Agilent 平衡測定の例： SAWフィルタ Application Note 1373-5 概要 SAWフィルタは、非常に急峻な応答特性、比較的に低い挿入損失、低コストのため、無線通信機器に広く使用されています。また、その物理的な構造についてもシングルエンドRFポート、差動RFポート、およびそれらの組み合わせとしてデザインできます。そのために回路デザイナは、不平衡回路と差動回路のメリットをフルに活かすことが可能です。一般にSAWフィルタは、比較的に高いポート・インピーダンスでデザインできます。そのため、電力消費を最小限に抑える必要がある携帯電話には好都合です。ポート1 ポート2 ポート3 ポート4 ご注意 2002 年 6 月 13 日より、製品のオプション構成が変更されています。カタログの記載と異なりますので、ご発注の前にご確認をお願いします。平衡RFポートと50Ω以外のインピーダンスとの組み合わせは、SAWフィルタの特性評価やそのデザインへの組み込みを、困難なものにすることが多くあります。 Agilentの平衡測定システムはその解決をサポートし、またSAWフィルタのテストやデザインを、50Ωシングルエンド・コンポーネントの場合と同様の簡単なものにします。ミックスドモードSパラメータ回路がシングルエンド・スティミュラスを持つか差動スティミュラスを持つかによって電気的に異なるため、シングルエンドSパラメータでは平衡デバイスの性能を十分に評価できません。したがって、差動回路のデザインに従来のシングルエンドSパラメータを用いると、誤った結果が導かれることがあります。 350Ωのデータは、スミス・チャートの中心に近い反射を示しています。インピーダンスに対する相当量の容量性成分をはっきりと見ることができます。挿入損失の多くが除去されたため、伝送パラメータはフィルタ特性をより正確に表わしています。マルチポート・シングルエンドSパラメータに加えて、終端インピーダンスの変更は、通過帯域リップルと除 Agilentの平衡測定システムはミックスドモードSパラメ去特性にも影響しています（図4）。ータの測定が可能です。ミックスドモードSパラメータにより、平衡デバイス内の2つのモード（差動およびコモン）の伝搬が可能となり、スティミュラスとレスポンスを独立させて平衡デバイスを評価できます。実際のポート1 ポート2 デバイスの測定データにより、これを説明します。シングルエンドSAWフィルタの Sパラメータ図1に示したポートを持ったシングルエンドSAWフィルタを考えます。ポート3 ポート4 図1. シングルエンドSAWフィルタ図2. 700Ωデバイスの50ΩシングルエンドSパラメータこのような例として、Sawtek社の製品でポート・インピーダンスが両方の平衡ポートで差動700Ωのデバイスがあります。このデバイスの50ΩシングルエンドSパラメータを、図2に示します。反射パラメータは、各ポートの入力インピーダンスが 50Ωよりかなり高く、少し容量性があることを示しています。また伝送パラメータは、フィルタの帯域幅とスカートの形状が示しています。このデータにおける第一の問題は、350Ω終端としてデザインされたこのフィルタを50Ωのシステムで測定していることです。このために、伝送パラメータには、抵抗損失に加えて相当量の不整合損失を含んでいます。図3は、同じデバイスを350Ωのシステムで測定したものです。 2 ミックスドモードSAWフィルタの Sパラメータこの例のSAWフィルタは差動信号でドライブされているため、シングルエンドSパラメータでは十分な評価が行えません。したがって、このデバイスのミックスドモードSパラメータを測定する必要があります。図5のデータは、図3と同じSAWフィルタのミックスドモードSパラメータです。ここでは、各終端は350Ωです。また、差動モード基準インピーダンスは700Ω、コモンモード基準インピーダンスは175Ωです。図3. 700Ωデバイスの350ΩシングルエンドSパラメータ左上の象限は、2ポート差動スティミュラス／差動レスポンス特性を示しています。通過帯域の中心周波数の入力インピーダンスはスミス・チャートの中心にあり、シングルエンド・データのようなインピーダンスの容量性シフトはありません。出力インピーダンスも、同じような特性を示しています。平衡ペアの2つのポートは互いに分離されていないため、差動整合はシングルエンド整合と異なっています。伝送特性は、このデバイスを差動ドライブしたときの損失を示しています。差動システムに挿入したときの、このフィルタの挿入損失は約8.9dBです。これに対して、シングルエンド伝送特性の挿入損失は14.5dBでした。コモンモード・スティミュラスとコモンモード・レスポンスによるフィルタ特性は、右下の象限に示しています。入力ポートと出力ポートの双方とも、非常に大きな反射を示しています（−0.1dBに満たないリターン・ロス）。この結果、非常に大きな挿入損失となっています（60dBを超える）。差動モード利得のコモンモード利得に対する比は、このデバイスのコモンモード除去比を示し、その値は通過帯域において50dBを超えています（図6）。図4. 終端インピーダンスの変更による通過帯域リップルと除去特性への影響 3 図5. 700ΩデバイスのミックスドモードSパラメータ図6. 50dBを超えるコモンモード除去比（CMRR）図7. 差動モード・スティミュラスでの、コモンモード出力に対する差動モード出力の比。図5の左下と右上の象限は、このデバイスのモード変換性能を示しています。これらのパラメータはすべて非常に小さく、このフィルタが極めて対称的であることを示しています。このフィルタの入力に差動信号を加えた場合、非常に良好な対称性によって、大きな差動信号と非常に小さなコモンモード信号が出力されます。これら2成分の振幅の比は、図7に示すように25dBを超えています。 4 非理想的なSAWフィルタの性能前出の例は、非常に優れた性能を持つSAWフィルタの特性でした。ここでは、あまり理想的でないデバイスを評価することにより、Agilent平衡測定システムの優れた機能を説明します。このようなデバイスのシングルエンドSパラメータを、図8に示します。このデバイスは入力ポートが差動100Ω、出力ポートが差動500Ωとなるようにデザインされています。2つの入力端子でのシングルエンド整合は非常に差があり、また明らかにポート3に問題があります。2つの出力端子は互いに似ていますが、500Ωデザインのためにトレースはスミス・チャートの端にあります。さらにS23、 S32、S34、S43はすべて他の伝送パラメータに比較して過大な挿入損失を示すため、伝送特性もポート3における問題を示しています。前出の例と同様、適切なインピーダンスのシステムでデータを見ることによって、出力端子の整合がスミス・チャートの中心に近づき、挿入損失も減少します（図9）。図8. シングルエンドSパラメータ図9. 挿入損失の減少最後に、図10のミックスドモード・データも調べる必要があります。ミックスドモードSパラメータの差動モードの象限（左上）は、ポート3での問題のために入力が差動100Ωに正しく整合せず、40Ω＋j15Ωに近いことを示しています。出力は差動500Ωに良く整合しており、伝送特性をSDD21パラメータで見ることができます。コモンモード性能（右下の象限）は、出力ポートにおける大きな反射を示しています。また入力におけるコモンモード反射により、入力ポートでの問題が表れています。 5 モード変換の象限を調べると、フィルタがシステム性能に与える影響がわかります。フィルタ入力での差動スティミュラス（左下の象限）によって、SCD11パラメータが示すように、フィルタはシステムに反射して戻るかなりの量のコモンモード信号が発生します。順方向伝送（SCD21）では大きなコモンモード成分は発生していませんが、逆方向伝送では、差動モード成分にほぼ匹敵するようなコモンモード成分が発生します。フィルタ入力でのコモンモード・スティミュラス（右上の象限）から、システムに反射して戻るかなりの量の差動モード信号が発生します。順方向伝送では、コモンモード入力はフィルタ出力において大きな差動モード信号に変換されます。逆方向伝送では、コモンモードから差動モードへの変換は非常に小さなものです。したがって、順方向伝送での差動モードからコモンモードへの変換はかなり低いものの、同方向でのコモンモードから差動モードへの変換は非常に大きくなります。コモンモードから差動モードへの変換は、このデバイスのためにシステムがEMIに影響されやすいことを示しています。図10. ミックスドモード・データ結論これらの例は、Agilent平衡測定システムがいかに有効かを示しています。SAWフィルタの性能評価をサポートする主要機能として、次のようなものがあります。 ● マルチポートによるデバイス測定 ● 各ポートで任意の基準インピーダンスを定義可能 ● ミックスドモードSパラメータの表示 ● ユーザ定義パラメータの設定これらの機能によって、SAWフィルタなどの平衡デバイスを簡単に、しかも総合的に特性評価して、高性能差動システムに組み込むことができます。 6 関連資料『Agilentの平衡測定の実例：バラン Application Note 1373-6』カタログ番号5988-2924JA 『平衡コンポーネント用測定ソリューション Product Overview』カタログ番号5988-2186JA 主なWebサイト Agilent平衡測定システムの詳細については、以下のサイトを参照してください。 www.agilent.com/find/balanced コンポーネント・メーカ向けのページ： www.agilent.com/find/component_test 7 Copyright 2001 アジレント・テクノロジー株式会社 October 10, 2001 5988-2922JA 0000-00DEP