日本語参考資料 最新版英語回路ノートはこちら 回路ノート CN-0360 使用したリファレンス・デバイス テスト済み回路設計集“Circuits from the Lab™ ”は 共通の設計課題を対象とし、迅速で容易なシステ ム統合のために製作されました。さらに詳しい情 報又は支援は http://www.analog.com/jp/CN0360 を ご覧ください。 ADF4351 広帯域シンセサイザ、VCO 内蔵 ADL5801 アクティブ・ミキサー、10MHz～ 6GHz、高 IP3 AD8368 可変ゲイン・アンプ、800MHｚ、デ シベル・リニア、AGC 検出器内蔵 ADL5902 パワー検出器、50 MHz～9 GHz、 65dB、TruPwr™ 35MHz～4.4GHz、90dB のダイナミック・レンジを持つ 周波数選択性 RMS 応答 RF 検出器 評価および設計サポート環境 回路の機能とその利点 回路評価ボード この回路は、35MHz から 4.4GHz まで、90dB の検出範囲を持 つ周波数選択性無線周波数（RF）検出器です。周波数スペク トル内の信号識別を行わない標準的な検出器と異なり、この 回路は狭い周波数帯域に焦点を当てることができるので、指 定された範囲内での性能が向上します。この検出器は RMS 応 答回路で、温度や周波数が変化しても安定しているため、周 波数精度の高い選択性の RF パワー測定が求められるアプリ ケーションにとって魅力的なソリューションです。また、不 要な妨害波に対する高い耐性も備えています。図 1 に簡略化 した回路図を示します。 ADF4351 評価用ボード（EVAL-ADF4351EB1Z） ADL5801 評価用ボード（ADL5801-EVALZ） AD8368 評価用ボード（AD8368-EVALZ） ADL5902 評価用ボード（ADL5902-EVALZ） EPCOS B5249 SAW フィルタ評価ボードまたは同等品 （客先支給品） 設計と統合ファイル 回路図、レイアウト・ファイル、部品表 5V L2 50Ω C5 1nF RFOUTA+ L3 C4 50Ω 1nF RFOUTA– LO INPUT Mini-Circuits TCM1-63AX+ 1:1 C8 1nF 5V RFIP LOIP AD8368 C9 1nF RFIN Mini-Circuits IFOP TC4-1W+ IFOP 4:1 5V LOIN R3 MODE 215Ω L1 CIN 10nH 10nF VARIABLE GAIN AMPLIFIER 5V 5V ADL5902 EPCOS B5249 RMS DETECTOR SAW FILTER COUT 10nF LS2 56nH INPUT LS5 15nH C10 100pF VSET INHI INPT OUTPUT OUTP IFON GAIN CP1 18pF RP3 100Ω VSET DETO LP6 100nH RP4 180Ω INLO TADJ/ R3 VREF PWDN 60.4Ω WIDEBAND FREQUENCY SYNTHESIZER ADL5801 R9 R10 3.09kΩ 3.74kΩ R12 301Ω WIDEBAND ACTIVE MIXER VRMS R15 1.5kΩ VTGT 140MHz GND ADF4351 R1 3.83kΩ VOUT VTGT (BLACK) R11 2kΩ VREF (BLACK) 12410-001 RF INPUT 図 1. 周波数選択性 RF 検出器（簡略回路図：全接続の一部およびデカップリングは省略されています） 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、各社の所有に属します。※日本語資料は 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. A ©2016 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 CN-0360 回路ノート ERROR (dB) VOUT (V) 0.8 回路のダイナミック・レンジは、ADL5801 ミキサの VSET ピ ンを使用してミキサ・バイアス・レベルを最適化することに より、さらに拡大されています。通常、ADL5801 ミキサは 3.6V の VSET レベルで動作するため、ミキサ・バイアスが大 きくなり、それに呼応して IP3 の値も大きくなります。 Rev. A 2 0.6 1 0.5 0 0.4 –1 0.3 –2 –3 –5 15 5 –4 10 0 –10 –5 –15 –20 –25 –30 –35 –40 –45 –55 –80 –75 –60 0 –50 OUTPUT VOLTAGE, NO MIXER (CN0340) OUTPUT VOLTAGE, ADL5801 VSET = 2.0V OUTPUT VOLTAGE, ADL5801 VSET = DETO OUTPUT VOLTAGE, ADL5801 VSET = 3.6V 0.1 ダイナミック・レンジの改善 しかし、このように範囲を拡大すると、動作がフィルタのパ スバンド周波数範囲に制限されます。CN-0340 の回路を広帯 域周波数変換ネットワークと組み合わせることにより、複合 回路は周波数選択性を備えたものとなります。図 1 に示す回 路では、35MHz～4.4GHz の入力信号を SAW フィルタのパス バンド周波数である 140MHz に変換するために、ADL5801 ミ キサと ADF4351 周波数シンセサイザが組み合わされていま す。回路ノート CN-0239 は、この回路に使われている広帯域 ミキサと局部発振器のグルーレスなインターフェースについ て解説しています。 3 0.2 図 2. 周波数選択性 RF 検出器の伝達関数と温度の関係 この回路に使われている ADL5902 検出器は、もともと 50MHz から 9GHz まで 65dB の検出範囲を備えています。 また、AD8368 VGA は電力範囲の上限と下限を拡大します。 VGA と検出器の間に置かれた狭帯域 SAW フィルタは、VGA とミキサからのノイズを除去することによって、下限感度を 最大限に高めます。回路ノート CN-0340 には、このダイナミ ック・レンジ拡大のメカニズムが詳しく説明されています。 4 0.7 –65 PIN (dBm) ERROR CONFORMANCE, NO MIXER (CN0340) ERROR CONFORMANCE, ADL5801 VSET = 2.0V ERROR CONFORMANCE, VSET = DETO ERROR CONFORMANCE, ADL5801 VSET = 3.6V 0.9 12410-002 20 15 5 10 0 –5 –10 –15 –20 –25 –30 –35 –40 –6 –45 0 –50 –4 –55 0.2 –60 –2 –65 0.4 –70 0 5 1.0 2 0.6 –75 VOUT (V) 0.8 4 –70 ERROR, –40°C ERROR, +25°C ERROR, +85°C VOUT, –40°C VOUT, +25°C VOUT, +85°C 1.0 ERROR (dB) 6 1.2 PIN (dBm) 12410-003 検出器回路は、90dB の検出範囲と、周波数および温度の変化 に対する優れた安定性を実現するために、RMS 検出器、可変 ゲイン・アンプ（VGA）、SAW フィルタ、ミキサ、および周 波数シンセサイザを組み合わせて構成されています。入力電 力を 900MHz で掃引した時に得られる検出器回路の伝達関数 を図 2 に示します。キャリブレーション・ポイントを +13dBm、-50dBm、-65dB、-75dBm に設定した 4 ポイント・ キャリブレーションを使って、最適な直線性を達成すること ができます。2 ポイント・キャリブレーションを使うことも できますが、入力電力範囲全体の直線性が低下します。 しかし、この動作点はノイズ指数を低下させることになり、 入力感度が制限されます。2.0V の最小 VSET レベルでミキサ を動作させるとミキサのノイズ指数は改善されますが、結果 的に P1dB が損なわれ、ダイナミック・レンジの上端が制限 されます。ミキサの適応型バイアス・メカニズムは、高低両 側の電力レベルにおける回路の検出範囲を最適化するために 使われます。VSET ピンを、ミキサの内部電力検出器に配線 されている DETO ピンに接続することにより、デバイスのバ イアス・レベルは、信号の状態に基づく適応型の設定となり ます。この機能は、RF 信号が大きい場合はミキサの高い直線 性と圧縮を実現し、RF 信号が小さい場合は低ノイズ指数を実 現することを可能にします。この機能を実装すれば、低入力 電力レベルにおけるアプリケーション感度の改善と、高入力 電力レベルにおけるダイナミック・レンジの維持を実現する ことができます。さまざまなミキサ・バイアス・レベルにお ける検出器の伝達関数を図 3 に示します。 20 回路説明 図 3. さまざまなバイアス・レベルにおける ADL5801 ミキサの性能比較 温度安定性 電力スペクトル内での RF 入力電力に対する検出器の温度安 定性を図 2 に示します。温度に対する精度は、システムに生 じる温度ドリフトを考慮するための ADL5902 RMS 検出器の 温度補正機能を使用して確保されます。VGA とミキサのゲイ ンの温度変動は、回路の全体的ドリフト性能を 1 対 1 で低下 させます（つまり、ミキサのゲインが温度に対して 1dB ドリ フトすると、全体的な温度安定性も 1dB 低下します）。 AD8368 VGA の場合、そのデータシートの図 5 によれば、温 度に対するゲイン・ドリフトは約±0.7dB です。同様に、 ADL5801 のデータシートの図 3 によれば、温度に対するミキ サのドリフトは±0.5dB です。ADL5902 の TADJ ピンの電圧を 調整することによって、検出器、VGA、およびミキサの合計 温度ドリフトを補償することができます。TADJ 電圧を 0.6V にすると、あらゆる RF 入力周波数において最適な温度補償 を実現できることが実験によって分かりました。 －2/5 － CN-0360 回路ノート 1.2 周波数安定性 回路の周波数平坦性を図 4 と図 5 に示します。この回路は、 動作周波数範囲全体にわたって約 1dB の平坦性を示します。 ミキサは入力信号を 140MHz にダウンコンバートするので、 周波数平坦性は、ミキサによって生じるゲイン変動に支配さ れます。 1.0 VOUT (V) 1.2 0.6 0.4 1.0 35MHz 100MHz 500MHz 900MHz 2000MHz 3000MHz 4000MHz 4400MHz PIN (dBm) 0.4 20 12410-006 15 5 10 0 –5 –10 –15 –20 –25 –30 –35 –40 –45 –50 –55 –60 –65 0 –70 0.6 0.2 –75 0.8 VOUT (V) VOUT: NO BLOCKER VOUT: 0dBm BLOCKER AT 960MHz VOUT: +5dBm BLOCKER AT 960MHz VOUT: +10dBm BLOCKER AT 960MHz 0.8 図 6. 妨害波が 960MHz の時の 900MHz における 入力伝達関数と出力の関係 0.2 REFERENCE: 12.60dB 0 –65 –55 –45 –35 –25 –15 –5 5 15 PIN (dBm) FILTER EXHIBITS DEGRADED REJECTION 60MHz AWAY FROM THE PASS-BAND CENTER 12410-004 0 –75 図 4. 入力電力に対する周波数別の出力平坦性 αREL (dB) 25 6 4 50 0 75 PIN = –20dBm PIN = –10dBm PIN = 0dBm PIN = 10dBm –2 100 150 200 250 300 350 400 FREQUENCY (MHz) 12410-007 ERROR (dB) 2 図 7. EPCOS B5249 SAW フィルタの伝達関数 –4 10 100 1000 FREQUENCY (MHz) 12410-005 バリエーション回路 –6 図 5. 誤差の周波数特性（35MHz で校正後） 妨害波耐性 960MHz に不要な妨害波信号が存在する場合の、900MHz にお ける回路の性能を図 6 に示します。妨害波信号は搬送波信号 から 60MHz 離れた位置にしました。これは、その周波数にお いてフィルタのパスバンド除去性能が低下し（図 7 参照）、 回路にとって最も厳しいテスト条件となるためです。妨害波 信号は、-10dBm を超える妨害波入力レベルにおいて、回路の 下端感度を低下させますが、回路は、最大+5dBm の妨害波信 号に対して 65dB のダイナミック・レンジを維持します。 Rev. A 回路の周波数範囲は、ADF4351 周波数シンセサイザを、 ADF4155 や ADF4156 などのより広帯域のディスクリート・ フェーズロック・ループ（PLL）と外部 VCO に置き換えるこ とによって、6GHz に拡大できます。回路の中間周波数、フィ ルタ帯域幅、および挿入損失は、SAW フィルタを変更するこ とによって修正できます。フィルタの帯域幅と挿入損失が増 加するとノイズ・レベルも増加し、その結果としてシステム のダイナミック・レンジが低下します。ミキサ、VGA、およ びフィルタによる合計出力ノイズ・レベルは、RMS 検出器の 公称入力感度より 6dB～10dB 低くなければなりません。回路 のフロントエンド（ミキサ、VGA、フィルタ）の合計ノイズ の計算には、ADIsimRF™を使用することができます。回路の 出力電圧は、回路に AD7091 や AD7466 などの A/D コンバー タ（ADC）を組み合わせることによってデジタル化できま す。詳細については、回路ノート CN-0178 をご覧ください。 －3/5 － CN-0360 回路ノート スケールダウンするのに必要な抵抗分圧器は、ADL5902 評価 用ボードの R1（3.83kΩ）パッドと R15（1.5kΩ）パッドに表 面実装抵抗を配置することによって実装しました。140 MHz で回路の温度安定性を最適化する TADJ 電圧（2.3V のオンチ ップ電圧リファレンスから得られる）は、R9/R12 抵抗分圧器 により設定しました。TADJ 電圧を推奨値の 0.6 V レベルに設 定するには、R9 を 850kΩ に変更します（R12 は既存値の 301Ω に保ちます）。 回路の評価とテスト 回路は、ADL5902、AD8368、ADF4351、ADL5801 用の標準 評価ボード（それぞれ ADL5902-EVALZ、AD8368-EVALZ、 EVAL-ADF4351EB1Z、ADL5801-EVALZ）と、EPCOS B5249 SAW フィルタを組み込んだフィルタ評価ボードを使用して実 装しました。これらの評価ボードは全て 50Ω のインターフェ ースを備えているので、SMA 型バレルコネクタを使って直接 接続しました。ADL5902 検出器の出力から AD8368 のゲイン 制御入力への信号接続と、ADL5801 の適合型バイアス制御を 構成するための VSET ピンと CET0 ピンの接続には、テス ト・クリップを使用しました。ADL5902 検出器の出力電圧を 組み立てたアプリケーション回路を図 8 に、テスト・セット アップのブロック図を図 9 に示します。 AD8368-EVALZ ADL5801-EVALZ EPCOS B5249 EVALUATION BOARD EVAL-ADF4351EB1Z 12410-008 ADL5902-EVALZ 図 8. 組み立てたアプリケーション回路 SIGNAL GENERATOR ADL5801-EVALZ EVAL-ADF4351EB1Z RFOUTA+ AD8368-EVALZ LOIP OUTPUT RFOUTA– PC CONTROLLER VSUPPLY (VGA) OUTPUT (MIXER) (PLL w/ VCO) LOIN VPOS ADL5902-EVALZ AD8368 ADL5801 ADF4351 USB DETO VSET RFIN (FILTER) INPUT VPOS EPCOS B5249 GAIN_TP IN ADL5902 (DETECTOR) VOUT VPOS +5.0V MULTIMETER 12410-009 0.901V AGILENT E3631 POWER SUPPLY 図 9. 回路評価用テスト・セットアップ Rev. A －4/5 － CN-0360 回路ノート 必要な装置 さらに詳しい資料 回路の評価には以下の装置を使用します。 CN-0360 Design Support Package • CN-0239 Circuit Note：Broadband 6 GHz Active Mixer with a Glueless Local Oscillator Interface, Analog Devices. • • • • • USB ポート付きの Windows® XP、Windows Vista （32 ビ ット）、または Windows 7 （32 ビット）搭載 PC ADL5902-EVALZ、AD8368-EVALZ、EVALADF4351EB1Z、および ADL5801-EVALZ 評価ボード EPCOS B5249 評価ボード RF シグナル・ジェネレータ デジタル・マルチメータ 電源 入力信号を 140MHz の中間周波数にダウンコンバートするた めに必要な LO 周波数のプログラムには、ADF4351 制御ソフ トウェアを使用しました。さらに、回路の伝達関数と誤差適 合性を決定するため、回路の RMS 出力電圧を増加入力電力レ ベルの関数として測定しました。 妨害波信号に対する回路の耐性をテストするため、妨害波を エミュレートするシグナル・ジェネレータと、対象チャンネ ルをエミュレートするプライマリ・シグナル・ジェネレータ を組み合わせて回路を駆動しました。回路性能は、妨害波信 号のレベルを増加させた場合の応答で評価しています。 CN-0340 Circuit Note：検出レンジ 95 dB の真の RMS RF 検出 器 CN-0150 Circuit Note：Software Calibrated 1 MHz to 8 GHz 70 dB RF Power Measurement System, Analog Devices. CN-0178 Circuit Note：ソフトウェア・キャリブレーション方 式の 50MHz～9GHz RF 電力計測システム ADIsimRF Design Tool ADIsimPLL™ Design Tool UG-435 User Guide：Evaluation Board for the ADF4351 Fractional-N PLL Frequency Synthesizer. UG-476 User Guide：PLL Software Installation Guide. MT-031 Tutorial：Grounding Data Converters and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND”, Analog Devices. MT-086 Tutorial：Fundamentals of Phase Locked Loops (PLLs), Analog Devices. MT-101 Tutorial：Decoupling Techniques, Analog Devices. AN-30 Application Note：Ask the Application Engineer—PLL Synthesizers, Analog Devices. AN-1040 Application Note：RF Power Calibration Improves Performance of Wireless Transmitters, Analog Devices. データシートと評価ボード ADF4351 データシート／評価ボード ADL5801 データシート／評価ボード ADL5902 データシート／評価ボード AD8368 データシート／評価ボード EPCOS B5249 データシート／評価ボード 改訂履歴 10/14—Rev. 0 to Rev. A Change to Dynamic Range Enhancement Section.............................2 Changes to Figure 7 ..........................................................................3 9/14—Revision 0: 初版 「Circuits from the Lab／実用回路集」はアナログ・デバイセズ社製品専用に作られており、アナログ・デバイセズ社またはそのライセンスの供与者の知的所有物です。お客さまは 製品設計で「Circuits from the Lab／実用回路集 」を使用することはできますが、その回路例を利用もしくは適用したことにより、特許権またはその他の知的所有権のもとでの暗示 的許可、またはその他の方法でのライセンスを許諾するものではありません。アナログ・デバイセズ社の提供する情報は正確でかつ信頼できるものであることを期しています。し かし、「Circuits from the Lab／実用回路集 」は現状のまま、かつ商品性、非侵害性、特定目的との適合性の暗示的保証を含むがこれに限定されないいかなる種類の明示的、暗示 的、法的な保証なしで供給されるものであり、アナログ・デバイセズ社はその利用に関して、あるいは利用によって生じる第三者の特許権もしくはその他の権利の侵害に関して一 切の責任を負いません。アナログ・デバイセズ社はいつでも予告なく「Circuits from the Lab／実用回路集 」を変更する権利を留保しますが、それを行う義務はありません。 商標お よび登録商標は各社の所有に属します。 ©2016 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Rev. A 商標および登録商標は各社の所有に属します。 －5/5 －