CN0082: RFVGAのADL5331とログ検出器AD8319を用いて、コンスタント・エンベロープ信号を作る回路

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回路の説明

使用されている製品
    アプリケーション: 
  • 通信
  • 通信
設計支援用データ
デバイスドライバ
Software, such as C code and/or FPGA code, used to communicate with a component's digital interface.

回路機能とその利点

送信機の全体の性能は、有線であれ無線であれ、アンプの出力パワーに大きく依存します。もし信号が弱いと、ビット・エラー・レート(BER)または変調エラー・レート(MER)が低いSNRのため劣化します。信号が強すぎる場合は、同じ理由で歪が起きます。この回路では、ADL5331のVGA、AD8319パワー検出器と低消費のnanoDAC® を使って出力パワーを12ビット精度に制御します。AD8319は、VGAの温度範囲にわたるいかなるゲイン変動も補償して、非常に優れた温度安定性を備えています。結果として広い温度範囲にわたって高精度パワー制御を実現します。AD8319の制御入力のVSETと出力のVOUTはRF入力に関してvolt/dBのスケールで関連しており、AD5621 nanoDACは直線的な伝達関数を備えており、その結果として出力パワーの制御はDACの入力コードに対してリニア・デシベルの関係となります。

図1. AD8318とAD5621を組み合わせた自動ゲイン制御ループ内で動作するADL5331の動作回路 (この回路図は一部簡略化されている部分があります)

回路説明

可変ゲインアンプ(VGA)ADL5331は高精度のゲイン制御を提供します。しかしながら、自動ゲイン制御(AGC)ループで使うと、出力パワーのより高精度なレギュレーションが可能になります。図1に、AGCループ内でのADL5331の動作を示します。ログアンプ(AD8318)を追加すると、広い出力パワー制御範囲でAGCの温度安定性が改善されます。

AGCループ内でADL5331VGAを動作させるときは、出力RFのサンプルを検出器へ帰還する必要があります(通常方向性カプラーの使用と減衰量の追加をします)。検出器のVSET入力に、AD5621DACによって、セットポイント電圧を加え、ADL5331のGAINピンにVOUTを接続します。VOUTとRF入力信号との間の検出器のリニア・デシベルな関係に基づいて、検出器はGAINピン(検出器のVOUTピンは誤差アンプの出力となります)の電圧が、RF入力のレベルが加えられたセットポイント電圧に対応するまで調整します。ゲインは、検出器の入力信号レベルとセットポイント電圧との間で正しいバランスをもたらす値に整定します。

AD8319と組み合わせてAGCループ内でADL5331を動作させる基本接続を図1に示します。AD8319は、1MHz~10GHzの高精度復調ログアンプです。これは±0.5dBの温度安定性で45dBの検出範囲を提供します。ADL5331のゲイン(ゲイン制御)ピンは、AD8318のVOUTピンによって制御されます。ADL5331のGAIN入力でのオーバードライブ回復を避けるために、AD8319のVOUTとADL5331のGAINの間に電圧分圧器を置くことができます。これは、ループ全体のスピードに若干影響を起こすかもしれません。すなわちADL5331への入力パワーがストップしてしまいます。

23dBのカプラ/減衰を使って、VGAの最大出力パワー範囲をAD8319のリニア動作範囲(900 MHzで約-5 dBm)に一致させることができます。この例では、VGAの予測出力パワー範囲は-15dBm~+15dBmとなります。ここで使用している減衰/カプラでは、AD8319へのRF入力パワーの範囲は-8dBm~-38dBmで、±1dBの誤差を持った-3dBm~-43dBmの仕様範囲以内となっています。

検出器の誤差アンプはCLFP、グラウンド・リファレンス・コンデンサピン、を使って、誤差信号(電流)を積分します。ループ帯域幅の設定とループ安定性のために、コンデンサをCLFPに接続する必要があります。

図2、図3、図4に、入力パワー、0dBm、-10dBm、-20dBm、の100MHz正弦波に対する、AD5621DACのコードとADL5331出力パワーの伝達関数を示します。AD8319のパワー制御は負の検出を持つことに注意してください。DACのコードを下げると(これはADL5331からの高い信号の要求に対応)、ゲインは増加しようとします。

図2. RF入力信号が0dBmのとき、AD5621 DACコードとADL5331パワー出力の関係
図3. RF入力信号が-10dBmのとき、AD5621 DACコードとADL5331パワー出力の関係
図4. RF入力信号が-20dBmのとき、AD5621 DACコードとADL5331パワー出力の関係

AGCループが平衡を維持するためには、AD8319がADL5331出力信号の包絡線に追従して、ADL5331のゲイン制御入力に必要な電圧レベルを供給する必要があります。図5に、図1に示したAGCループのオシロスコープ・スクリーンショットを示します。50% AM変調した100MHz正弦波をADL5331に入力しています。ADL5331からの出力信号は一定の包絡線を持つ正弦波で、振幅はAD8319のセットポイント電圧1.5Vに対応しています。また、包絡線が変化する入力に対するAD8319のゲイン制御応答も示してあります。

図5. AM変調入力信号のオシロスコープ・スクリーンショット

図6に、VSETパルスに対するAGC RF出力の応答を示します。VSETが1Vに減少すると、AGCループはRFバーストで応答します。応答時間と信号積分量は、AD8319CLFPピンの容量により制御されます。この機能は積分アンプの周囲に使う帰還コンデンサに似ています。容量を増加させると応答時間が低速になります。

図6. ADL5331出力のオシロスコープ・スクリーンショット

この回路は、大きな面積のグランドプレーンを持ったマルチレーヤのPCB上に構築する必要があります。正しいレイアウト、グランディング、デカップリング技術が適正な性能を達成するためには必要です。(チュートリアルMT-031、MT-101とADL5331およびAD8319の評価用ボードのレイアウトを参照してください。)

ADL5331とAD8319のCSP(チップ・スケール)パッケージの裏面には、圧縮された露出パドルがあります。このパドルは内部でチップのグラウンドに接続されています。規定の電気的性能と熱放散を実現するために、パドルをプリント回路ボード上の低インピーダンスのグラウンド・プレーンにハンダ付けしてください。パドルの下のすべての層のグラウンド・プレーンをビアで接続して、熱抵抗を小さくすることも推奨されます。

バリエーション回路

この回路は、一定パワー出力機能(可変入力パワーを持った固定セットポイント)あるいは可変パワー出力機能(固定または可変入力パワーを伴った可変セットポイント)として使うことができます。もしより高い出力パワー制御範囲が必要な際は、AD8318(60dBパワー検出範囲)をAD8319の代わりに使うことができます。一定出力パワー機能としては、ループで検出器入力パワーが一定レベルにするサーボが常に働くため、より低いダイナミックレンジの検出器(AD8319)が適切な選択となります。

ADL5331(VGA)は送信アプリケーションに最適化されており、AD8368(VGA)によって置き換えることも可能です。AD8368は最大800MHzの低い周波数受信アプリケーション向けに最適化されており、電圧制御される可変ゲインは34dBのリニア・デシベルを提供します。

この回路に使用されている製品&サンプル:

製品 概要 サンプルが入手可能な製品
AD5621 12ビット D/Aコンバータ、nanoDAC®、2.7~5.5Vで100µA未満 AD5621BKSZ-500RL7 AD5621AKSZ-500RL7 AD5621ACPZ-RL7 AD5621AKSZ-REEL7
AD8319 ログ検出器/コントローラ、1MHz~10GHz、40dB AD8319ACPZ-R7
ADL5331 VGA、ゲイン制御範囲30 dB、1 MHz~1.2 GHz ADL5331ACPZ-R7
沪ICP备09046653号
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