RCポリフェーズフィルタの周波数応答測定に関す...

　RCポリフェーズフィルタの　　

周波数応答測定に関する検討

北見工業大学

福良純也　　谷本洋

1Kitami Institute of Technology

目次

• 目的・背景

• RCポリフェーズフィルタ

• 測定方法および結果

• まとめ

• 今後の課題


IF baseband

DSPBPFBPF

LO1( )2π= fLO1ω LO1

LO2

1

RF

Mixer

0

magunitude

LO

DesiredUndesired

RF -

IFIF

IF

RFRF

12345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456

1

frequency

BPF

12345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456123456789012345612345678901234561234567890123456

DU

U

D

-( )1 RFfLO

11 fLOfLO

目的・背景①


・スーパーヘテロダイン方式

RF:cos(2πRFD t)LO1:cos(2πfLO1 t)

ミキサー出力成分

cos(2π(RFD−fLO1)t )

◆イメージ抑圧　　⇒BPF　　　　↓広帯域化により特性が悪くなる

, cos(2πRFU t)

cos(2π(fLO1−RFU)t )

| RFD−fLO1 |=| fLO1−RFU |= IF

IF baseband

DSP

I

Q

MixerLO1( )2π= fLO1ω LO1

LO2

11212

RF

0

90π/2

0

90

π/2polyphase filter

polyphase filter

0

magunitudeLO

DesiredUndesired

RF -

IFIFIF

RFRF123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234

123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234123456789012341234567890123412345678901234

fLO1fLO1

1

frequency

polyphase filter

( )

12345123451234512345

12345123451234512345

123456123456123456123456

U UD D-1 RFfLO

U-1 RFfLO

目的・背景②

◆イメージ抑圧　　⇒ICM　・広帯域化　・IC化

　　　　↓複素係数フィルタ

RCポリフェーズフィルタ

が有効


測定による評価をしたい

I

Q

I_

Q_

R3R1 R2

R1

R1

R1

R2

R2

R2

R3

R3

R3

C1

C2

C3

C3

C3

C3

C2

C2

C2

C1

C1

C1

in

in

out

out

0

-180

-270

0

90

180

270

(180)

(90)

DesiredUndesired

RF

LO

0

1800

LO

VI

VQ

VI

VQ

270

9090

-90(270)

-45

+45

( + )

Undesired Desired

( + )

( + ) ( + )

( + ) ( + )

( + )

( + )

Vin-45

+45

RCポリフェーズフィルタ①

RF:cos(2πRFD t) , cos(2πRFU

LO:cos(2πfLO t + θ)

Desired : cos(2π(RFD−fLO)t – θ) Undesired : cos(2π(fLO−RFU)t + θ)


Desired

Undesired

-0

-20

-40

-60

-80

-100100Hz 300Hz 1.0kHz 3.0kHz 10kHz

dB

f

1f = (n = 1,2,3)減衰極周波数


ー特徴ー

線形回路 ⇒歪まないばらつきに強い⇒LSIに向く差動入出力　 ⇒LSIに向く

容易な広帯域化２つのパスの振幅・位相の

　バランスが良好　

RCポリフェーズフィルタ②

2πRnCn

OSC input Binput A

C1,C2,C3=3300p

HP4192A

R1=22k, R2=33k, R3=47k

Polyphase Filter ( 3-stages )

π/2

1

10

90

測定構成図

・測定における差動入出力の実現　 ⇒付加回路が必要（＝補償が必要）■被測定回路と測定器のみで

　　　　　　　　　特性を測定したい

・測定器（インピーダンスアナライザ）　⇒シングルエンド入出力


H1(s)

H3(s)

H4(s)

H2(s)

(s)Y

(s)

I

YQ

(s)X I

(s)XQ

庄野らの方法

Y I(S)=H1(S)XI(S) –H2(S)XQ(S)

YQ(S)=H3(S)XI(S)+H4(S)XQ(S)

正の周波数応答（XI(S)=A(S) , XQ(S)=jA(S)）

I:実部　Q:虚部

負の周波数応答（XI(S)=A(S) , XQ(S)= –jA(S)）

=(H1I –(–H2Q))+j(H1Q –H2I) =H1(S) –jH2(S)YI(S)

A(S)

YI(S)

A(S)=(H1I –H2Q)+j(H1Q –(–H2I)) =H1(S)+jH2(S)


Y I(S) =V I out(S)–V I out(S)

YQ(S)=VQ out(S)–VQ out(S)

線形回路　⇒　重ね合わせ　⇒　周波数応答を計算

OSC input Binput A

C1,C2,C3=3300p

HP4192A

R1=22k, R2=33k, R3=47k


Desired

Undesired

-0

-20

-40

-60

-80

-100100Hz 300Hz 1.0kHz 3.0kHz 10kHz

dB

f

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0.1 1 10周波数（kHz）

電圧利得（dB）

single-end(正) single-end(負)


・シングルエンドでの　測定回数：16回

測定構成図と結果①

検討


・測定器精度0.01dB　（ダイナミックレンジ40dB）

出力側に十分な同相除去比（CMRR）

　　　　の差動増幅器が必要

・差動出力を測定結果から計算することによる問題

・引き算による差分と精度の関係

・減衰極付近でほぼ等しい大きさどうしの引き算　⇒誤差が大

・引き算してから測定しよう

100k 100k

100k 100k

Vin

VoutVin

LM741

LM741

LM741

GAIN : 0dBCMRR:70dB

OSC input Binput A

C1,C2,C3=3300p

HP4192A

R1=22k, R2=33k, R3=47k


測定構成図②


・シングルエンドでの　測定回数：８回

インスツルメンテーションアンプを応用

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0.1 1 10周波数（kHz）

電圧

利得

（dB

）差動増幅器(正) 差動増幅器(負)

single-end(正) single-end(負)


測定結果②

まとめ


今後の課題

・高周波での測定法について

・回路の線形性を利用しての周波数応答測定

・試作したRCポリフェーズフィルタのイメージ抑圧度と測定器の測定精度の問題

・出力側に差動増幅器◆庄野らの方法により入力側の

　　付加回路（反転増幅器・９０°移相器）がいらない

OPアンプは使えない

・良好な測定が可能

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