ADF5336 vs ADF4372 ミリ波PLLシンセのC/N

低エラー・レート広帯域SDR入門

ミリ波PLLシンセサイザICのC/N測定

今回，ミリ波PLLシンセサイザのC/N（キャリア対ノイズ比）を実測し，ADF5336とADF4372の動作比較を行いました． 測定対象は，mmcon1とmmcon2の2系統で，それぞれ同じ接続方式で構成しています． 信号源（SG）から1GHzのIF信号を出力し，それを入力として使用します． それぞれのmmconからはRF信号を出力し，ミリ波に対応したスペクトラム・アナライザでC/Nを測定しました．

RBW（分解能帯域幅）は1kHzに設定されていますが，実際のC/Nに換算するには1Hzベースで考える必要があります． スケールが異なるため，グラフ上で30dB下がって見える値が，実際の1Hz換算後のC/Nです． mmcon1とmmcon2の間では，C/Nの差が明確に観測されました．

周波数とVCO感度の関係

周波数設定は，1GHzのIFに対しローカルが28GHzとなっており，出力信号は27GHzと29GHzの2成分が生成されます． このうち，29GHzに着目しています． 29GHzを選択した理由は，28GHzローカルを加算した際の条件下でVCO（電圧制御発振器）の感度が関係しているためです．

電圧と周波数の特性によってVCOの感度は大きく変化します． ADF5336もADF4372も，それぞれ内部に4つのVCOをもち，周波数帯域に応じて切り替えて動作します． これにより階段状の周波数特性が形成されます． 階段の切り替わり位置は，別のVCOへの切り替えを意味します． このような構成はディスクリートでは困難ですが，IC実装により実現されています．

1つの物理VCOだけで全体をカバーする構成では，感度変動が大きくなります． 本比較では，感度が比較的安定した範囲を選定して測定しています． これが29GHzの測定条件における背景です．

測定結果とEVMへの影響

29GHzで比較した結果，mmcon1のC/Nは，ベストな条件にもかかわらず40dB程度低下して見えました． この数値は，変調波の種類や帯域幅によって見方が変わりますが，大まかにEVM（誤差ベクトル振幅）換算で1%程度に相当します． RBWが1kHzであることや，積分帯域の影響も考慮に入れる必要があります．

C/Nが40dB改善されると，スペクトラム・アナライザのフロアに到達し，測定限界に達します． mmcon2は，まさにこのような状態でした． 一方，感度が大きくC/Nが悪化しやすい条件（例：31GHz）でも測定を行いました． この場合，ローカルは32GHz，出力は31GHzで設定し，スペクトラム・アナライザの測定範囲限界に近づいています．

mmcon1のC/Nは大きく悪化し，5G通信の実験環境ではEVMの劣化が顕著でした． 28GHz帯域では問題ありませんが，32GHzでの運用には課題が残ります．

1. OFDM信号を帯域40MHzで通すと，C/Nの劣化がはっきりと見える
2. mmcon1では発振が発生するケースが確認された
3. mmcon2はスペアナのフロアに達しており，実力の評価が困難

以上のように，VCOの感度や周波数設定によるC/Nの差異は，EVMや通信性能に直接影響します． それぞれのシンセサイザの特性を理解したうえで，適切な帯域と条件で使用することが重要です．

〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 1990年　無線通信機器メーカで設計開発．その後，計測器メーカでRF測定機器，半導体試験装置の設計開発
• 2017年　フリーランスエンジニアとして独立，無線通信機器やSDR機器の受託開発
• 2019年　株式会社ラジアンとして法人化，現在に至る

著書

1. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.1　分散型マルチビーム無線機のハードウェア］，ZEPエンジニアリング．
2. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.2　1エレメント1モジュール独立分散型の理由］，ZEPエンジニアリング．
3. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.3　ソフトウェアによるマルチビーム制御の実験］，ZEPエンジニアリング．
4. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.4　非接触共振カプラによるアレイ・チャネル拡張］，ZEPエンジニアリング．
5. ［Webinar/KIT/data］Arm M4/M7/DSP×500MHz！STM32H7ハイスペック計測通信Module開発，ZEPエンジニアリング．
6. 高感度受信！ソフトウェア無線機の心臓部“Root-Raised Cosine Filter”の設計，ZEPエンジニアリング．
7. 超長距離無線LoRaからローカル5Gまで！GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機，ZEPエンジニアリング．
8. 自宅で設計・開発！USBミクスト・シグナル・アナライザ Analog Discovery Pro 3000 誕生，ZEPエンジニアリング．
9. 高精度基準搭載＆1GSPS広帯域！プロ用USBマルチ測定器 ADP5250誕生，ZEPエンジニアリング．
10. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.1]，ZEPエンジニアリング．
11. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.2]，ZEPエンジニアリング．
12. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.3]，ZEPエンジニアリング．
13. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.4]，ZEPエンジニアリング．
14. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.5]，ZEPエンジニアリング．
15. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.6]，ZEPエンジニアリング．
16. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.7]，ZEPエンジニアリング．
17. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.8]，ZEPエンジニアリング．
18. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.9]，ZEPエンジニアリング．
19. GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機，ZEPエンジニアリング．
20. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ MkⅡ【z-mmcon2】（mz-mmcon1後継機），ZEPエンジニアリング．
21. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ【mz-mmcon1】（生産終了，後継機 z-mmcon2），ZEPエンジニアリング．
22. ［KIT］実験用28GHzミリ波パッチ・アンテナ【mz-mmant1】，ZEPエンジニアリング．
23. ［KIT］実験用800M～6GHz 広帯域90°ハイブリッド【mz-qhybrid】，ZEPエンジニアリング．
24. ［KIT］実験用27.5G-29.5GHzバンド・パス・フィルタ【mz-mmbpf1】，ZEPエンジニアリング．
25. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ【z-pptgen-on1】，ZEPエンジニアリング．

参考文献

1. ［VOD］MATLAB/Simulink×FPGAで作るUSBスペクトラム・アナライザ，ZEPエンジニアリング．
2. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング．
3. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！初めてのIoT向け基板アンテナ設計，ZEPエンジニアリング．
4. ［VOD/KIT］初めてのソフトウェア無線＆信号処理プログラミング 基礎編/応用編，ZEPエンジニアリング．
5. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング．