Frequency Synthesizer for Advanced Wireless Systems: Challenge of Frequency Synthesis by New Principle Analog Sine Function Circuit

用于高级无线系统的频率合成器：新原理模拟正弦函数电路对频率合成的挑战

• 批准号: 22K18815
• 负责人: 野坂 秀之
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18815/
• 关键词: 周波数シンセサイザ; DDS; アナログ; スプリアス; 正弦関数; 無線; 正弦

ダイレクトデジタルシンセサイザ（DDS）において、位相情報を振幅情報に変換するリードオンリーメモリ（ROM）の機能を新原理に基づくアナログ技術で代替する新回路を提案した。具体的には、差動増幅器の透過特性がtanh関数に近似できることを利用し、ランプ波電圧を入力して、360度に相当する擬似正弦電圧を生成・出力する新回路を提案した。従来、差動増幅器により180度に相当する擬似正弦電圧を生成する回路は報告されていたが、本回路は360度に相当する擬似正弦電圧の生成が可能であるため、デジタル演算による補数発生回路が不要になり、DDSを大幅に低消費電力化できる。個別部品の組み合わせにより提案するDDS回路の原理確認ボードを実現し、DDS動作を実証した。原理確認ボードでは、アキュムレータ出力のスプリアスレベルが-2.8dBであったのに対して、DDS出力のスプリアスレベルを概ね-50dB程度まで低く抑えることができ、新原理に基づくアナログ技術の基本動作を検証することができた。今回、スプリアスレベルを-50dB程度に低減できたことは、擬似正弦関数回路の精度が十分に高いことを意味する。さらに、予備実験では、基準電圧発生回路を信号発生用DACのレプリカ回路で生成する回路構成とした。この工夫により、プロセス・電源電圧・環境温度（PVT）が変動した場合に信号と基準電圧が同方向に変動し、これらの変動が後段の差動増幅回路で相殺することになる。従って、PVT変動を補償する回路技術についても本予備実験にて実証できた。

The new principle of DDS function, phase information, amplitude information conversion, basic technology and replacement are proposed. The transmission characteristics of differential amplifier are similar to those of tanh amplifier. A new circuit is proposed to generate and output quasi-sinusoidal voltage. The generation of quasi-sinusoidal voltage corresponding to 180 degrees in the differential amplifier circuit is possible, and the generation of quasi-sinusoidal voltage corresponding to 360 degrees in the differential amplifier circuit is not necessary. DDS greatly reduces the power consumption. The principle of DDS loop confirmation for individual component assembly is shown and DDS operation is verified. Principle confirmation: DDS output is-2.8 dB, DDS output is-50 dB. The accuracy of the pseudo-sinusoidal loop is very high. The circuit configuration of the reference voltage generation circuit and the signal generation DAC circuit is described in detail below. When the time, voltage, ambient temperature (PVT) changes, the signal and reference voltage change in the same direction, and the differential amplitude loop changes in the subsequent stage. The loop technology that compensates for PVT variations has been proven in practice.