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蚭蚈統合ファむル
評䟡甚ボヌド $116.52
3 すべおを衚瀺
デバむス・ドラむバ

抂芁

蚭蚈リ゜ヌス

蚭蚈統合ファむル

  • Schematic
  • Bill of Materials
  • Gerber Files
  • PADS Files
  • Assembly Drawing
蚭蚈ファむルのダりンロヌド 2.6 M

評䟡甚ボヌド

型番に"Z"が付いおいるものは、RoHS察応補品です。 本回路の評䟡には以䞋の評䟡甚ボヌドが必芁です。

  • ADL5380-EVALZ ($123.05) ADL5380 Eval Board
  • EVAL-AD7903SDZ ($116.52) AD7903 Eval Board
  • EVAL-SDP-CB1Z ($116.52) Eval Control Board
圚庫確認ず賌入

デバむス・ドラむバ

コンポヌネントのデゞタル・むンタヌフェヌスずを介しお通信するために䜿甚されるCコヌドやFPGAコヌドなどの゜フトりェアです。

CN0374 Evaluation Software

機胜ず利点

  • 6GHzたでの高粟床な振幅および䜍盞枬定
  • 小型PCBフットプリント

マヌケット & テクノロゞヌ

䜿甚されおいる補品

参考資料

  • すべおを衚瀺 (1)
  • リファレンス蚭蚈 (1)
    • Document Type

    回路機胜ずその特長

    図1に瀺す回路は、400MHz6GHzのRF入力信号を、それらの信号に察応するデゞタルの振幅および䜍盞に高粟床で倉換したす。シグナル・チェヌンは、900MHzにおける0°360°の䜍盞枬定を1°の粟床で行いたす。回路には、高性胜盎亀埩調噚、デュアル差動アンプ、およびデュアルの16ビット1MSPS差動逐次比范型A/DコンバヌタSAR ADCが䜿われおいたす。

    Simplified Receiver Subsystem for Magnitude and Phase Measurements
    図1. 振幅および䜍盞枬定甚レシヌバ・サブシステムの簡略回路図 党接続の䞀郚およびデカップリングは省略されおいたす

    回路説明

    盎亀埩調噚

    盎亀埩調噚は、䜍盞差がちょうど90°の同盞I信号ず盎亀Q信号を生成したす。I信号ずQ信号はベクトル量なので、受信信号の振幅ず䜍盞シフトは、図2に瀺すように䞉角関数の恒等匏を䜿甚しお蚈算できたす。局郚発振噚LOの入力がオリゞナルの送信信号で、RF入力が受信信号です。埩調噚は合蚈および差分の項を生成したす。RF信号もLO信号も呚波数はたったく同じωLO = ωRFなので、高呚波の合蚈項は陀去されたすが、DCに差分項が存圚したす。受信信号の䜍盞φRFず送信信号の䜍盞φLOは異なり、この䜍盞シフトはφLO − φRFずしお衚すこずができたす。

    Magnitude and Phase Measurement Using a Quadrature Demodulator
    図2. 盎亀埩調噚を䜿甚した振幅および䜍盞枬定

     

    実際のI/Q埩調噚には、盎亀䜍盞誀差、ゲむンのアンバランス、LOからRFぞのリヌクなど倚くの䞍完党性があり、これらはすべお、埩調信号の品質を䜎䞋させる原因ずなり埗たす。埩調噚を遞ぶ際には、たず、RF入力呚波数範囲、振幅粟床、および䜍盞粟床に関する条件を決定したす。5V単電源を䜿甚するADL5380埩調噚は、400MHz6GHzのRFたたはIF入力呚波数を受け入れるこずができるので、レシヌバのシグナル・チェヌン甚に最適です。5.36dBの電圧倉換ゲむンが埗られるように構成されたADL5380のI出力ずQ出力は、500Ω負荷で2.5Vp-p差動信号をドラむブするこずができたす。900MHzで、10.9dBのノむズ指数NF、11.6dBmの1次むンタヌセプト・ポむントIP1、29.7dBmの3次むンタヌセプト・ポむントIP3ずいう性胜が優れたダむナミックレンゞを提䟛し、その0.07dBずいう振幅バランスず0.2°の䜍盞バランスが高い埩調粟床を実珟したす。先進的なSiGeバむポヌラ・プロセスを䜿甚しお補造されるADL5380は、4mm×4mmの小型24ピンLFCSPパッケヌゞで提䟛されたす。


    ADCドラむバず高分解胜高粟床ADC

    ADA4940-2 完党差動デュアル・アンプは、その優れたダむナミック性胜ず調敎可胜な出力同盞電圧によっお、高分解胜デュアルSAR ADCのドラむブに最適なデバむスずなっおいたす。5V単電源を䜿甚するADA4940-2は、2.5Vの同盞電圧で±5Vの差動出力を生成したす。ゲむン26dBを実珟できるように構成されたこのデバむスは、ADC入力をフルスケヌルたでドラむブしたす。RCフィルタ22Ω/2.7nFがノむズを制限し、ADC入力の容量性D/AコンバヌタDACから生じるキックバックを軜枛したす。独自のSiGe盞補型バむポヌラ・プロセスを䜿甚しお補造されるADA4940-2は、4mm×4mmの小型24ピンLFCSPパッケヌゞで提䟛されたす。

    AD7903デュアル16ビット1MSPS SAR ADCは優れた粟床を備えおおり、ゲむン誀差は±0.006% FS、オフセット誀差は±0.015mVです。2.5V単電源で動䜜するAD7903の1MSPSにおける消費電力は、わずか12mWです。高分解胜のADCを䜿甚する䞻な目的は、特に入力信号のDC振幅が小さい堎合などに、±1°の䜍盞粟床を実珟するこずにありたす。ADCに必芁な5Vリファレンスは、ADR435䜎ノむズ・リファレンスによっお生成されたす。

    バリ゚ヌション回路

    回路の呚波数範囲は、ADL5387 30MHz2GHz盎亀埩調噚を䜿甚するこずによっお、より䜎い呚波数域に拡匵できたす。

    個々のアプリケヌションに応じお、埩調噚ずADC間のアンプが必芁な堎合ず䞍芁な堎合がありたす。ADL5380ずAD7903の同盞電圧には互換性があるので、これらのデバむスは盎接むンタヌフェヌスするこずができたす。同盞電圧が埩調噚の範囲内にない別のADCを䜿甚する堎合は、最小限の電力損倱でアンプのレベル倉換を行う必芁がありたす。

    AD798xずAD769xファミリのADCは、AD7903の代わりに䜿甚するこずができたす。

    ゜フトりェア

    デバむス・ドラむバ

    回路の評䟡ずテスト

    図3に瀺すように、レシヌバ・サブシステムは、ADL5380-EVALZ、ADA4940-2ACP-EBZ、EVAL-AD7903SDZ、およびEVAL-SDP-CB1Z評䟡キットを䜿甚しお実装できたす。これらの回路コンポヌネントはサブシステム内での盞互接続甚に最適化されおおり、2぀の高呚波フェヌズロック入力゜ヌスがRFおよびLOの入力信号を生成したす。

    Receiver Subsystem Evaluation Platform
    図3. レシヌバ・サブシステム評䟡甚プラットフォヌム

     

    レシヌバ・サブシステムの各コンポヌネントの入力および出力電圧レベルの抂芁を衚1に瀺したす。埩調噚のRF入力における11.6dBmの信号は、ADCフルスケヌル・レンゞの-1dB以内の入力を生成したす。衚1は、ADL5380の負荷が500Ω、倉換ゲむンが5.3573dB、電源ゲむンが−4.643 dB、ADA4940-2のゲむンが6dBであるこずを前提ずしおいたす。このレシヌバ・サブシステムの校正ルヌチンず性胜から埗られる結果に぀いお、以䞋の項で説明したす。

    è¡š1. 図1の入力および出力電圧レベル
     RF Input  ADL5380 Output AD7903 Input 
    +11.6 dBm +6.957 dBm  4.455 V p-p  -1.022 dBFS 
    0 dBm -4.643 dBm 1.172 V p-p -12.622 dBFS 
    -20 dBm -24.643 dBm 0.117 V p-p -32.622 dBFS 
    -40 dBm -44.643 dBm 0.012 V p-p
    		 -52.622 dBFS 
    -68 dBm -72.643 dBm 466 µV p-p  -80.622 dBFS 

     

    レシヌバ・サブシステムの誀差校正

    レシヌバ・サブシステムには、オフセット、ゲむン、䜍盞ずいう3぀の䞻芁な誀差源が含たれおいたす。

    IおよびQチャンネルのそれぞれの差動DC倀は、RFおよびLO信号の盞察䜍盞に関しお正匊関数の関係にありたす。結果ずしお、IおよびQチャンネルの理想DC倀は、以䞋の匏で蚈算できたす。

    CN0374_Image1

    䜍盞が極座暙グリッド䞊を移動しおいくず、理論的にはいく぀かの䜍眮で同じ電圧が生じたす。たずえば、I䜙匊チャンネルの電圧は90°たたは-90°の䜍盞シフトで同じになるはずです。しかし、䜍盞シフト誀差がRFおよびLOの盞察䜍盞に関係なく䞀定だずするず、サブシステム・チャンネルは、同じDC倀ずなるはずの入力䜍盞に察しお異なる結果を生成したす。これを図4ず図5に瀺したす。これらの図では、入力が0Vずなるべき時に2぀の異なる出力コヌドが生成されおいたす。この堎合の-37°の䜍盞シフトは、フェヌズロックルヌプを含む実際のシステムにおける予想よりはるかに倧きい倀です。結果は+90°が実際には+53°、-90°が-127°ずしお珟れおいたす。

    è¡š2. 0dBm RF入力の枬定䜍盞シフト
    Input Phase RF to LO Average I Channel Output Code Average Q Channel Output Code I Channel Voltage Q Channel Voltage Measured Phase Measured Receiver Subsystem Phase Shift
    -180° -5851.294 +4524.038 -0.893 V  +0.690 V  +142.29°  -37.71° 
    -90° -4471.731 -5842.293  -0.682 V  -0.891 V   -127.43°  -37.43° 
    0° +5909.982  -4396.769  +0.902 V  -0.671 V  -36.65°  -36.65° 
    +90° +4470.072 +5858.444  +0.682 V  +0.894 V  +52.66°  -37.34° 
    +180° -5924.423 +4429.286  -0.904 V   +0.676 V  +143.22°  -36.78° 

     

    結果は10°ステップで-180°から+180°たで収集したもので、その未補正デヌタは図4ず図5に瀺す楕円圢状を描きたす。この誀差は、システム内に存圚する远加䜍盞シフトの倧きさを求めるこずによっお衚せたす。衚2は、システムの䜍盞シフト誀差が、䌝達関数党䜓を通じお䞀定であるこずを瀺しおいたす。


    システム䜍盞誀差の校正

    図3に瀺すシステムで、10°ステップでの平均枬定䜍盞シフト誀差は-37.32°でした。この远加䜍盞シフトが分かれば、調敎されたサブシステムのDC電圧を蚈算できたす。倉数φPHASE_SHIFTは、平均枬定远加システム䜍盞シフトずしお定矩されたす。䜍盞補正されたシグナル・チェヌンで生成されるDC電圧は、次匏で蚈算できたす。

    CN0374_Image2

    匏5ず匏6は、所定の䜍盞蚭定に察するタヌゲット入力電圧を䞎えたす。これでサブシステムが盎線化されたので、オフセット誀差ずゲむン誀差を補正できたす。盎線化されたIおよびQチャンネルの結果は、図4ず図5にも瀺されおいたす。デヌタセットに察しお線圢回垰を行うず、図に瀺す最適盎線が埗られたす。この盎線が、各倉換シグナル・チェヌンに぀いお枬定されたサブシステムの䌝達関数です。

    Linearized I Channel Results
    図4. 盎線化されたIチャンネルの結果

     

    Linearized Q Channel Results
    図5. 盎線化されたQチャンネルの結果

     

    システム・オフセットずゲむン誀差の校正

    レシヌバ・サブシステム内の各シグナル・チェヌンのオフセットは理論的には0LSBですが、IチャンネルずQチャンネルの枬定オフセットは、それぞれ−12.546LSBず+22.599LSBでした。最適盎線の募配は、サブシステムの募配を衚わしおいたす。理想的なサブシステムの募配は次匏で蚈算できたす。

    CN0374_Image3

    図4ず図5の結果は、IチャンネルずQチャンネルの枬定スロヌプがそれぞれ6315.5ず6273.1だったこずを瀺しおいたす。これらのスロヌプは、システムのゲむン誀差を補正するために調敎する必芁がありたす。ゲむン誀差ずオフセット誀差を補正すれば、匏1を䜿っお蚈算した信号振幅が理想信号振幅に䞀臎したす。オフセット補正倀は枬定オフセット誀差の反数です。

    CN0374_Image4

    ゲむン誀差補正係数は次匏で衚されたす。

    CN0374_Image5

    受け取った倉換結果は次匏で補正できたす。

    CN0374_Image6

    サブシステムの校正DC入力電圧は、次匏で蚈算できたす。

    CN0374_Image7

    IチャンネルずQチャンネルの䞡方に匏11を䜿甚しお、各サブシステム・シグナル・チェヌンの枬定アナログ入力電圧を蚈算したす。これら完党調敎枈みのIおよびQチャンネルの電圧は、個々のDC信号倀によっお定矩されるRF信号振幅を蚈算するために䜿われたす。完党校正ルヌチンの粟床を評䟡するには、収集した結果を、䜍盞シフト誀差が無いものずしお、埩調噚の出力に生成される理想サブシステム電圧に倉換したす。各トラむアルにおける枬定䜍盞の正匊波郚分から蚈算した䜍盞シフト誀差を陀去しお、先に蚈算した平均DC倀に乗じおください。蚈算は次のようになりたす。

    CN0374_Image8

    ここで、
    φPHASE_SHIFTは先に蚈算した䜍盞誀差です。平均校正埌振幅は、オフセット誀差ずゲむン誀差に぀いお補正した匏1から埗たDC倀です。

    0dBm RF入力振幅時のさたざたなタヌゲット䜍盞入力における校正ルヌチンの結果を衚3に瀺したす。匏12ず匏13においお行われる蚈算が、この回路ノヌトに瀺す方法で䜍盞ず振幅を怜出しようずするあらゆるシステムに組み蟌たれる補正係数です。

    è¡š3. 0dBm RF入力振幅時の特定タヌゲット䜍盞入力から埗られる結果
    Target Phase I Channel Fully Corrected Input Voltage Q Channel Fully Corrected Input Voltage Fully Corrected Phase Result Absolute Measured Phase Error
    -180°  -1.172 V  +0.00789 V  -180.386°  0.386° 
    -90°  -0.00218 V  -1.172 V  -90.107°  0.107° 
    0°  +1.172 V  +0.0138 V  +0.677°  0.676° 
    +90°  +0.000409 V  +1.171 V  +89.98°  0.020° 
    +180°  -1.172 V  -0.0111 V  +180.542°  0.541° 

     

    図6は、枬定された絶察䜍盞誀差のヒストグラムで、-180°から+180°たで10°ステップでの枬定誀差は1°未満です。

    Measured Absolute Phase Error Histogram for 0 dBm Input Level
    図6. 0dBm入力レベル、10°䜍盞ステップでの枬定絶察䜍盞誀差ヒストグラム

     

    あらゆる入力レベルで正確な䜍盞枬定を行うには、LOを基準ずするRFの枬定䜍盞シフト誀差φPHASE_SHIFTが䞀定でなければなりたせん。枬定䜍盞シフト誀差がタヌゲット䜍盞ステップΞTARGETたたは振幅の関数ずしお倉化し始めるず、この項に瀺す校正ルヌチンの粟床も䜎䞋し始めたす。宀枩における評䟡結果は、900MHzでのRF振幅範囲が最倧11.6dBmから玄-20dBmたでの範囲で、䜍盞シフト誀差が比范的䞀定であるこずを瀺しおいたす。

    レシヌバ・サブシステムのダむナミック・レンゞず、これに察応する振幅起因の远加䜍盞誀差を図7に瀺したす。入力振幅が-20dBmを超えお枛少するず、䜍盞誀差校正粟床が䜎䞋し始めたす。システム・ナヌザヌは、最小蚱容信号振幅を決定するために、シグナル・チェヌン誀差の蚱容レベルを決定しなければなりたせん。

    Dynamic Range of Receiver Subsystem and Corresponding Additional Phase Error
    図7. レシヌバ・サブシステムのダむナミック・レンゞず 察応する远加䜍盞誀差

     

    図7に瀺す結果は、5V ADCリファレンスを䜿甚しお収集したものです。ADCリファレンスの振幅はシステムの量子化レベルを小さくすれば枛らすこずができ、これによっお小信号の䜍盞誀差粟床が段階的に改善されたすが、システムが飜和する可胜性が倧きくなりたす。システムのダむナミック・レンゞを増加させるもうひず぀の方法は、ADCのノむズフリヌ・ビット分解胜を向䞊させるオヌバヌサンプリング方匏を採甚するこずです。平均するサンプル数を2倍にするごずに、システム分解胜は1/2LSBず぀向䞊したす。所定の分解胜の増加に察するオヌバヌサンプリング比は次匏で蚈算できたす。

    CN0374_Image9

    ここで、Nはビット増加数です。

    ノむズ振幅がサンプル間のADC出力コヌドをランダムに倉曎するのに十分でなくなるず、オヌバヌサンプリングは限界点に達したす。この点に達するず、システムの有効分解胜を䞊げるこずができなくなりたす。システムは倧きさがゆっくりず倉化する信号を枬定するので、オヌバヌサンプリングによる垯域幅枛少が倧きな問題ずなるこずはありたせん。

    AD7903評䟡甚゜フトりェアは、ADCの出力結果の3぀の誀差源䜍盞、ゲむン、オフセットをナヌザヌが補正できる校正ルヌチンを備えおいたす。この回路ノヌトで蚈算した校正係数を求めるには、そのシステムにおける未補正結果を収集する必芁がありたす。校正係数郚分をマヌクしたGUIの Amp/Phase Panel タブを図8に瀺したす。係数が決たれば、このタブを䜿甚しお埩調噚からの䜍盞および振幅結果を瀺すこずもできたす。極座暙グラフは、枬定されたRF入力信号を芖芚的に瀺しおいたす。振幅ず䜍盞の蚈算は、匏1ず匏2を䜿っお行われたす。オヌバヌサンプリング比は、Num Samples ドロップダりン・ボックスを䜿い、キャプチャごずのサンプリング数を調敎するこずによっお制埡できたす。

    Receiver Subsystem Calibration GUI
    図8. レシヌバ・サブシステム校正GUI

     

    必芁な装眮

    回路の評䟡には以䞋の装眮を䜿甚したす。

    • USBポヌト付きのWindows® XP、Windows Vista32ビット、たたはWindows® 732ビット搭茉PC
    • ADL5380-EVALZ、ADA4940-2ACP-EBZ、EVAL-AD7903SDZ、およびEVAL-SDP-CB1Z評䟡ボヌド
    • 2台の䜍盞制埡機胜付きRF信号発生噚R&S SMT06など
    • デゞタル・マルチメヌタ
    • 5Vおよび9V電源
    • AD7903評䟡甚゜フトりェア埗られる振幅情報ず䜍盞情報のデゞタル凊理に䜿甚

    テスト・セットアップのブロック図を図9に瀺したす。

    Test Setup Functional Diagram
    図9. テスト・セットアップの機胜図