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高周波PLLの基礎と最適化設計
実験ボードとスペクトラムアナライザを用いた実践的な演習を交えてPLLの最適化設計手法を修得できる特別講座！
日時：平成22年 10月20日 (水) 10：30～17：30
【受講対象】
・以下に関連する技術者
高周波通信技術
電子回路設計
電子部品設計
LSI設計
通信機器メーカ
PLL周波数シンセサイザ技術を習得したい技術者
【予備知識】
アナログ電子回路設計の初歩的な知識
【修得知識】
高周波PLLシンセサイザの基本動作
PLLを構成する個々の回路の動き
PLL負帰環による周波数を安定にする仕組み
PLLにより新たな周波数を出力する仕組み
PLLが位相雑音特性を合成出力する仕組み
PLLの最適化設計への入門
負帰環理論に基づいたループ・フィルタの設計法
周波数切り替えスピード、位相雑音、スプリアス抑圧の優れたPLL
完全積分3次形PLLの構成
PLLのカットオフ周波数の最適値
【講師の言葉】
PLL (Phase Locked Loop) 技術は今日、携帯電話、デジタルテレビ放送、無線LAN、GPSなどの普及によって、その利用はさらに増え続け重要視されています。
一例として、映像や音声の情報信号を通信するには情報信号を高周波の搬送波に乗せて、変調して遠方に送ります。そして、その情報を得るには今度は情報を高周波の搬送波から降ろす、復調します。その要となる搬送波を作り出すのがPLL周波数シンセサイザの役目です。ですから、情報を欠けることなく送るためには PLL周波数シンセサイザの性能が重要となります。
PLL回路の安定性はもちろん、周波数切換えスピード、低位相雑音、スプリアス抑圧度などの性能向上が益々要求されている現在、その最高性能を引き出すには PLLを最適化設計する必要があります。PLLの最適化設計をおこなうには、先人から引継がれた特有の技術と、高周波でのアナログやデジタル回路設計に加え、負帰環理論の知識も必要となります。
本講座では、実際のPLL周波数シンセサイザ回路をスペクトラムアナライザで波形観測しながら進め、その構成と基本動作を学びます。
さらに、難解なループ・フィルタの設計法を解説し、PLLを最適化設計して評価します。
【プログラム】
Ⅰ. PLLの基礎
1. PLL周波数シンセサイザの紹介
a. 新たな周波数を作り出す周波数シンセサイザ
b. 分周数N とノイズの関係
c. 基準信号源の違いによるノイズ波形を比べる
d. 基準信号もれによるスプリアス
e. 位相雑音とは
2. PLL技術を使うとこんなことができる
a. 周波数,位相の同期の取れた発振器を構成
b. 雑音特性の優れた周波数てい倍回路となる
c. フィルタ回路 BPF として働く
d. 容易にFM復調できる
e. 位相差を90°に保つ
3. PLLを構成する基本回路
a. 電圧制御発振器 VCO の動作
b. 位相比較器 Phase Detector の動作
c. ループ・フィルタ と その役目
4. PLLを周波数シンセサイザとして動かす
a. PLLに分周器1/Nを追加する
b. 基準周波数のN倍の周波数を作る
c. プログラマブル分周器を用いて周波数を可変する
Ⅱ. 高周波でのPLL周波数シンセサイザ
1. RF帯でPLL周波数シンセサイザを構成するには
a. プリスケーラ(前置分周器)を追加する
b. パルス・スワロ・カウンタを用いたプログラマブル分周器
c. パルス・スワロ・カウンタの原理
Ⅲ. 位相雑音
1. 位相雑音の重要性
a. 無線機などの受信感度に影響を与える
b. スペアナで SSB位相雑音を観測し値付けする
c. 位相雑音を定量的に表す
2. PLLが出力する位相雑音特性
a. PLLの位相雑音モデル
b. カットオフ周波数fcと位相雑音特性の関係
3. 要求する位相雑音特性を実現するには
Ⅳ. ループ・フィルタ設計の基礎知識
1. PLL周波数シンセサイザの鍵はループ・フィルタ
a. ループ・フィルタ定数による位相雑音特性の変化
b. ループ・フィルタ定数によるスプリアス特性の変化
c. ループ・フィルタ定数による応答特性の変化
2. フィードバックの動作を理解する
a. 負帰環が不安定になる条件
b. 負帰環アンプ回路をボーデ線図に表す
c. 負帰環PLL回路をボーデ線図に表す
3. ラグ・フィルタ二段をPLLに用いることができるか
Ⅴ. PLL負帰環回路の設計
1. 最適なループ・フィルタ定数を得る
a. PLLの一巡伝達関数(開ループ特性)を求める
b. ループ・フィルタF(s)以外の特性を知る
c. ラグ・フィルタとラグ・リード・フィルタを用いたPLLの欠点
d. パッシブ・フィルタ 3次形PLLを設計する
e. アクティブ・フィルタ 3次形PLLを設計する
f. チャージポンプ出力 3次形PLLを設計する
2. ループ・フィルタ定数を求め評価する
a. 完全積分3次形PLLをボーデ線図で表す
b. アクティブ・フィルタの伝達関数F(s)を求める
c. アクティブ・フィルタを用いたPLLの設計例
d. 決定したループ・フィルタ定数での PLL出力特性
e. 決定したループ・フィルタ定数での SSB位相雑音特性
f. カットオフ周波数fcの最適値はどこか
Ⅵ. 進化するPLL技術
1. 分数分周を備えたPLLの利点
2. 完全デジタル形ADPLLの動向
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