CN0534

RF 低ノイズ・アンプ（LNA）

HMC717A は、ガリウム・ヒ素（GaAs）、擬似格子整合型高電子移動度転送トランジスタ（PHEMT）、モノリシック・マイクロ波集積回路（MMIC）で構成された LNA であり、ISM、MC-GSM、W-CDMA、TD-SCDMA などの様々な信号通信プロトコルを対象として4.8GHz～6.0GHzで動作するバックエンド・レシーバーに最適です。

図 2 に示すように、HMC717A のゲインは RF 動作帯域を通じて14.5dB です。ノイズ指数は 1.1dB です。また、アンプには 5V 単電源から給電されて合計で 68mA の電源電流が流れます。全体のゲインを 23dB にするため、2 個の HMC717A アンプがカスケード接続されています。HMC717A は、ノイズ指数が 1.1dB、3次インターセプト・ポイント（IP3）が 27dBm、圧縮ポイント（P1dB）が 15dBm であるため、LNA の初段および中間のゲイン段の両方に適しています。

LNA のインピーダンス・マッチング

HMC717AのRFINピン（2番ピン）とRFOUTピン（11番ピン）は、図 3 に示すように、4.8GHz～6.0GHz の周波数範囲で公称インピーダンスが50Ωのシングルエンドであるため、HMC717Aはインピーダンス・マッチング回路を付加することなく 50Ω の終端システムに直接インターフェースできます。

RFOUT には DC 阻止コンデンサが内蔵されているため、2 段目にコンデンサを外付けする必要がありません。また、マッチング回路を外付けすることなく、複数の HMC717A アンプを連続してカスケード接続できます。初段の RFIN にのみ、1.2pF のコンデンサで AC カップリングする必要があります。

バンドパス・フィルタ

LNA 出力は、バンドパス・フィルタによってフィルタリングされます。図 4 により、フィルタの通過帯域は 5400MHz～6400MHz であり、中心周波数 5.8GHz で、リターン・ロスが14.7dB（代表値）、挿入損失が1.6dBであることが分かります。

過電力保護

過電力に弱い回路は、比較的低い電力レベルで損傷する場合があります。例えば、AD9363 トランシーバーの RF 入力の絶対最大電力レベルは+2.5dBm です。CN0534 は、図 5 に示すように、過電力保護機能を搭載しています。この保護機能では、電力レベルが許容範囲内に低下した場合に、回路が自動的にリセットされるようになっています。

RF パワー・ディテクタと自動リトライ回路

ADL5904 は、DC～6GHz で動作する RF パワー・ディテクタです。ADL5904の入力には、470nFのACカップリング・コンデンサと、広帯域の入力マッチングを取るための 82.5Ω のシャント抵抗を外付けすることを推奨します。ADL5904 は、内部の RFエンベロープ・ディテクタとユーザ定義の入力電圧を使用し、RF 入力電力レベルに基づいてプログラム可能な閾値検出機能を実現します。RF エンベロープ・ディテクタからの電圧が、VIN−ピンのユーザ定義のスレッショールド電圧を超えると、内部のコンパレータはフリップ・フロップへのイベントをラッチします。RF 入力信号が、ユーザがプログラムした閾値を超えてから、出力がラッチされるまでの応答は 12ns という極めて短い時間で行われます。リセット・パルスが RST ピンに印加されるまで、ラッチされたイベントはフリップ・フロップに保持されます。

CN0534 上のバンドパス・フィルタ出力の電力レベルが、結合係数が+13dB である統合化薄膜結合器によってサンプリングされ、ADL5904 のRFINピンに送られます。ADL5904 の VIN−ピンの閾値レベルは、抵抗分圧器によって約 32mV の値に設定されます。この閾値レベルは、ADL5904 のデータシートに示されているように、5.8GHz のときに補正なしで動作している場合の閾値電力（−9dBm）に相当します。結合器の損失と、減衰が 0dB 状態のRF アッテネータの損失を組み合わせると、出力は過電力に弱いデバイスに対して安全なレベルに保たれます。

高精度の過電力閾値が必要な場合は、複数の周波数で簡単なキャリブレーション・ルーチンを実行して、システム内のデバイスのばらつきを補償することができます。キャリブレーション・ルーチンの詳細については、ADL5904 のデータシートを参照してください。

ADL5904 の Q 出力は、通常動作時に LTC6991 のプログラム可能な低周波タイマーをリセット状態に保持します。過電力イベントが発生すると、LTC6991 はイネーブルされ、4ms の遅延が始まります。4ms 経過後、ADL5904 はリセットされ、電力レベルが効率的に再度サンプリングされます。過電力状態が持続した場合、ADL5904 は再度作動し、アッテネータが−20dB の状態に保持されます。電力レベルが再度サンプリングされたとき、−20dB の状態が継続的に維持されるように、アッテネータ制御信号が遅延されます。過電力状態が収まると、図 6 に示すように、アッテネータは 0dB の状態に戻り、通常動作が再開されます。

RF アッテネータ

HMC802A は、広帯域双方向の 1 ビット GaAs IC デジタル・アッテネータです。このデバイスは、バイパス・モード時の 5.8GHzでの挿入損失が 1.5dB と低く、イネーブル時の減衰量が20±0.6dB と高精度になっています。5V 単電源で動作させた場合、IP3 は+55dBmになります。また、減衰制御信号は CMOS/TTL互換です。RF スイッチは、一般的に過電力保護アプリケーションで使用されますが、5.8GHz のときに HMC802Aを使用して 20dB減衰させた状態は、ほとんどの RF スイッチをオフにしたアイソレーション状態よりも優れています。

図 7 に示すデバイス性能において、バイパス・モード時の代表的な挿入損失が、中心周波数 5.8GHz で 1.5dB であることが分かります。図 8 において、減衰モード時のアイソレーションが、中心周波数 5.8GHz で−20.5dB であることが分かります。

バンドパス・フィルタ、結合器、および RFアッテネータでの挿入損失を組み合わせると、中心周波数 5.8GHz での全体の挿入損失は、通常動作状態の RFアッテネータ出力で約 3dBになり、減衰モードで動作時に約 21.5dB になります。

保護結果

過電力保護機能は、図 9 に示すセットアップを使用してテストしました。RF 信号発生器の出力周波数を 5.8GHz に設定し、CN0534 に入力する電力を−30dBm から−20dBm に増加しました。CN0534 の出力電力を ADL6010 高速エンベロープ・ディテクタでモニタし、過電力イベントから出力電力が減衰するまでの応答時間を正確に測定しました。

過電力保護機能が作動すると、ディテクタのラッチは周波数250Hz でリセットされます。また、出力電力が 2.5dBm 未満まで低下すると、出力スイッチはイネーブルされます。過電力状態が続いている場合に、スイッチのイネーブル信号が絶対にアサートされないようにするために、このイネーブル信号は遅延されます。両方の結果は、図 10 と図 11 で確認できます。

USB パワー・マネージメント

昇圧コンバータ

図 12 に EVAL-CN0534-EBZ のパワー・ツリーを示します。このパワー・ツリーでは、マイクロ USB ジャックから 5V 電源が供給されて 1.1W の電力が消費されます。

LT8335 は、電流モード DC/DC コンバータであり、1 本の帰還ピンを使用して、正または負の出力電圧を生成できます。このデバイスは、昇圧、SEPIC、または反転コンバータとして構成可能で、消費される静止電流はわずか 6µA です。低リップルのBurst Mode 動作により、非常に少量の出力電流まで高い効率を維持できると同時に、代表的なアプリケーションにおいて出力リップルを 15mV 未満に維持できます。内部で補償される電流モード・アーキテクチャにより、広い範囲の入力電圧および出力電圧にわたって安定した動作が得られます。ソフトスタート機能と周波数フォールドバック機能が内蔵されているため、起動時にインダクタ電流が制御されます。5.6V の出力を得る場合に、LT8335 の構成に必要な基本的な接続を図 13 に示します。

出力電圧は、出力と FBX ピンの間に抵抗分圧器を接続することで設定されます。式 1 に従って、正の出力電圧を得るための抵抗値を選択します。

超低ノイズ・リニア電圧レギュレータ

ADM7150（超低ノイズ、高 PSSR、RF リニア電圧レギュレータ）からの 5V 出力は、HMC717A のゲインを最大限に高めるために使用されます。ADM7150 は低ドロップアウト・リニア電圧レギュレータであり、固定出力電圧オプションの場合に、100Hz～100kHz で 1.0µV rms（代表値）の出力ノイズを実現し、また図 14 に示すように、10kHzより高い周波数で1.7nV/√Hz未満のノイズ・スペクトル密度を実現します。

ADP150 は、パワー・ディテクタと自動リトライ回路用の 3.3Vを生成するために使用されます。図 15 に示すように、このデバイスは高性能の低ドロップアウト・リニア電圧レギュレータであり、電源ノイズの影響を受けやすい RFアプリケーション向けに、超低ノイズと超高 PSRR を実現するアーキテクチャを備えています。