RF 周波数および電力計測

ADL6010はマイクロ波帯域をカバーする汎用、広帯域エンベロープ検出器です。この製品はシンプルで使い易い6ピン構成で、消費電力は非常に低く（8 mW）、最高水準の精度を提供します。出力は無線周波数（RF）入力信号の瞬時振幅に比例したベースバンド電圧です。0.5 GHzから43.5 GHzまでのRF入力対エンベロープ出力の伝達関数のスロープ変化は最小になっています。 

検出器セルは独自の8個のショットキー･ダイオード・アレーを使用していますが、その後に入力の電圧振幅に対して通常×2.2のスケール・ファクタ（又は伝達利得）のリニア電圧計を形成する画期的なリニアラザー（直線化）回路が接続されています。 

ADL6010は本来、電力に応答するデバイスではありませんが、次のように入力を規定することは便利です。つまり、許容入力電力は、50 Ωの信号源入力インピーダンスに対して-30 dBm ～ +15 dBmの範囲です。相当する入力電圧振幅11.2 mV ～ 1.8 Vによって、コモン（COMM）から上に約25 mV ～ 4 Vの擬似DC出力を生成します。 

バランス型検出器構成の微妙な面は、非直線的な信号源負荷によって起こる偶数次歪が入力で全く生じないことです。これは信号サンプルを低結合のカプラを使って抽出するアプリケーションでは重要な利点となり、従来のダイオード検出器に対して大きな改善となります。 

変動するRF入力振幅の電力相当値はRMS-DCコンバータICを追加することにより抽出できます。あるいは、ベースバンド出力を適切な高速A/Dコンバータ（ADC）に供給して、デジタル領域でrms値（あるいはピークto平均比率などの他の信号マトリックス）を計算することができます。 

出力応答の正確さは電源電圧の変動（4.75 V ～ 5.25 Vの範囲）に影響されません。超低消費電力によって長期安定性が向上します。 

ADL6010ACPZNは−40°C ～ +85°Cの動作で仕様が規定されており、ADL6010SCPZNは−55°C ～ +125°Cの動作で仕様が規定されております。両方共6ピン2 mm × 2 mm LFCSPパッケージを採用しています。 

• マイクロ波帯ポイントtoポイント・リンク
• マイクロ波計測器
• レーダ・ベースの計測システム

ADL5513は、パワーアンプへの制御電圧を供給する構成、あるいはVOUTピンから計測値を出力する構成ができます。出力をコントローラ・アプリケーションとして使用できるようにするためには、広帯域幅ノイズを最小限にすることに特に注意が必要です。このモードでは、VSETピンにセットポイント制御電圧が印加されます。RFアンプを通したフィードバック・ループはVOUTを経由してクロースドされます。この出力はアンプの出力を、VSETに対応する大きさに制御します。ADL5513は、VOUTピンに0V～（V_POS－0.1）Vを出力する能力があり、コントローラ・アプリケーションに最適となっています。計測用デバイスとしては、VOUTをVSETに外部で接続し、出力電圧VOUTは、RF入力信号の振幅に伴ってデシベル・リニアーな特性で増加します。

ログ・スロープは21mV/dBで、VSETインターフェースによって決定されます。インターセプトは、INHI入力を用いて、－88dBm（50Ωに対して、900MHzの連続した波形入力）となります。これらのパラメータは、供給電源や温度の変動に対して、非常に安定しています。

ADL5513は、SiGeバイポーラICプロセスで製造され、3mm×3mmの16ピンLFCSPパッケージを採用し、動作温度範囲は－40℃～＋125℃です。全部品実装済みの評価ボードも提供しております。

アプリケーション

• RFトランスミッタ・パワー・アンプ・直線化とゲイン／パワー制御
• 無線リンク・トランスミッタのパワーモニター
• 基地局、WLAN、WiMAX、レーダーでのRSSI計測

ADL5902は、信号パワーの正確な測定を必要とする数多くの高周波数システムに対してのソリューションを提供します。必要なのは、5Vの単電源とわずかなコンデンサーだけですので、使い易く、シングルエンド・ドライブまたは差動入力ドライブのためにバランを使ったドライブに対応することができます。ADL5902は50MHz～9GHzまで動作することが可能で、大きなクレストファクタを持った-62dBmから少なくても+3dBmの入力に対応することができ、GSM、CDMA、W-CDMA、TD-SCDMA、WiMAX、LTEなどの変調信号に対応します。

ADL5902は、複雑な低周波変調エンベロープを持つ高周波信号の真のパワーを決定することができ、また、単純な低周波数のrms電圧計としても使うことができます。パワー計測デバイスとして使う場合、VOUTはVSETに接続されます。それによって出力は、入力のrms値の対数値に比例します。言い換えると、読み込みは直接デシベルで与えられ、１ディケードあたり1.06Vまたは53mV/dBのスケーリングとなり、またそれ以外のスロープにも簡単に変えられます。コントローラー・モードでは、VSETに加える電圧で、セット・ポイントから離れた入力ヌルで必要なパワー・レベルを決定します。出力バッファは高負荷電流を提供することができます。

ADL5902は、PWDNピンにロジック・ハイを与えることでパワーダウンとなり1.5mWの消費電力となります。約5μs以内でパワー・アップし、通常では25℃で73 mAの電流で動作します。ADL5902は4mm×4mmの16ピンLFCSPパッケージで供給され、-40～+125℃の広い温度範囲にわたって動作します。

ADL5902はまた、50dBのダイナミックレンジを備えたTruPwr™検出器AD8363、とピン・コンパチブルです。 この特長によって、設計者は、異なるダイナミックレンジの要求プロジェクトに対して1つの回路レイアウトを作るだけで済ますことが出来ます。また、部品実装済みのRoHS準拠の評価ボードも提供しております。

アプリケーション

• パワー・アンプの直線化/制御ループ
• 送信パワーの制御
• 送信信号の強度表示(TSSI)
• RF用計測機器

HMC802ALP3E は、GaAs IC の広帯域双方向 1 ビット・デジタル減衰器で、低価格のリードレス表面実装パッケージを採用しています。正電圧制御ラインが 1 本のこのデジタル減衰器は、DC に近い動作用に外部の AC 接地コンデンサを使用するので、様々な RF および IF アプリケーションに適しています。DC ～ 10 GHz をカバーし、挿入損失は代表値で 3 dB未満であり、減衰精度は ±0.6 dB（代表値）と優れています。この減衰器は +55 dBm という高い IIP3 も特長としています。1 つの TTL/CMOS 制御入力を使って減衰状態を選択し、 +5 V の 1 つの Vdd バイアスを必要とします。 

• 試験装置およびセンサー
• ISM、MMDS、WLAN、WiMAX、WiBro
• マイクロ波無線および VSAT
• セルラ・インフラストラクチャ

HMC629ALP4E は、広帯域 4 ビット GaAs IC デジタル減衰器で、低価格のリードレス SMT パッケージを採用しています。この汎用デジタル減衰器は、DC に近い動作用に 外部の AC 接地コンデンサと一体化するので、様々な RF および IF アプリケーションに適しています。デュアル・モードの制御インターフェースは CMOS/TTL 互換で、3 線シリアル入力または 4 ビット・パラレル・ワードに対応します。RoHS 準拠の 4 mm×4 mm QFN リードレス・パッケージに収められており、外付けマッチング部品が不要です。

アプリケーション

• セルラ／3G インフラストラクチャ
• WiBro/WiMAX/4G
• マイクロ波無線および VSAT
• 試験装置およびセンサー
• IF および RF アプリケーション

ADuCM3027/ADuCM3029マイクロコントローラ・ユニット（MCU）は、処理、制御、接続のためのパワー・マネージメントを内蔵した超低消費電力マイクロコントローラ・システムです。このMCUシステムは、 ARM®Cortex®-M3プロセッサ、一連のデジタル・ペリフェラル、組み込みSRAMとフラッシュ・メモリだけでなく、A/Dコンバータ（ADC）サブシステムや、クロック、リセット、パワー・マネージメント機能を備えたアナログ・サブシステムをベースにしています。ADuCM3027/ADuCM3029の製品間の機能比較については、表1を参照してください。

ADuCM3027/ADuCM3029/ADuCM3029-1/ADuCM3029-2 MCUに共通するシステム機能は次のとおりです。

• 最大26MHzのARM Cortex-M3プロセッサ
• 誤差補正コード（ECC）付き最大256kBの組み込みフラッシュ・メモリ
• アクティブ電力を低減する4kBのキャッシュ（オプション）
• パリティ付き64kBシステムSRAM
• パワー・マネージメント・ユニット（PMU）
• 多層のAMBA（先進マイクロコントローラ・バス・アーキテクチャ）バス・マトリックス
• 中央ダイレクト・メモリ・アクセス（DMA）コントローラ
• ビーパ・インターフェース
• シリアル・ポート（SPORT）、シリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）、インター集積回路（I2C）、ユニバーサル非同期レシーバー／トランスミッタ（UART）ペリフェラル・インターフェース
• AES（高度暗号化規格）とSHA（セキュア・ハッシュ・アルゴリズム）-256による暗号ハードウェアのサポート
• リアルタイム・クロック（RTC）
• 汎用タイマーとウォッチドッグ・タイマー
• プログラマブル汎用入出力（GPIO）ピン
• プログラマブル・ジェネレータ多項式を使用したハードウェア巡回冗長検査（CRC）
• パワーオン・リセット（POR）と電源モニタ（PSM）
• 12ビット逐次比較レジスタ（SAR）ADC
• 真性乱数ジェネレータ（TRNG）

低ダイナミックおよび休止のパワー・マネージメントに対応するため、ADuCM3027/ADuCM3029 MCUは、ダイナミックでソフトウェア制御のクロック・ゲートや電力ゲートなど、多数の電力モードと機能を備えています。

ADuCM3029-1 MCUモデルおよびADuCM3029-2 MCUモデルは、ADuCM3029 MCUと同じ特長や機能を共有しています。ADuCM3027とADuCM3029に関するすべての仕様は、ADuCM3029-1とADuCM3029-2にも当てはまります。

ADuCM3027/ADuCM3029 MCUの詳細については、 ADuCM302x Ultra Low Power ARM Cortex-M3 MCU with Integrated Power Management Hardware Reference Manual（パワー・マネージメント内蔵のADuCM302x超低消費電力ARM Cortex-M3 MCUハードウェア・リファレンス・マニュアル）を参照してください。

製品のハイライト

1. 業界をリードする超低消費電力
2. ディープ・スリープ・モードでの完全な電圧モニタリング、フラッシュのECCサポート、SRAMメモリのパリティ・エラー検出などを備えた堅牢な動作
3. 立上がりエッジのセキュリティ。高速な暗号化で、お客様のアルゴリズムに読出し保護を提供。書込み保護を使用して、不正なコードによるデバイスの再プログラミングを防止
4. 割込みによる32kHz LFXTALの故障検出
5. SensorStrobe^™ で正確に時間同期された外部センサーによるサンプリング。休止モードで機能するので、システム・ソリューションの電流を大幅に削減できます。例えば、 ADXL363加速度センサーを使用する場合、消費電流が1/10に削減されます。セットアップ後、ソフトウェアの介入は不要です。ソフトウェアの実行によるパルス・ドリフトはありません。

アプリケーション

• モノのインターネット(IoT)
• 電子棚札（ECL）およびサイネージ
• スマート・インフラ
• スマート・ロック
• 資産管理
• スマート・マシン、スマート・メータ、スマート・ビルディング、スマート・シティ、スマート・アグリ
• ウェアラブル・デバイス
• フィットネスおよび医療
• 機械学習およびニューラル・ネットワーク

この回路は、1 MHzから8 GHzまでのRF電力を、約60 dBの範囲で計測できます。シリアル・インターフェースと内蔵電圧リファレンスを搭載した12ビットA/Dコンバータ（ADC）により、デジタル・コードで計測結果を出力します。このRF検出器は出力をADCに直結することができ、特にレベル変換しなくても、ADC入力範囲にほぼ適合しています。簡単に2点補正をデジタル領域でおこない、キャリブレーションします。

AD8318 は1 MHz～6 GHzの信号に対して、正確な対数特性を示し、8 GHzまで動作します。このデバイスの出力電圧の温度安定性は±0.5 dB（typ）です。

ADCのAD7887は、制御レジスタによりデュアル・チャンネルまたはシングル・チャンネルのいずれかの動作を選択できます。デフォルトのシングル・チャンネル・モードでは、AD7887は読出し専用ADCとなり、制御ロジックを簡単化できます。

ここでは、−40°C～+85°Cの温度範囲で動作する2つのデバイスの代表的な特性を示します。

この回路はADL5902TruPwr™ 検出器を使って、さまざまなクレスト・ファクタ（ピーク対平均比）のRF信号のRMS信号強度を、約65 dBのダイナミック・レンジで計測できます。50 MHzから9 GHzまでの周波数で動作します。

計測結果は12ビットADC（AD7466）の出力で、シリアル・データとして得られます。室温での簡単な4点補正によるシステム・キャリブレーションを、デジタル領域で行っています。

RF検出器とADC間のインターフェースはシンプルで、2個の信号スケーリング（分圧）抵抗で構成され、能動素子はありません。またADL5902の2.3 V内蔵リファレンス電圧により、マイクロパワーADCに対して、電源電圧とリファレンス電圧を供給しています。AD7466はパイプライン遅延がなく、読出し専用のSAR ADCとして動作します。

回路全体で約±0.5 dBの温度安定性を実現しています。

2つのデバイスが−40°C～+85°Cの温度範囲で動作するようすが、データとして以降で示されています。

図1に示す回路は450MHz ～ 6GHzの任意の周波数でのピークとrms電力を約45 dBの範囲で測定します。測定結果はノイズを避けるために差動信号に変換され、シリアル・インターフェースでリファレンス内蔵の12ビットSAR・ADCの出力からデジタル・コードとして出力します。簡単な2ポイント・キャリブレーションがデジタル領域で実行されます。

ADL5502は変調信号のクレスト・ファクタ(CF)を高精度に決定する、エンベロープ検出と組み合わせた真のRMS(true rms)電力検出器です。このデバイスは、10MHz以上のエンベロープ帯域幅で450MHz～6GHzの周波数範囲の高周波レシーバ/トランスミタ・シグナル・チェーンで利用できます。サンプリング・レートが低いADCでもピーク・ホールド機能があるので、エンベロープの短いピークでも取り込むことができます。合計消費電流はわずか3 mA@ 3 Vです。

ADA4891-4は高速、クワッド、CMOSオペアンプで、低価格にもかかわらず高性能になっています。消費電流は3Vでたった4.4 mA/アンプです。このアンプは、真の単電源動作能力を備えており、入力電圧範囲は負側レールの下側300 mVまで拡張されています。出力段もレールtoレールになっており、出力電圧は各レールから50mV以内まで振れ、最大のダイナミック・レンジが得られます。低歪みでセトリング時間が速いので、このアプリケーションに最適です。

AD7266は、単電源2.7 V～5.25 Vで動作する、デュアル、12ビット、高速、低消費電力の逐次比較型ADCで、最大2 MSPSのサンプリング・レートが特長です。AD7266は2個のADCを備えており、それぞれ前段に3チャンネルのマルチプレクサと、30MHz超の入力周波数を処理できる低ノイズ広帯域トラック&ホールド・アンプが接続されています。消費電流は3 Vでわずか3 mAです。AD7266はまた2.5 Vリファレンスを内蔵しています。

この回路は ADP121から出力する+3.3 V 単電源で動作します。ADP121は、2.3 V～5.5 Vで動作し、最大150 mAの出力電流で、低静止電流、低ドロップアウト(LDO)のリニア・レギュレータです。150 mA負荷でのドロップアウト電圧は135 mVと低いため効率が向上するとともに、広い入力電圧範囲にわたって動作可能になります。最大負荷時の静止電流が30μAと小さいADP121はバッテリ駆動のポータブル機器に最適です。

ADP121には、1.2 V～3.3 Vの範囲の各種出力電圧が用意されています。この製品は、小型1μFのセラミック出力コンデンサで、安定動作するように最適化されています。ADP121は、最小のボード面積で優れた過渡性能を提供します。

短絡回路防止とサーマル過負荷保護回路は、悪条件での破損を防止します。ADP121 は小型の5 ピンTSOT または4 ボール0.4mm ピッチのハロゲン・フリーWLCSP パッケージに収納されており、多様なポータブル・アプリケーションに適応できるようにフットプリントが最小になっています。

図1に示す回路は真のRMS応答パワー検出器で、可変ゲイン・アンプ（VGA）とRMS応答パワー検出器を使って約95dBの広い検出レンジを実現します。RMS検出器は、レシーバ、トランスミッタなど、信号パワーの正確な測定を必要とするアプリケーションに最適です。この回路はRMSパワーを測定するので、多様なクレスト・ファクタや変化するクレスト・ファクタのシステムでの使用に適しています。このようなシステムの例としては、QAM変調を使用したあらゆるシステムの他に、GSM/EDGE、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTEをベースにしたワイヤレス基地局などがあります。

ADL5902 RMS 検出器の検出レンジは65dBで、デシベル・リニアのAD8368 VGAを追加すれば、95dBまで拡張することができます。ADL5902のTADJ機能を使うことにより、回路全体の温度安定性が得られます。ノイズを低減して感度を上げるためにADL5902とVGAの間にSAWフィルタを配置します。また、これにより、回路の周波数範囲がSAWフィルタのパスバンド範囲まで縮小されます。

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。

図1に示す回路は範囲が45dBの高精度40GHzマイクロ波パワー・メーターで、必要なコンポーネントは2つだけです。RF検出器は、アナログ直線化回路が後に続くショットキー・ダイオードを使用する革新的な検出セルを備えています。低消費電力の12ビット1MSPS A/Dコンバータ（ADC）は、シリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）ポートにデジタル出力を送ります。

測定実行前に、測定対象となる特定のRF周波数で簡単な校正ルーチンが実行されます。その後、測定モードでシステムを動作させることができます。測定モードでは、CN-0366評価用ソフトウェアが、検出器の入力に加えられる校正済みのRF入力電力をdBm単位で表示します。

この回路の総消費電力は5V単電源使用時で9mW未満です。

図1 に示す回路は1 GHz ～ 28 GHz のワイヤレス・トランスミッタのリターン・ロスを高精度に測定し、システム・キャリブレーションを必要としません。

この回路は1 枚の回路ボードに実装され、無反射RF スイッチ、マイクロ波RF 検出器、12 ビットの高精度A/D コンバータ（ADC）を使用しています。できるだけ広い周波数範囲で回路を評価するため、狭帯域の表面実装ディレクショナル・カプラの代わりに、SMA コネクタ付きのデュアル・ポート・ディレクショナル・カプラを使用しました。

この回路は、25 dB の入力電力範囲で最大20 dB のリターン・ロスを測定します（これより小さな入力電力範囲では20 dB を超えるリターン・ロスを測定可能）。

この回路には、RF 検出器からのデジタル化された電圧の簡単な比を使ってリターン・ロスを計算する独自の機能があるため、システム・キャリブレーションが不要です。

自動ゲイン制御（AGC）回路は、シンセサイザの振幅安定化、トランスミッタの出力電力制御、あるいはレシーバーのダイナミック・レンジの最適化など、さまざまなアプリケーションに役立ちます。図 1 に示す回路は、ADL6010 検出器を HMC985A電圧可変減衰器（VVA）と HMC635 RF アンプとともに用いて、広範囲の入力周波数（20 GHz ～ 37.5 GHz）と振幅にわたって自動ゲイン制御を行います。この回路ノートに記載の AGC性能指数で評価した回路性能は、20 GHz ～ 30 GHz の範囲で非常に良好です。回路全体のゲインは 30 GHz を超えると低下します。しかし、マッチング技術を使用することで狭帯域での性能を改善することができます（詳細説明は本回路ノートでは省略）。

AGC 回路は、マイクロ波計装システムやレーダーを用いた測定システムに応用されています。

図 1 は、RF 信号源から 9 kHz ～ 6 GHz の周波数範囲で出力されるパワーを、公称 45 dBm（−30 dBm ～ +15 dBm）の入力電力範囲で正確に測定する RF パワー測定回路です。

この回路で、5 V の USB 電源で駆動できる小型でフル機能のrms RF パワー・メーターを構築できます。測定用のシグナル・チェーンは、rms 応答 RF パワー・ディテクタと 12 ビットの高精度 A/D コンバータ（ADC）で構成されています。この 2 つのデバイスは、CMOS リニア電圧レギュレータが 5 V の USB 電源から生成する 3.3 V の電圧で駆動します。

簡単な校正ルーチンを数多くの周波数で行うことにより、回路のいかなる周波数応答の変動も補償することができます。校正データはルックアップ・テーブルに保存され、RF パワー測定中に参照されます。

AD9689-2600EBZ は、14 ビットの 2.6 GSPS デュアル A/D コンバータ（ADC）である AD9689-2600 に対応します。低消費電力、小型、使いやすさを目標に設計されたバッファとサンプル&ホールド回路を内蔵しています。最大 5 GHz のアナログ信号のダイレクト RF サンプリングに対応するように設計されています。この ADC 入力の 3 dB 帯域幅は 9 GHz を超えます。AD9689 は、広い入力帯域幅、高いサンプリング・レート、優れた直線性、低消費電力を小型パッケージで実現できるように最適化されています。

このリファレンス設計は、ADC をさまざまなモードおよび構成で動作させるのに必要なサポート回路をすべて提供します。ADS7-V2EBZ データ・キャプチャ・カードと直接インターフェースするように設計されているので、ユーザはキャプチャされたデータをダウンロードして分析できます。デバイスの制御とその後のデータ分析は、ACE ソフトウェア・パッケージを使って実行可能です。