Explorer(IE)のバージョンをサポートしておりません。最適なウェブサイトパフォーマンスを実現するため、最新バージョンのブラウザへアップデートしていただくことをお勧めします。簡単な4つの検索方法1.検索したい用語を入力した後、そのままエンターキーを押すか、サーチアイコンをクリックしてください。入力された用語でそのまま検索されます。2.検索したい用語を入力すると、ドロップダウンで検索の提案が表示されます。提案された項目をクリックすると、関連のページが直接表示されます。3.検索の提案の右端にマウスを持っていくと「検索」のリンクが表示されます。これをクリックすると、提案された用語に基づく検索結果が表示されます。4.検索結果のページには、結果を絞り込むフィルタが表示されます。こちらもご活用ください。PDFをダウンロード2016年9月5日公開はじめにCQ出版社から「すぐ使えるディジタル周波数シンセサイザ基板[DDS搭載]」という本を2012年9月に上梓しました(図1)。ICのAD9834を利用したものです。私はその執筆・開発プロジェクトの中で、94.5dBの減衰量をもつ30MHz広帯域アッテネータを主に担当しました。可変ゲイン・アンプ)を利用しました。当初は「これで30MHz程度までの48dBステップATTを作ってみますか!」というところでしたが、可能であれば外部に48dBの固定ATTをつけて、全体で95dB程度まで変化させたいという野望がありました。飛び込みや段間の迷結合の心配がありますが、「シールドナシで、どうだろうなあ...」と思うところでした。トランジスタ技術増刊すぐ使えるディジタル周波数シンセサイザ基板[DDS搭載]この技術ノートでは、この94.5dBステップATT回路の実験・試作ネタ(エンジニア的にはこれを「遊び」という場合もあります)をご紹介します。)についての概要をご紹介しておきましょう(図2)。【概要】AD8369は、高性能のデジタル制御可変ゲイン・アンプであり、セルラ・レシーバ内のIF周波数で使用できるように設計されています。このデバイスは、パラレルまたは3線式シリアル制御のいずれかに設定できる4ビット・デジタル制御のゲイン制御インターフェースを備えています。ゲイン制御レンジは、全体で45dBになり、3dBの単位で調整可能です。190/240/380MHzの一般IF周波数で動作するように完全に仕様規定しています。ゲインの安定性と平坦性は、380MHzで20MHzのチャンネル帯域幅にわたって0.1dB未満です。ICのAD8369ARUZをゲットしました(図3と図4)。あわせて図5の写真は、秋月電子で買ってきた16ポジションのロータリ・スイッチです。4ビットですから、3dBステップで48dB変化させることができます。これに48dB固定アッテネータを追加すれば、合計約95dBのテップATTが実現できます。AD8369は利得があるので、その利得分を入力で減衰させる必要があります。秋月電子で買ってきた16ポジションのロータリ・スイッチブロック・ダイヤグラムをまず作ってみた思考を整理し、レベル配分を考え、回路図に落とすために、簡単なブロック・ダイヤグラムを作ってみました。これを図6に示します。VGAのAD8369プラス、もう一つ48dBの固定ATTをスイッチして、全体で約95dBを実現するというもくろみなのですが、電子スイッチで実現するのがちょっとやっかいだなあとか(アイソレーションとON抵抗の問題)、構想をブレークダウンしながら考えていきました。簡単なブロック・ダイヤグラム(最終的には40dB→48dBになる)広い減衰可変範囲を実現するには(ご経験を拝聴する)構想途中に、執筆でご一緒した筆者の方から、「可変ゲイン・アンプといえば、AD8331というアナログ電圧でゲイン制御をするICを使ったことがありますよ。非常に低雑音のプリアンプも内蔵されていて、ゲイン可変範囲が48dBなので、これを2段カスケードにして、100dB以上のゲインと96dBのゲイン調整範囲を稼ぎました」「全段差動なので、GNDの共通インピーダンスに起因する迷結合などはほとんど無くて、100dB以上のゲインでもシールドなしで安定して動作しました」「ネットアナで見ながらAGC電圧を変えると、周波数特性はそのままで、きれいにゲインが上下します。可変アッテネータ・タイプなので、歪みも少ないですしね」というお話をいただきました。ここには2点ポイントがあって、1「全段差動なので、GNDの共通インピーダンスに起因する迷結合などはほとんど無く」は、(以降にも説明しますが)ダイナミック・レンジが非常に広いため、コモンモード.・差動変換による想定外のフィードスルーが出てしまうという、一般的によく生じる問題があるが、差動回路ではこれが軽減される2「周波数特性はそのままで、きれいにゲインが上下」は、ゲインを変えると周波数特性が変化するOPアンプと異なり、アンプのゲインは固定で、前段が可変アッテネータになっているため、このような性能が実現できるということなのでした。この方のお話には、深い造詣があったわけですね...。この筆者さんは、100dBのゲインブロックを実現したわけですが、私のほうの設計は入力信号を減衰させることが目的...、なおかつAD8369にはゲインがある...。どんなものかなあとか、上記の附加48dB固定ATT回路の件など、悩み気味でした。「AD8369が、Rset(抵抗1本)かなんかで、内蔵ポストアンプの利得調整ができるといいなあ」とか思いました。構想をもとに回路図をひいてみたご一緒した筆者さんの「差動で...」というアイディアをいただいて、コモンモードによる外からの飛び込みや段間の迷結合の影響を受けづらい回路を実現しようと考えていました。最初に考えた原始天地創生(?)回路を図7に示します。固定ATTで差動信号に変換して信号を加え、出力側は差動出力で負荷を駆動しています。AD8369出力を差動構成の固定ATT(以降「差動固定ATT」)で、40dB(ところで「なぜ40dBなの?」というのは、実は間違えていたためで、あとで48dB必要ということに気がつきましたが、本編では当面は図7のとおり40dBで説明していきます)減衰させるのですが、「30MHzまで安定して減衰させるためには?」とだいぶ悩みました。週末もプールで泳ぎながら考えていたら、溺れるかと思いました(うそ)。そのため最初は安全策で、このように20dBを2段にしてみました。減衰量が小さいときは、この2段の差動固定ATTをアナログスイッチでバイパスします。最終的に差動固定ATT出力をOPアンプ(図7には図示していません)で差動-シングルエンド変換します。これによりコモンモードの飛び込みや迷結合を大きく低減させるという算段です。原始天地創生(?)回路図(素子定数は暫定、また部品番号は付与していない。出力OPアンプは図示していない)30MHzまで安定に減衰させることの最大の問題は、差動固定ATTをスイッチするアナログスイッチの、オン抵抗とオフリーク(フィードスルー)そして寄生容量です。高速アナログスイッチADG719を使ってはいますが、やはりどんなものか、だいぶ不安でした。最初は「40dB一発では30MHzまでは無理かなあ?」ということ、またあまり時間的、設計コスト的に後戻りできないため、安全策で20dBを2段で考えました。そこで図7のような厳重な回路にしてみたわけです。いっても、20dBを2段だなんて...、アナログスイッチ8個!だなんて「無駄」ですよね。デジタル・ポテンショメータで出来ないか?とも思いましたが、1kΩ型の低抵抗のものでも数MHzまでの周波数特性であり、使うことができません。@30MHzという素晴らしい性能が!)が得られましたので、図8のような回路に変更しました。いっても、これから試行錯誤が始まるのでした...。その試行錯誤が「休むに似たり」という結果に終わるのでした...。Multisimで検討した経緯を詳しく示していきます。差動固定ATTを2段から1段に変更してみる差動固定アッテネータの周波数特性を解析開始!VGAご本尊の試作に到達するまえに、心配ネタである、この差動固定ATTの性能解析をしていきました。その日も出版社から長いメールがきて、見逃してしまうところでしたが、よくよく読むと「1ヵ月後にはファイナル回路図を提出せよ」と...(汗)。出来てない状況ゆえ、ダチョウ倶楽部モードで「聞いてないよぉ」と回答をしてしまいました(笑)。このように時間も限りがあるわけです。まで安定に動作する40dB(先のように間違いで...。最終的には48dB)の差動固定ATTを作らないといけません。Multisimを使って、図9のような回路で特性を検討してみました。差動回路なので、1/2の上半分にして簡素化し、シングルエンドでシミュレーションしています。信号源抵抗は差動470Ω(図8のR9に相当)で、相当するシングルエンドのシミュレーション回路(図9)では235Ωにして最初は設計してみました。「なぜ470Ωにしたの?」というご質問は当然でしょう(汗)。「そんな感じで...、まあ470が好きだから」とかワケの判らないような理由で選んでいます。回路専門外の方はこのいい加減さには驚くでしょう(汗)。いってもこの選定が問題になってしまったのでした。40dBのATT状態でシミュレーションしてみた。ためしに20dBのATT状態にしてシミュレーションしてみた。ATTとしてシミュレーションしてみた結果です。30MHzの位置のマーカを見てください。0.564dBになっており、この周波数でダレが生じています。-19.8°で結構位相が回っています。R18に相当)だったものを220Ωにして1/100(-40dB)から1/10(-20dB)にしてみました。信号源抵抗があるので、ぴったり-20dB、1/10にはなっていないのですが、検討上ということで、まずはこれでやってみました。0.272dBになっており、40dBと比べて、まあ1/2程度といえるでしょう。-17°であまり変わらないです。「20dB一段で0.27dB、2段つなげれば0.54dBであり、これなら1段で40dB取った場合となんら変わらんではないか?!逆に位相特性は悪くなるぞ!」ということになってしまいました。ATTを2段でも性能が出なかったわけです。ここで「本来は...、特性はもっと向上するはずだ」と直感的に考えました。そのため、「すいません、性能が出ませんでした」と簡単にあきらめるのではなく、「なんでだ?」ともう少し粘って追ってみました。IC5に相当)のスイッチ端子間オフ時容量(ドレイン・ソース間容量)CDSです。これが影響を与えていることに違いはなさそうでしたが、どのように与えているのか?と考えながら試行錯誤してみました。シミュレーションはこんなときに便利です。235Ω)が大きいために、時定数が長めになってしまっていたのでした(涙)。100Ω相当)にしてみればよいのだ!」と思い至るわけです。いうわけで、シミュレーションしてみました。-9°という結果になりました(やれやれ)。乗算D/Aコンバータでも(低周波なら)ATTを実現できる犬か?ネコか?はいざ知らず、社内を歩いていたら棒に当たり、「乗算型D/Aコンバータ」の製品カタログを見つけました!10MHz程度の帯域なら、これで精密なレベル制御が出来るATTの実現が可能です。多数の製品が用意されていますので、是非ご活用ください(^_^)。R1を200Ωに変更してシミュレーションしてみると特性は大幅に改善した差動固定ATT...もがけばもがくほど...「これでよかった、やれやれ」と思ったところで、40dBが間違いだったことに気づき、規定の48dBの減衰量まで持っていってみました。R18に相当)を2200Ωから5100Ωにしてみました。R17に相当)でシミュレーションしてみたのが、図13の結果でありました...(涙)。「まあ後段のOPアンプでダレるから、少しピーキングしてさせてもいいか?」というところではありますが...。このR4をあまり小さくすると、シャント接続されているアナログスイッチS2のオン抵抗が誤差要因になってきます。22Ωから18Ωに変えてみた結果を図14に示します。かわらないですね(がっくり)。22Ωから18Ωに変えてみたがあまり変わらないここでもアナログスイッチの容量が影響を与えていた!この原因も、アナログスイッチS1のオフ時容量CDSが原因と推測されます。pin間の容量になります。pin間はオフとなり、容量成分となります。7pFと記載があります。CDSとしてどれほどかは未知数ではありますが、同じ程度の大きさと推測していました。インダクタでやってみよう!このCDSがアイソレーションを悪化させる要因になるわけですが、「何とかキャンセルできないか?」というのを少し考えました。思いついたアイディアは「インダクタでキャンセルする」というものです。7pFは30MHzで-j760Ω程度です。これを、インダクタを用いて、並列共振構成でキャンセルすると、必要なインダクタンスは4uH程度になります。R18(2200Ωから5100Ωに増やしたもの)にシリーズにインダクタを入れて、うまくキャンセルしたい」と考えました。並直列変換の式で計算してみると(計算が間違っていたのかもしれませんが)複素数になったので「ややこしいなあ」ということで、シミュレーションで検討してみました。回路を図15に示します。R18に相当)にシリーズにインダクタを挿入し、アナログスイッチのCDSをキャンセルさせてみました。結論を言うと、以降に説明するように、この検討も「休むに似たり」で、最適ではなかったわけなのですが...。パラメータスイープの結果。5uHの5段階でシミュレーション。Multisimさんに考えさせて答えを求める、というわけではありませんが、図16のように「パラメータスイープ」という機能を用いて、インダクタの大きさを変えていき、それぞれでACシミュレーションしてみる、というアプローチができます。パラメータスイープはAC解析だけではなく、DC動作点解析や過渡解析も可能です(注:ADIsimPEでも同様なシミュレーションは可能です)。パラメータスイープを実行した結果を図17に示します。5uHの5段階でシミュレーションしています。2nHでほぼフラットになります。いうことで、実際は2.2nHを使うことにしました。結論としてはこのとおりには上手くいかなかったのでした...。AD8369も含めて全体の回路を試作評価するための「パネルdeボード」の基板での検討開始予定のころは、だいぶ寒くなってきた季節でした(ブルブル!)。そのころ世間では、皆さんまだコートを着て無い人が多いものでした。私は寒がりなので、そんな時期でもコートなしでは寒くてダメです...。Questions)「アナログ・デバイセズに寄せられた珍問/難問集」というコンテンツにある、アナログスイッチに関連する話題をご紹介します。重要なディテールの分離(あるいは人魚と酢漬けのニシンの昼食)Q.私のCMOSマルチプレクサには問題があるのでしょうか?その未使用ピンをどうにかしなさい!Q.アナログICの未使用端子をどうしたらいいでしょうか?アナログIC(1つめは特にADG719などマルチプレクサの話題)の未処理端子についてのお話です。よろしければ是非ご覧ください。ちなみに図7の回路図では、マルチプレクサADG719の端子はアキ(4ピンや6ピンが未接続)のままでした。図8では高抵抗で接続してあります。「コイツはこのRAQを見て慌てて接続したのだな」などと想いを巡らせぬよう、お願いしたいと思います(汗)。実際の試作基板(パネルdeボード)で確認してみようその後、関係者のオフィスにお邪魔し、中間地点打ち合わせとして、かなり突っ込んだ話し合いをしてきました。終わったあとの雑談では、お仕事のようすとかを聞くことができましたが、技術開発に関わるご努力と情熱に頭の下がる思いでした。このような方々との交流は、技術者として、かけがえのない経験だと思いました。実際の回路で評価開始!使用する部品はだいたい決まったので、パネルdeボードで試作用のボードの注文をしました。図18は入手した基板です。左奥の彼方には、秋月電子で購入した図5の16ポジションのロータリ・スイッチが見えます。「パネルdeボード」基板に全体を実装してみたTSSOPとTSOT用の実装パネルを組み合わせて、こんな感じでできあがります。セールストークではなく、自分で使っても「まさしく選んで繋いで注文するだけ!」で超簡単だと感じます。図19は一部を実装したようすです。この段階で、初段固定ATTとAD8369の動作確認まで完了できました。初段固定ATTは設計を完全に間違えており(汗)、コモンモードの減衰が全く出来ていませんでした(汗)。試作での確認は大事です...。図20は全体を実装したようすです。同図の左側に見えるSMAコネクタが入力で、その上側にAD8369があります。その右側が、これまで詳しく説明してきたADG719の差動固定ATT回路です。減衰した信号が右側のSMAコネクタから出力として出てくるようになっています。前編はここまで!前編では、構想段階から、周波数特性の改善検討(と言っても、これが「休むに似たり」だったことを、次の後編でご説明していきますが)から、パネルdeボードでの試作基板を組み上げたあたりまで説明しました。後編では、パネルdeボードの試作基板の特性、最終形となる基板のCAD設計と評価、そして特性の最適化などの話題をご説明していきます。聡1963年千葉県生まれ。メーカ入社、長く電子回路設計業務に従事。1994年技術士(電気・電子部門)合格。