日本語参考資料 最新英語アプリケーション・ノートはこちら AN-1154 アプリケーション・ノート ADF4157 および ADF4158 の PLL の位相ノイズとスプリアス性能の コンスタント・ネガティブ・ブリード使用による最適化 著者: Robert Brennan および Dawid Powazynski はじめに コ ンス タント・ ネガ ティブ・ ブリ ード電流 を使 用すると 、 ADF4157 および ADF4158 の位相ノイズ (PN)と整数境界スプリ アス (IBS) 性能を改善することができます。 最大の改善は、位 相周波数検出器 (PFD)の周波数の整数倍周波数またはその付近 で得られます。効果は 60 kHz 以上のループ帯域幅で顕著に現れ ますが、すべての PLL ループ帯域幅に対してコンスタント・ネ ガティブ・ブリードを使用すことが推奨されます。 コンスタント・ネガティブ・ブリード電流は、チャージ・ポン プに固定オフセットを加算することにより機能します (PLL ル ープでは位相オフセットと等価)。これは、原点付近の非直線領 域 (チャージ・ポンプ・デッド・ゾーンと呼ばれることもありま す)から遠ざけることによりチャージ・ポンプを直線化する効果 を持ちます。 図 1 に、この現象を説明します。 ADF4157 と ADF4158 のコンスタント・ネガティブ・ブリード は、レジスタ 4 のビット DB[24:23]に 0b11 を設定すると使用可 能になります。 位相ノイズとスプリアスに対するブリード電流の 効果 コンスタント・ネガティブ・ブリードを使用すると、チャー ジ・ポンプ電流(ICP)の一定範囲でのみ位相ノイズと整数境界ス プリアスが改善されます。ICP 値によっては、位相ノイズとスプ リアスの性能が低下することもあります。この現象を、12.5 MHz と 25 MHz の 2 つの PFD 周波数に対して測定しました。各 PFD 周波数は、2 つの隣接整数チャンネルの近くでテストしま した。各 PFD 周波数に対するループ・フィルタ構成は、アペン ディックスに示します。 測定値の記録方法 dQ 測定値は、EV-ADF4157SD1Z 評価用ボードで記録しました。 ル ープ・フィルタは、各 PFD 周波数に対して調整しました。 DEAD ZONE 1. 2. 3. 4. dp BLEED CURRENT PUSHES THE CHARGE PUMP OUT OF DEAD ZONE 5. 6. 10729-001 7. 図 1.ブリード電流のチャージ・ポンプへの効果 8. 9. この固定電流オフセットなしでは、シグマ・デルタ量子化 (dQ) ノイズが帯域内に折り返されるため、大きなノイズまたはスプ リアスが発生します。シグマ・デルタ・ノイズの帯域内への折 り返しは、ADF4157 や ADF4158 で使用されているような高分 解能シグマ・デルタ変調器で (モジュラス値が大きい場合)のみ 発生します。これらのデバイスでは、最適な位相ノイズとスプ リアス性能を実現するためにコンスタント・ネガティブ・ブリ ード電流を使用する必要があります。この電流は、モジュラス 値が小さい非整数型 N PLL または整数型 N PLL に対しては不要 です。 25 MHz の PFD 周波数を使って、ループを 5800.001 MHz に ロックしました。 チャージ・ポンプ電流を最小値 (0.31 mA)に設定しました。 ネガティブ・ブリードをディスエーブルしました。 5 kHz オフセットでの位相ノイズと、1 kHz での整数境界ス プリアスを記録しました。 ネガティブ・ブリードをイネーブルしました。 5 kHz オフセットでの位相ノイズと、1 kHz での整数境界ス プリアスを記録しました。 5 mA までの各チャージ・ポンプ電流設定に対してステップ 3～ステップ 6 を繰り返しました。 ループを 5825.001 MHz にロックして、ステップ 2 ～ステ ップ 7 を繰り返しました。 12.5 MHz の PFD 周波数に対してループ・フィルタを変更 し、12.5 MHz の PFD 周波数を使ってループを 5800.001 MHz にロックしました。ステップ 2～ステップ 8 を繰り返 しました。 アナログ・デバイセズ社は、提供する情報が正確で信頼できるものであることを期していますが、その情報の利用に関して、あるいは利用によって 生じる第三者の特許やその他の権利の侵害に関して一切の責任を負いません。また、アナログ・デバイセズ社の特許または特許の権利の使用を明示 的または暗示的に許諾するものでもありません。仕様は、予告なく変更される場合があります。本紙記載の商標および登録商標は、それぞれの所有 者の財産です。※日本語版資料は REVISION が古い場合があります。最新の内容については、英語版をご参照ください。 Rev. 0 ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 本 社／〒105-6891 東京都港区海岸 1-16-1 ニューピア竹芝サウスタワービル 電話 03（5402）8200 大阪営業所／〒532-0003 大阪府大阪市淀川区宮原 3-5-36 新大阪トラストタワー 電話 06（6350）6868 AN-1154 アプリケーション・ノート 目次 はじめに ............................................................................................. 1 結果 ..................................................................................................... 3 位相ノイズとスプリアスに対するブリード電流の効果 .............. 1 結果の解析 ......................................................................................... 4 測定値の記録方法 ............................................................................. 1 結論 ..................................................................................................... 4 改訂履歴 ............................................................................................. 2 アペンディックス ............................................................................. 5 改訂履歴 5/12—Revision 0: Initial Version Rev. 0 － 2/5 － AN-1154 アプリケーション・ノート 結果 PFD 周波数 = 25 MHz PFD 周波数 = 12.5 MHz 出力周波数 = 5800.001 MHz 出力周波数 = 5800.001 MHz 0 0 RFOUT = 5800.001MHz; PFD = 12.5MHz –20 –20 –30 –40 PN AT 5kHz; BLEED OFF IBS; BLEED OFF PN AT 5kHz; BLEED ON IBS; BLEED ON –50 –60 –30 –40 –50 –70 –70 –80 –80 –90 0.31 1.31 2.31 3.31 4.31 CHARGE PUMP CURRENT (mA) PN AT 5kHz; BLEED OFF IBS; BLEED OFF PN AT 5kHz; BLEED ON IBS; BLEED ON –60 –90 0.31 3.31 4.31 図 4.5800.001 MHz での位相ノイズおよび IBS PFD 周波数 = 12.5 MHz 出力周波数 = 5825.001 MHz 出力周波数 = 5825.001 MHz 0 0 RFOUT = 5825.001MHz; PFD = 12.5MHz –10 –20 –20 PN (dBc/Hz); IBS (dBc) –10 –30 –40 PN AT 5kHz; BLEED OFF IBS; BLEED OFF PN AT 5kHz; BLEED ON IBS; BLEED ON –50 –60 –30 –40 –50 –70 –70 –80 –80 1.31 2.31 3.31 4.31 CHARGE PUMP CURRENT (mA) –90 0.31 10729-003 –90 0.31 PN AT 5kHz; BLEED OFF IBS; BLEED OFF PN AT 5kHz; BLEED ON IBS; BLEED ON –60 1.31 2.31 3.31 4.31 CHARGE PUMP CURRENT (mA) 図 5.5,825.001 MHz での位相ノイズおよび IBS PFD 周波数 = 12.5 MHz 図 3.5,825.001 MHz での位相ノイズおよび IBS PFD 周波数 = 25 MHz － 3/5 － 10729-005 RFOUT = 5825.001MHz; PFD = 25MHz PN (dBc/Hz); IBS (dBc) 2.31 CHARGE PUMP CURRENT (mA) 図 2.5800.001 MHz での位相ノイズおよび IBS PFD 周波数 = 25 MHz Rev. 0 1.31 10729-004 PN (dBc/Hz); IBS (dBc) –10 10729-002 PN (dBc/Hz); IBS (dBc) RFOUT = 5800.001MHz; PFD = 25MHz –10 AN-1154 アプリケーション・ノート 結果の解析 結論 図 2 から、25 MHz の PFD 周波数の場合、3.13～3.75 のチャー ジ・ポンプ電流の使用が、最適 PN と IBS に対する最適オプショ ンであることが分かります。 これは、3.13～3.75 の値が両周波数 に対して最適であることを示している図 3 と矛盾しません。 PFD 周波数によっては、特定のチャージ・ポンプ電流でネガテ ィブ・ブリードを使うと、整数境界スプリアスと位相ノイズが 改善されることがあります。 別の PFD 周波数では、ネガティブ・ブリードを使っても位相ノ イズの改善は得られませんが、整数境界スプリアスを大幅に改 善することができます。この場合、最適整数境界スプリアスと 最適位相ノイズとの間のトレードオフは、アプリケーションに 依存します。 図 4 と図 5 から、12.5 MHz の PFD 周波数の場合、PN を改善す るチャージ・ポンプ電流値はありませんが、4.06 以上のチャー ジ・ポンプ電流を使用すると、PN の大きな性能低下なしに、 IBS の大幅な改善が得られることが分かります。 最適チャージ・ポンプ電流を見つけるためには、特定のアプリ ケーションの PFD 周波数でこのアプリケーション・ノートの測 定を繰り返す必要があります。 Rev. 0 － 4/5 － AN-1154 アプリケーション・ノート アペンディックス 表 1.コンスタント・ネガティブ・ブリード対チャージ・ポンプ 電流スケーリング CP Current (mA) Bleed (µA) % Bleed 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0.3125 0.625 0.9375 1.25 1.5625 1.875 2.1875 2.5 2.8125 3.125 3.4375 3.75 4.0625 4.375 4.6875 5.00 100 200 200 300 600 700 700 800 100 200 200 300 600 700 700 700 32 32 21 24 38 37 32 32 4 6 6 8 15 16 15 14 ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Rev. 0 ループ・フィルタ PFD 周波数 = 25 MHz でのループ・フィルタ構成 チャージ・ポンプ 電流 = 2.5 mA。 ループ帯域幅 位相マージン C1 R1 C2 R2 C3 107 kHz 45° 560 pF 680 Ω 6.8 nF 1.2 kΩ 220 pF PFD 周波数 = 12.5 MHz でのループ・フィルタ構成 チャージ・ポンプ 電流 = 2.5 mA。 ループ帯域幅 101 kHz 位相マージン 47° C1 220 pF R1 1.2 kΩ C2 3.3 nF R2 2.7 kΩ C3 100 pF 商標および登録商標は、それぞれの所有者の財産です。 － 5/5 －