入力信号で出力トランジスタをＯＮしますが、フリーラン状態(OFF)の場合は、ＩＣ 内部 Vref で、過渡現象及びＡＣ成分が、スレッシホールドにかかりチャタリングの原因となります。 ＩＣ内部回路のＣＣＯ(電流制御発振器)回路において、Ｖ＋が低い場合や低温時に動作電流が低下することで、Vref に不安定要素として乗り易くなります。 ※出力トランジスタの漏れ電流 V+ 出力トランジスタの漏れ電流により、Low(ロック状態)→High (フリーラン状態)時に ON/OFF 動作(チャタリング)が発生する 場合があります。 R ＩＣ内部の出力回路は、出力トランジスタＱ２のベース電圧にて ON/OFF を行います。Ｑ１のエミッタ電圧が降下中に一時、Ｑ２ が OFF し、その際、Ｑ２のコレクタ−ベース間の漏れ電流が大き Q1 い場合に、再度Ｑ２が ON するという動作をＱ１のエミッタ電圧 Output が収束する過程で何度か繰り返し、これがチャタリングとして 8Pin 見られる症状となります。そのため、8Pin 出力を抵抗で介す際の Q2 Ｖ＋を下げることでチャタリングを低減することが可能となります。 R 【チャタリング低減する方法】 1).動作電圧範囲内で、8Pin 出力を抵抗で介す際のＶ＋を下げる。 (V＋=6V 以下） 2).出力(8Pin)を入力(1Pin)に帰還をかけて利得制限する。 (チャタリング防止回路例参照。) 注：フィードバック時定数は動作速度を妨げない様に設定します。 3).電源ラインの接地容量にて電源インピーダンスを下げる。 (過渡現象及びＡＣ成分の低減) IC内部回路 ＜注意事項＞ この資料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。