トランジスタ技術 2017年1月号

キーフレーズ

-3 -2 -4 Raspberry Pi MHz USB -1 出力 LED FPGA FFW ASB 電流 周波数 電圧 http:// 基板 BSB コネクタ 信号 2017 BBW MAXIO 000 入力 フィルタ 電源 100 UUW 12V 技術 MOSFET モジュール ASU スイッチ ソフトウェア 使用 スマート キット BSU 200 受信 500 GND co.jp コンバータ 回路 接続 タイプ 制御 ポード 動作 セット 無線モジュール 可能 データ 変換 最大 MAX B-2 PFC www ASF ラズベリー アナログ 54mm AAW 800 アンテナ 設定 24V SUN 電力 対応 PWM ラジオ 機能 ASP マイコン 電波 ディジタル BSF LLC ビッチ 無線 アンプ MSB 必要 周波数特性 SK2 表示 .com 品番 できる アナログ回路

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4 ーっこっ 4 ・ LO ( 0 冂 / 8 冖 W8 巴ーミ区エー k ハ 〇イエ八く区ーて↑〇凵 た 石 の 的 〔巴ミて」 妨害波 2 石ーた 内部 LO 周波数左 0 の フィードスルー 外部から人力 している 2 左 0 2 一石 不要な信号 不要な信号 ( 一 ) ( イ 1 ) ( たイ 1 ) 周波数 [Hz] 図 10 3 次ひずみがあるとニつの周波数が入力されたときに不 要な信号が発生しやすい 入力にフィルタを入れない場合 , いろんな周波数の信号が入ってくるの で , 3 次ひずみ特性が良いデバイスを使いたい 80 70 60 ー 40 ℃ 人力 2 次インター っ 50 セプト・ポイント 0 チャネル ( 破線 ) し 25 ℃ ー 40 ℃ 十 25 ℃ 十 85 ℃ 30 20 400M 800M 1 .2G 1 .6G 2. OG 内部 LO 周波数な 0 [Hz) 図 9 直交変調器 ADL5387 のローカル入力→べースパンド出力 へのもれ ( フィードスルー ) 特性 理想的には漏れないはずの信号の漏れなので小さいほど良い . 誤差の原 因になる ー 40 ℃ 25 ℃ / チャネル ( 実線 ) 十 85 ℃ 号 の 的 冖 W8P 〕ミイ」 2 石 不要な信号 3 / 1 不要な信号 入力 3 次インターセプト・ポイント ( / チャネルと 0 チャネル両方とも ) 周波数 CHz] 図 11 2 次ひずみがあると高調波が発生する 400M 800M 1 .2G 2 倍の周波数が遠く離れた周波数になる高周波では 2 次ひずみをあまり 入力周波数 [MHz] 気にしない . 周波数が限られた範囲に収まるべースパンドでは直接影響 図 12 直交変調器 ADL5387 のひずみ特性 する この特性が実際にどのくらいのひずみを発生するのかは , 信号レベルが 決まらないとわからないので , レベル・チャートを使って検討する必要 直交位相誤差が 1 GHz 以下で 1 。以内を達成 ( 図 5 ) して がある いて , 〃 Q ゲイン誤差は図 6 のように 0.1dB 程度 ( 1 % ) に収まっています . 補正なしでも実用になります . ンジの低下や混信などを引き起こします . 周波数帯域も十分に広く , RF 帯域は図 7 のように 高周波を扱う回路で気にするひずみ特性は , 3 次ひ 50 M ~ 2 GHz, べースパンド帯域も図 8 に示すように ずみ特性と 2 次ひずみ特性の二つです . 受信機では , 18 MHz 程度あります . つまり , 最大 1 開 MHz の変 その理由 もつばら 3 次ひずみ特性が問題視されます . 調帯域幅を扱える IC です . は , 図 IO に示すように , 目的の信号に近い周波数 DC オフセットの要因フィードスルーも小さい fl に妨害波があったとき , 3 次ひずみ成分は二つの周 今回の場合 , このミキサで直接 DC ~ 15MHz への 波数近傍のスプリアスとして現れるからです . 周波数 べースパンド信号へ変換しているので , DC オフセッ が近いとフィルタで取り除くことが困難なので , 妨害 ト誤差も重要な性能になります . DC オフセット誤差 波の影響を大きく受けます . の原因は , ミキサのローカル入力からべースパンド出 それに対して 2 次ひずみは , 図 1 1 のように , 目的 力への高周波信号の漏れ ( フィードスルーという ) です . の信号の 2 倍の周波数への影響が支配的です . 3 次ひ この特性についても , 図 9 のように全帯域でほば ずみは RF 回路での妨害問題になるのに対して , 2 次 ー 40 dB を得られていて優秀です . ひすみはべースパンド信号への影響が問題になります . 直交復調器ではどちらも重要です . ・振幅の大きな信号を扱うのでひずみ特性も重要 ADL5387 のひずみ特性を図 12 に示します . 広帯域 直交復調器はロー・ノイズ・アンプで増幅された大 にわたって優れた特性を示しています . ただし , この き目の信号が入力されるため , ひずみ特性が重要にな データシートの値が実際にシステム上でどの程度のス ります . ひずみ特性が悪いと , デバイス内部で不要な プリアスになるのかは , 入出力の信号レベルを計算し 周波数成分 ( スプリアス ) が発生し , ダイナミック・レ てみなければわかりません . ノイズを検討するレベ ンシスタ技術 2017 年 1 月号 十 85 ℃ 0 2 ℃ G 1 .6G 64

電波解読マシン Pi ラジオの製作 特集 ・ A ー D 変換時の折り返しを防ぐローバス・フィルタ ル・チャートを作るときに , 同時にひずみ特性につい べースパンド・アンプの入力は後段の A ー D コンバ ても検討します (Appendix1 参照 ). ータのアンチェイリアシング LPF です . カ C2 段 , カ ローバス・フィルタと ットオフ 15 MHz の差動 4 次フィルタです . A ー D コンバータ用パッファ ・ A ー D コンバータを駆動する広帯域の差動アンプ℃ ・直交変調器から A ー D コンバータへは差動で伝送 / 差動アンプ ADA4940 は小信号時の帯域幅 260MHz ADL5387 のべースパンド出力は差動になっていま で , ゲイン 10 倍 ( 20dB ) を得ています . この OP アン す . 後段の A ー D コンバータ AD9218 のアナログ入力 プはひずみ特性にも大変優れ , 出力 2Vp ー p で 3 次ひず も差動であるため , べースパンド・フィルタとべース みの / MD3 が一 98 dBc(2MHz) です . バンド・アンプは全て差動回路とします . 差動回路の 利点は以下になります . ミキサ用の局部発振周波数を作る ワンチップ PLL シンセサイザ ( 1 ) 外来ノイズに強い , 一般的に , 差動回路にする だけで , コモン・モード・ノイズ除去比が 20dB ・ 35M ~ 4GHz の広い範囲をワンチップで生成 程度得られます . RF 関係 IC のなかで , 一番進化を遂げているのが ( 2 ) シングル・エンドに比べて信号振幅が半分にな PLL シンセサイザ IC です . るので , 2 次ひずみ , 3 次ひずみが両方とも改善 直交復調器の ADL5387 は分周によって位相差 90 。 します を得ているため , 入力するローカル ( LO ) 信号周波数 ( 3 ) 波形ひずみが正負で対称になり , 2 次ひずみが には実際にミキシングされる周波数の倍 , 18 M ~ 改善します 4GHz が要求されます . ④ノイズを撒き散らさない 今回選択した ADF4351 ( アナログ・デバイセズ ) は , 差動伝送は電磁界を相殺するため , ノイズをほ 電圧制御発振器 VCO (VoItage ControIIed OsiIIator) を とんど放出しません 内蔵したシンセサイザで , 35M ~ 4.4GHz を出力でき ます . kHz オーダ以下の細かい周波数設定が可能なフラク 矼ん co ゆ DVDD SDVDD ん D MUXOUT SW LD CPOUT マルチプレクサ 10 ビット 分周器 R カウンタ x 2 てい倍器 データ・ レジスタ REFIN ロック 高速ロック・ スイッチ 検出 CLK DATA LE ファンクション・ ラッチ チャージ・ ポンプ 位相 比較器 / ルル E TEMP RFOUTA 十 RF01JTA 十 PDBRF RF01JTB 十 RFOUTB— VCO コア 電圧制御発振器 + 1 / 2 / 4 / 8 / 1 6 / 32 / 64 フラク フラク 整数分 ショナルショナル・ 周係数 分周係数モジュラス値 3 次 フラクショナル・ インターポレータ 出力段 段 カ 出 十 十 カウンタ マルチプレクサ CPGND SDGND AGNDVCO DGND CE AGND 図 13 PLL シンセサイザ ADF4351 の内部プロック 2.2G ~ 4.4GHz を出力できる VCO , 位相雑音をあまり増やさずに細かな周波数ステップを作れる PLL 回路と , 低い周波数を作るための分周器が組み 込まれている スタ技術 2017 年 1 月号 65

—90 ー 1 OO 工ー 1 20 つ一 1 30 ー 1 40 ー 1 50 ー 1 60 ー 1 70 タイミング 分周なし ENCODE A AINA AINA REFINA REFouT REFINB AINB AINB ENCODE B ロ路 A- D 出力 変換 10 レジスタ 基準 電圧 1 D9AæDoA 1 0 USER SELECT NO. 1 トラック & USER ホールド・ SELECT NO. 2 アンプ DATA FORMAT/ GAIN A-D 出力 D9B-vDoB 変換 レジスタ 一分周 2 1 一分周 4 1 一分周 8 1 ー一分周 1 6 ー一分周 分周 64 1 0k 100k オフセット周波数 CHz] 図 14 PLL シンセサイザ ADF4351 の位相雑音特性 分周なし ( 2.2 G ~ 4.4 GHz) でも一 100 dBc, + 64 の分周 ( 35 M ~ 70MHz ) では一 140dBc と優秀な特性が得られる 32 1 1 0 タイミング 回路 1 OM ん GND VDD 図 15 A - D コンバータ AD9218 の内部プロック / / Q の両方を同時サンプリングしたいので 2 回路入りを選ぶ . 周波数ラ ンクや互換品が多いことから選んだ 帯域幅や感度を決める A - D コンバータ ョンがあるデバイスを選ぶ A ー D コンバータもソフトウェア無線機のキー・パ ーツです . 帯域幅や感度に影響するので , どんな信号 を扱える無線機になるのか , コンセプトや性格のよう なものを決定付けてしまいます . 今回は以下の部分に着目して , アナログ・デバイセ ズ社の AD9218 を選定しました . ( 1 ) 流通量が多くて安定に入手できる ・代替品が存在する ( MAX1180 など ) ・廉価版などバリエーションが存在する ( AD9288 ) ( 2 ) サンプリング・レートは最高 100 MHz まで選 択できて安価な 40MHz 品もラインナップがある ( 3 ) 〃 Q 復調なので 2 チャネル同時サンプリングが 必要 ( 4 ) 分解能は 10 ビット以上欲しい ⑤安価 ( 2 , 08 円以下 ) AD9218 の機能プロックを図 15 に示します . 2 チャ ネルの差動入力で , 10 ビットのパラレル出力が 2 系統 あります . サンプリング・レートは 40 M ~ 105 Msps の間に 4 品種ありますが , 今回は 50 MHz クロックで動作する 65Msps 品を採用しました . 出力フォーマットは , オフセット・バイナリ , 2 の 補数のどちらかが選べます . 後の FPGA での信号処 理を考慮して , 2 の補数に設定します . ショナルル分周器を採用 , 基準クロックになる温度補 償型水晶発振器 (Temperature Compensated crystal Oscillator, TCXO) とわずかな外付け C だけで広帯 域のシンセサイザになる大変便利な IC です . 内部プ ・代替品がありサンプリング・レートにバリエーシ ロックを図 13 に示します . 部品単価も 2 , 000 円以下で す . 内蔵 VCO の発振周波数範囲は 22 G ~ 4.4GHz です . 3 つの VCO で構成されており , 16 バンドを切り替え る構造になっています . ディスクリート構造でこのよ うな広帯域の VCO を作る事は困難だったので , これ はモノリシックだからこそ可能になった性能です . 2200MHZ 以下は分周によって得ます . 最大でレ 64 できるので , 最低出力周波数は 35MHz となります . 分周出力であるため , 出力波形は矩形波です . したが って奇数次高調波を多く含むため , そこに注意して使 用する必要があります . ・位相雑音も良好 受信機用のクロックとして重要な位相雑音 ( c / つも 良好です . C / ルが悪いとシステム全体の S / ルが悪化し , 感度 や信号品質が悪くなります . ADF4351 は図 14 に示す 22 GHz でも 10 kHz オフセットで一 100 dBc 以下が得られています . 分周した周波数では最高で ー 140 dBc の C / Ⅳが得られます . ・ SPI インターフェースで出力周波数を設定 この IC の機能を全て理解して使いこなすのは , な かなか大変です . 設定は SPI で行いますが , 32 ビット・ レジスタを 6 個も設定する必要があります . とりあえず周波数の設定方法はコラムで解説します . 66 ンタ技術 2017 年 1 月号