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します。PSMRは、搬送波周辺に現れる変調後のサイドバンド電圧に対する、オシロスコープで観測した電源のAC成分の比率を計算することによって求められます。PSMRを測定するための構成カップリングについてはいくつかの方法が考えられます。コンデンサ)回路を使用してA/Dコンバータ(ADC)のPSMRを測定する方法について説明しています。その他に、パワー・アンプ、トランス、変調専用の電源を使用する方法もあります。ここではトランスを使用する方法を採用しました。この方法では、信号発生器のソース・インピーダンスを低く抑えるために、巻数比を大きくとるべきです。図14に標準的な測定結果を示しました。巻数比が1:100の電流検出用トランスと関数発生器を使用して、1.2Vのクロック用電源を500kHzで変調しました。その結果、ピークtoピーク電圧は38mVになりました。ギガサンプル/秒)です。この出力により、1GHzの搬送波(フル・スケール)に対し、-35dBmのサイドバンド電力が発生します。電力を電圧に変換し、変調後の電源電圧に対する比率を計算すると、PSMRは-11dBとなります。変調後に発生するサイドバンド電力1つの条件でデータを取得できるようになったら、次は複数の周波数で掃引を行います。AD9164には計8つの電源があります。VNEG12に対象を絞ることもできます。SerDes(Serializer/Deserializer)用の電源などは、この解析には無関係なので省いて構いません。複数の周波数と電源に対して掃引を行った結果を図15にまとめました。影響を受けやすい電源レールは、クロック用の電源です。その次は-1.2Vと2.5Vのアナログ電源で、1.2Vのアナログ電源はかなり影響を受けにくいと言えます。1.2Vのアナログ電源としては、適切な配慮さえ行えば、スイッチング・レギュレータを使用しても構いません。それに対し、クロック用の電源については、最適な性能を得るために極めてノイズが小さいLDO(低ドロップアウト)レギュレータを使用する必要があります。PSMRは、特定の周波数範囲でのみ測定可能です。範囲の下限は、磁気カップリングの低下によって生じます。ここで選択したトランスは、カットオフ周波数がわずか数十kHz程度でした。範囲の上限は、デカップリング・コンデンサによって負荷インピーダンスが低下し、電源レールの駆動が難しくなることによって生じます。機能に影響が及ばないのであれば、一部のコンデンサを取り除いて測定を行うことも可能です。PSMRを利用する際にはいくつか注意すべきことがあります。PSRRとは異なり、PSMRは波形の電力に依存します。DACの場合はデジタル・バックオフに依存するということです。波形の振幅が小さいほど、1:1の比率でサイドバンドも小さくなります。サイドバンドは搬送波に対して一定なので、バックオフによる設計上の効果はありません。1つ注意すべきことは、搬送波の周波数に対する依存関係です。搬送波の周波数を横軸にとったグラフを見ると、周波数が高くなるほどさまざまな傾きで直線的にPSMRが低下することがわかります。興味深いことに、影響を受けやすい電源レールほど、その傾きが急峻になります。クロック用の電源の傾きは-6.4dB/octaveです。それに対し、負のアナログ電源の傾きは-4.5dB/octaveです。サンプリング・レートもPSMRに影響を及ぼします。最後に、PSMRによって明らかになるのは、位相ノイズの影響の上限です。振幅ノイズも生成されますが、それと区別はできません。PSMRと信号周波数の関係ノイズに関する要件は多種多様です。したがって、電源についてはいくつかのオプションを検討すべきです。LDOは実績のあるレギュレータであり、最大限のノイズ性能を達成したい場合には特に有用です。LDOであればどの製品でもよいというわけではありません。図17において、15002Cの曲線はAD9162の評価用ボードにおける位相ノイズを表しています。DACの出力を3.6GHzに設定し、DACのクロックには4GHzのクロック・ソース(Wenzel製)を使用しました。1kHz~100kHzの安定した位相ノイズの原因は、主にクロック用の電源として使用したLDO「ADP1740」のノイズであると考えられます。このLDOのノイズ・スペクトル密度のグラフと、図16に示したDACのPSMRの測定値を使用することにより、そのノイズの影響を計算し、図17上にプロットすることができます。外挿法を適用しているので正確には一致しませんが、計算によって得られた値はノイズの測定値とほぼ一致します。このことから、クロック用の電源が確かにノイズに影響を及ぼすということがわかります。そこで、電源回路を再設計し、ADP1740の代わりに低ノイズの「ADP1761」を使用するよう変更を加えました。すると、ノイズは確かなオフセットとして最大10dB低減します。その結果、クロックによるノイズの影響を表す曲線(15002D)に近づけることができました。評価用ボードにおけるノイズの測定結果ノイズはレギュレータに依存して大きく変化するだけでなく、出力コンデンサ、出力電圧、負荷によっても変動する可能性があります。影響を受けやすい電源レールについては、これらの要因を慎重に検討する必要があります。その一方で、システムに対する全体的な要件によっては、必ずしもLDOが必要だというわけではありません。スイッチング・レギュレータに適切なLCフィルタを組み合わせて電力を供給することも可能です。すれば、電源回路の設計を簡素化することができます。LDOの場合と同様に、レギュレータのノイズ・スペクトル密度を基に設計を行います。LCフィルタを適用する場合、直列共振に対する注意が必要です。過渡的な状態が扱いにくくなるだけでなく、共振周波数の周辺で電圧ゲインが生じ、位相ノイズとともに電源レールのノイズが増加する可能性があります。共振は、回路のQ値を低下させる(回路に損失の大きい要素を追加する)ことによって緩和できます。以下に示す一連の図は、AD9162を使用する場合の別の設計例です。この設計でも、ADP1740によってクロック用の電源を供給します。その後段にLCフィルタを配置しています。図18に示したのは、そのフィルタの構成です。インダクタはRLモデル、フィルタ用のメインのコンデンサはRCモデル(C1+R1)を使用して表しています。このフィルタの応答を図19に示しました。赤線で示したのが共振特性です。予想どおり、このフィルタの影響は位相ノイズの応答にはっきりと表れます(図20の青色の曲線)。100kHzの辺りでノイズが安定し、その後急峻に低下しているのはフィルタの影響です。このLCフィルタは、顕著なピークが生じるほど深刻な問題を抱えているわけではありません。それでも改善の余地はあります。そこで改善方法として採用したのは、もう1つの大きなコンデンサを適切な直列抵抗とともに追加してエネルギーを消費させるというものです。コンデンサと100mΩの抵抗を直列に接続した回路を追加することによって、応答のピークがかなり抑えられます(図19の青色の曲線)。図20の黄色の曲線)。位相ノイズの応答DAC自身の位相ノイズ最後に、DAC自身が発生する位相ノイズについて触れておきます。AD9164シリーズの位相ノイズは非常に小さく、定量化は困難です。予想される全てのノイズ源からの影響を差し引いて、残ったノイズがDAC自身からのノイズであるということになります。その様子を表したものが図21です。測定値とともに、シミュレーションによって得た位相ノイズの値もプロットしています。両者はかなり一致していることがわかります。一部の周波数範囲では、やはりクロックに依存する位相ノイズが大部分を占めています。位相ノイズまとめ本稿で説明したように、DACの位相ノイズに影響を及ぼす要因は多岐にわたります。その事実に圧倒されてしまい、推奨されているソリューションに大人しく従っておこうと考える設計者も少なくないでしょう。どのような設計においても、その方針は次善の策にしかなりません。RF対応のシグナル・チェーンにおける正確な誤差の見積もりと同様に、位相ノイズの見積もりも設計の過程で利用することができます。クロック・ソースの位相ノイズ、各電源レールのPSMR、LDOのノイズ性能、DACの設定を基に、各ノイズ源からの影響を計算したり最適化したりすることができます。した見積もりの例を図22に示しました。管理し、シグナル・チェーンを最初から正しく設計することが可能になります。2014年からアナログ・デバイセズの高速コンバータ・グループで、アプリケーション・エンジニアとして業務に従事しています。高出力のマイクロ波システムからナノスケールの粒子検出まで多岐にわたるプロジェクトに参加してきました。ビクトリア大学で電気工学の学士号を取得しています。趣味は、ロック・クライミングやスノーボードといったアウトドアの活動です。日本語アナログ・デバイセズは、ウェブサイトの利便性を向上させるためにCookieを使用しています。弊社の会員サービスへ安全にログイン頂くための必要不可欠なCookieと、機能性を高めウェブサイトを最適化するためのCookieがあります。ウェブサイト上での活動データの収集は、弊社の製品およびサービスを改善するために使用されます。当サイトが提供できる最高のパフォーマンスと機能をお使いいただくために、クッキーを承認することをお勧めします。クッキーの詳細をご覧ください。プライバシーポリシーの詳細はこちらをご覧ください。承認して続ける承認して続ける使用されるCookieは、次のように分類されます。必要不可欠なCookie:analog.comの閲覧に必要、または機能的に提供される特定のCookieです。顧客情報をネットワーク送信するという目的に使用されます。お客様が要求するオンラインサービス(技術問合せ送信や、オンラインでの製品購入など)を提供するために必要不可欠です。分析/パフォーマンスCookie:これらのCookieにより、訪問者の数を認識してカウントし、訪問者がWebサイトをどのように移動するかなど、ウェブ分析またはその他の形式の情報を測定できます。これにより、たとえばユーザーが探しているものを簡単に見つけられるようにウェブサイト上のリンクを設定/調整するなど、ユーザビリティの改善に役立ちます。機能的Cookie:これらのCookieは、お客様が当社のウェブサイトに戻ったときにお客様を認識するために使用されます。これにより、コンテンツをパーソナライズし、個人設定(言語や地域の選択、会員サービスへのログイン情報など)を記憶することができます。これらのCookieの情報が失われると、サービスが機能しなくなる場合がありますが、ウェブサイトが機能しなくなることはありません。ターゲティング/プロファイリングCookie:これらのCookieは、当社のWebサイトへのアクセス、およびサービスの使用、アクセスしたページ、追跡したリンクを記録します。この情報を使用して、ウェブサイトとそこに表示される広告を顧客の興味に関連するものにします。その目的のためにこの情報を第三者と共有する場合があります。時間のないエンジニアの皆さんのために、セミナー情報や興味のある製品に関連したさまざまな技術情報を集めてタイムリーにお届けします。AnalogDialogueなどもご紹介しています。