アップコンバータ／ダウンコンバータのRF・LO・IF周波数設計

設計判断の順序

帯域の両端で所望波とイメージを計算する

理想ミキサでは |m·fRF±n·fLO| の組合せが生じます。ダウンコンバートは通常 |fRF-fLO|、アップコンバートは fIF+fLO または |fLO-fIF| を利用します。中心周波数だけでなく、RF、LO、IFのすべての端点で計算します。

ローサイドLOは所望RFより低く、ハイサイドLOは高くなります。実数IFではハイサイド注入により周波数順序が反転するため、チャネル表、校正テーブル、変調解析にも反映させます。

イメージ除去をシステム仕様にする

イメージは別の正当な混合関係で同じIFへ入る不要入力です。影響は入力レベル、プリセレクタ、ミキサ応答、後段帯域で決まります。IQ／イメージ除去方式では振幅差と直交位相誤差が限界となるため、周波数、温度、利得状態、校正経過時間を含む残留イメージを同じ出力基準面で規定します。

現実的な低次スプリアス表を作る

対象RF・LO範囲の低次 mRF±nLO、LO高調波、シンセサイザ基準スプリアス、妨害波間IMD、クロック折返しを列挙します。理論上の全組合せではなく、実際の入力で励起され、実際の帯域を通過するものを判定します。

LOを周波数だけで指定しない

LO駆動は変換損失／利得、圧縮、相互変調を変えます。分配器、スイッチ、ケーブル、温度、ミスマッチを含め、コンバータLO端で最小・公称・最大値を指定します。過大駆動も漏洩、自己混合、DCオフセット、圧縮を悪化させます。

チャネル間隔と妨害波に対応するオフセット位相雑音、周波数分解能、セトリング、位相連続性、トリガタイミングも含めます。RF-LO、LO-IF、RF-IFアイソレーションは保護対象が異なるため個別に測定します。

利得、雑音、直線性を同時に閉じる

受信機ではミキサ前利得がカスケードNFを改善する一方、妨害波ヘッドルームを減らします。送信機では後段が線形で、後置フィルタが有効な場合に限りLOとイメージの相対値を改善できます。実波形、チャネル負荷、妨害波、利得状態でP1dB、IP3、出力雑音、EVMを評価します。

検証手順

1. RF・LO・IF基準面まで校正し、治具補正を記録する。
2. 全帯域端点とLO状態で所望変換と順序を確認する。
3. 計算したイメージ帯域へ信号を注入する。
4. 変換応答、リターンロス、各ポート間漏洩を測る。
5. 定義済み範囲でスプリアス探索を行う。
6. 代表的な間隔と波形でP1dB、二信号IMDを測る。
7. 位相雑音、セトリング、切替過渡を確認する。
8. 温度、電源、利得状態を変えて量産試験項目へ絞る。

よくある失敗

• 中心周波数だけでIFを選ぶ。
• ハイサイド注入の周波数順序反転を無視する。
• イメージ入力レベルと基準面なしで除去量を示す。
• 公称LO駆動だけを評価する。
• 裸ミキサと増幅・フィルタ内蔵モジュールを直接比較する。
• 低次高調波混合やLO漏洩を保護インターフェースで確認しない。

RFQ／受入れに必要な情報

• 入力・出力帯域、瞬時帯域、ステップ、ガード帯域
• 所望和差積、側波帯、順序反転の可否
• LO範囲、駆動公差、位相雑音、高調波、セトリング
• イメージ帯域と必要システム除去量
• 妨害波および低次スプリアス条件
• 基準面での変換応答、NF、P1dB、IP3、EVM
• RF-LO、LO-IF、RF-IF漏洩限度
• フィルタ責任、温度、電源、制御、量産データ

次の設計作業

• 周波数変換／IF処理ファミリを見る
• イメージ／スプリアス用フィルタを検討する
• 評価・量産試験を計画する
• RF・LO・IF・妨害波条件を技術照会する