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designideas
2004年3月号
直接デジタル波形合成ICを2つ使ったASK回路

ノエル・マクナマラ アイルランドのアナログ・デバイセズ社
Noel McNamara Analog Devices, Inc.
　RFID＊システムやケーブル・モデムなどの通信システムでは、AM＊（振幅変調）が使われている。本稿では、直接デジタル波形合成＊ICを2つ使って、AMやASK＊（振幅偏移変調）を簡単に実現する方法を紹介する。
　直接デジタル波形合成ICには、米アナログ・デバイセズ社の「AD9834」を使う。このICは50MHzのクロック信号で動作し、電流出力に対応する。このICを2つ以上使う場合は、それぞれの出力を共通の終端抵抗に接続することで、出力信号を足し合わすことができる（図1）。IC1とIC2はそれぞれ、内部位相レジスターを2つ（P0とP1）、内部周波数レジスターを2つ（F0とF1）搭載している。2つのICが同じ周波数の正弦波を出力した場合、合成した信号の振幅はそれぞれの信号の位相に依存して変化する。従って、4つの振幅レベルを得られることになる。
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　表1にIC1とIC2を使って生成した4つの出力レベルを示す。P0AはIC1の位相レジスター0、P1AはIC1の位相レジスター1、P0BはIC2の位相レジスター0、P1BはIC2位相レジスター1を示す。ユーザーはPSELピン、もしくは制御レジスター内のPSELビットを使って、希望する出力レベルを選択する。図2は、表1に示した4つの位相の組み合わせに対応する、共通終端抵抗RTERMの結合点における波形である。位相レジスターを適切な値にプログラムすることで、0V〜フルスケール電圧（約600mV）までの任意の信号レベルを得られる。
　IC1とIC2ともに同じマスター・クロック（MCLK）を使う。ただし正しい信号レベルを得るためには、出力点において2つのICを同期させなければならない。従って、2つのICの位相と周波数を設定した後に、RESET信号を両方に同時に印加することで同期を取る。このほかソフトウエア的に同期を取ることも可能だ。実現方法は2つある。1つはRESETピンに正パルスを入力する方法。もう1つは制御レジスター内のリセット・ビットを「1」にセットしてMCLKを止め、次に制御レジスター内のリセット・ビットを「0」にセットしてMCLKを再スタートさせる方法である。いずれにせよ、2つのICが同時にリセット状態から抜け出せることを保証している。
　1つのICのRESETピン、もしくは制御レジスター内のリセット・ビットを「0」と「1」の間で切り替えれば、100％の振幅変調（AM）を実行できる。このICはリセット状態の場合、D-A変換器の出力は中間レベルに設定されている。リセット状態から抜け出すと、あらかじめ設定されている正弦波がIOUTから出力される。
　2つのICから出力された信号の和による振幅レベルを計算するには、各信号を回転ベクトルで表現する必要がある（図3）。合成した回転ベクトルの振幅と位相は、以下の手順で簡単に計算できる。
　各ベクトルの長さを1と仮定すれば、
● x1＝cos（45度）＝0.707、
y1＝sin（45度）＝0.707
● x2＝cos（180度）＝−1.0、
y2＝sin（180度）＝0
● x3＝x1＋x2＝−0.293、
y3＝y1＋y2＝0.707
● 合成ベクトルの振幅：
● 合成ベクトルの位相：
180度−tan−1（y3/x3）＝112.5度
　1つのICが100Ωの終端抵抗に出力できる最大の出力電圧レベルは、RSET＝6.8kΩのときに320mVppである。従って、この例の場合、実現可能な電圧レベルは320mV×0.765＝244.8mVになる。合成ベクトルの位相は、2つの入力ベクトルの位相に依存する。このため入力ベクトルの位相変化に伴って、位相の不連続点が生じる可能性がある。過渡状態における位相の不連続点は、合成位相p3を固定角度、例えば180度≧p2＝360度−p1のような角度に設定することで避けられる。
　具体的には、
sin（2πf＋p1）＋sin（2πf＋p2）＝
2cos（0.5（p1−p2））×sin（2πf＋（p1＋p2）/2）
　希望する振幅値：A＝2cos（0.5（p1−p2））、p1−p2＝2cos−1（A/2）
　合成位相：p3＝（p1＋p2）/2
従って、p1＝180度＋cos−1（A/2）、およびp2＝180度−cos−1（A/2）を用いれば、過渡状態における位相シフトが存在しない振幅Aが求められる。
用語解説 / 会社情報
【RFID】
radio frequency identification
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【AM】
amplitude modulation
振幅変調
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【直接デジタル波形合成】
direct digital synthesis
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【ASK】
amplitude shift keying
振幅偏移変調
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