セルフパワーで信号を復調する受信回路の設計について

質問

現在、受信側で電源を必要としない、セルフパワーで信号を復調する受信回路をディスクリート部品を用いて設計を行っています。この際、受信側で信号と直流電圧を分離するために、受信モジュールの入力にHPFのためのCと、DC/DCコンバータの入力にLPFのL とCを挿入します。
DC/DCコンバータにはMAX1837と呼ばれるスイッチングレギュレータを用いています。MAX1837の入出力のコンデンサCは10uF、出力部のインダクタLは33uHを入れています。
信号周波数は250kHzでVp-p=1.5Vとなっております。
変調方式はDPSKです。
また、電源のLPFのLは470uH,Cは47uF挿入しています。
伝送路の等価回路モデルは詳しく言うことが出来ず申し訳ないのですが、カットオフ周波数が600kHzほどのRCのローパスフィルタとなっております。
この時、レギュレータの入力部のLを1000uH,C=10uFをしたところ、伝送路の交流信号はほぼ変化せず、LCのLPFを通過後は交流成分はなくなっており、よい結果となったのですが、L=100uH,C=10uFとしたとき、伝送路を通過した後のPSK変調がかかっているときの信号波形がゆがんでしまいました。
LCの時定数が関係しているのかと思い、L=100uH,C=220uFで行ったのですが、同じように波形がゆがんでしまいました。
この結果から、Lの大きさが波形がゆがむ要因になっていると考えられるのですが、なぜLを大きくすると波形がゆがまないのでしょうか？
また、波形がゆがまないための最適なLはどのような値なのか計算から求める方法はあるのでしょうか？
もし、Lのリアクタンスの大きさが関係しているのだとしたら、Lを掃引して実験を行うことで、ある程度絞り込むことができると考えています。
もし、分かる方がいらっしゃいましたら、教えていただけると幸いです。

この投稿のマルチメディアは削除されているためご覧いただけません。

回答No.2

noname#101087 · ベストアンサー

>なぜLを大きくすると波形がゆがまないのでしょうか？

信号周波数 (250kHz) におけるコンバータ側のシャント・インピーダンスが上がるからだと思います。
L に C を並列接続し、信号周波数 (250kHz) 近傍のインピーダンスを上げる手もありますね。
そのほうが、小型にできるでしょう。信号の帯域幅により、L/C を選定すればよさそう…。

お礼

回答ありがとうございます。
なるほど！LとCを並列に接続する方法は考えていませんでした。実は、モジュールの数を複数にする可能性があります。
その際、単純にLをつなぐ場合だと並列につなぐ形になり、Lの抵抗成分が並列の分減ってしまうので、どうしようかと考えておりました。
ですが、LとCを並列にすればその問題も解消できそうですね（Lが1/2になってもCは2倍になりますので）。
この考え方はあっているでしょうか？

回答No.7

noname#101087

>Qとリアクタンス値との関係を当方あまり理解していないので、.....

探すより勘定したほうが早そうですが…。
一応、ご参考まで。
　　　　　↓
　http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H19/html/H1908A04_.html
>□ H19年08月期 A-04 Code:[HB0403] : 並列共振回路で ......

式 (9) です。→　Q = R/(ωL)　→　R = Q*(ωL)

>シャント・インピーダンスをいろいろと調べてみたのですが、よく分かりません .....

確かに「シャント」なんてあまり使いませんね。
辞書から。　→　shunt 【鉄道】側線 :【電気】分路　(たとえば、電流計で余分な電流を流すため、メータに並列させた抵抗はシャント抵抗)
ふつうは「並列」とか「パラレル」で済みます。

お礼

回答ありがとうございます。
返答が遅れてしまい申し訳ありません。
参考URLのおかげで、Qがどのようなものかがよく分かりました。
シャント・インピーダンスに関しては、なんとなくですがイメージがわきました。
早速、明日試してみたいと思います。
いろいろとありがとうございました。

回答No.6

noname#101087

>LC並列共振回路を作る際に気をつけなければいけない点などはありますでしょうか？

100 uH + 4.0 nF の並列共振点 (250KHz) における抵抗値は、100 uH の 250KHz におけるリアクタンス値のほぼ Q 倍。
それを 1000 uH と同等以上にすればよさそうなので、Q > 10 が欲しいところ。

受信モジュールのほうは、C=0.1uF が250 kHz でほとんどショート。したがって、L を付加するマッチングは不要ですね。
もしも伝送路の出力インピーダンス < 受信モジュールの入力インピーダンスなら、電圧ゲインのあるマッチング回路を利用する余地がある、ということぐらい。
　　　↓
　http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Research/RF/projects/60GHz/matching/ImpMatch.html
>Impedance Matching Network Designer

お礼

おはようございます。
回答ありがとうございます。
＞100 uH + 4.0 nF の並列共振点 (250KHz) における抵抗値は、100 uH の 250KHz におけるリアクタンス値のほぼ Q 倍。
それを 1000 uH と同等以上にすればよさそうなので、Q > 10 が欲しいところ。
このQとリアクタンス値との関係を当方あまり理解していないので、もしよろしければ、参考URL、参考書などありましたらご紹介していただいてもよろしいでしょうか？

また、二日前の内容となってしまうのですが、なぜLを大きくすると波形がゆがまないことの理由として
＞信号周波数 (250kHz) におけるコンバータ側のシャント・インピーダンスが上がるからだと思います。
とお答えいただき、シャント・インピーダンスをいろいろと調べてみたのですが、よく分かりませんでした。こちらに関しても、参考URL、参考書などありましたら、ご紹介いただいてもよろしいでしょうか？
何度もお願いすることになり、大変申し訳ないのですが、お時間がありましたらよろしくお願いします。

回答No.5

noname#101087

>受信モジュールへ信号成分だけを通すためにHPFとしてC=0.1uFを挿入しております。
>このとき、並列にLとCを挿入する際、この0.1uFも考慮してCの値を選ぶ必要があるのでしょうか？

コンバータそのものの入力インピーダンス (250 kHz 近傍) が低くなっておれば(ご質問の内容から察するに、低そうです)、
HPF の C に L を直列につないで 250 kHz でのマッチングをとれば少しは利きますかね。
まあ、程度問題ですけど。

>LとCの並列にしたことで、コンバータへの影響が何かあるのでしょうか？

L が 100 uH でも 1000 uH でも、コンバータはチャンと動くんですよね。
どうやら、余計な心配でした。

お礼

回答ありがとうございます。
早速連休明けに試してみたいと思います。

また、LC並列共振回路を作る際に気をつけなければいけない点などはありますでしょうか？
過去ログでLC並列共振回路を調べた際、Lの内部抵抗の影響で、共振周波数でも抵抗値が150Ωほどしかでなかったといったものがありましたので…。

回答No.4

noname#101087

信号周波数 (250kHz) を間違えて、いつの間にか 500 kHz にしてました。
試算しなおしてください。

回答No.3

noname#101087

>LとCを並列にすればその問題も解消できそうですね（Lが1/2になってもCは2倍になりますので）。....

帯域幅の試算。

・1000 uH の場合、500 kHz でのリアクタンスは 3.14 kOhm 。

・100 uH の場合、1 nF を並列接続 して 500 kHz で共振。
　リアクタンスが 3.14 kOhm 以上になるのは、250 kHz ～ 1000 kHz くらいでしょうかね。

コンバータへの影響は度外視してますので、お忘れなく。

お礼

お早い回答ありがとうございます。
計算して実際に実装可能で最適な値を模索してみたいと思います。

また、受信モジュールへ信号成分だけを通すためにHPFとしてC=0.1uFを挿入しております。
このとき、並列にLとCを挿入する際、この0.1uFも考慮してCの値を選ぶ必要があるのでしょうか？
受信モジュールの入力インピーダンス自体はものすごく大きな値となっておりますので、この0.1uFも考慮すべきなのかどうか…

＞コンバータへの影響は度外視してますので、お忘れなく。
LとCの並列にしたことで、コンバータへの影響が何かあるのでしょうか？

再び質問してしまい申し訳ないのですが、お答えいただけると幸いです。

回答No.1

MOMON12345

Lの値が100μHだと250KHzにおけるインピーダンスが約157Ωです。
同様に1mHだと1570Ωになります。
このインピーダンスが伝送路のインピーダンスに対して十分に高ければ信号への影響は皆無となります。
従って伝送路のインピーダンスに対して十分に大きな値のLを入れることが必要になるわけです。

お礼

回答ありがとうございます。

＞従って伝送路のインピーダンスに対して十分に大きな値のLを入れることが必要になるわけです。
伝送路のインピーダンスに対して十分に大きな値のLを入れるとのことですが、具体的に計算式でこれくらいと求めることは可能でしょうか？今のところ、Lの値を掃引して波形がゆがまない最適な値を見つけようと考えております。
もし、お時間がありましたら、回答いただけると幸いです。