PHASE DETECTOR

CD-552R2/CD-552R3/CD-552R4

CD-552R2 CD-552R3 CD-552R4

位相検波器

CD-552R2は周波数範囲100Hz～20kHz、CD-552R3は周波数範囲1kHz～200kHz、
CD-552R4は周波数範囲10kHz～2MHzのオンボード位相検波モジュールです。
信号系は利得1倍の入力増幅器、位相検波器（PSD=Phase Sensitive Detector）、1次系ローパスフィルタ（LPF）、利得可変出力増幅器から構成されています。出力ローパスフィ
ルタの遮断周波数は1kHzで外付抵抗1本の追加により低域拡張可能です。利得は1～10倍の範囲で設定可能です。参照信号系は0°/90°移相器とデューティ比50%回路から構成されており、90°位相差を持った参照信号を用意しなくてもA sin φまたはA cos φの位相検波が可能です。また、指定ピン接続により2fモードにすると、デューティ比50%の参照信号の入力により、2倍の周波数による位相検波が可能です。
外形は、厳重に静電シールドされた20ピンのシングルインラインパッケージ（S I P）であり、高精度信号処理と高密度実装の両立が可能です。

▼絶対定格
電源電圧（±Vs）
信号入力電圧
参照信号入力電圧
ロジック制御電圧±18V±Vs＋5.5V、−0.5V＋5.5V、−0.5V▼信号系▽信号入力部型 名
入力インピーダンス
線形最大入力電圧
入力許容スルーレート

CD-552R2
10kΩ±5%以内＠100Hz±10V以上5V/μs以下

CD-552R3
10kΩ±5%以内＠1kHz

CD-552R4
2.5kΩ±5%以内＠10kHz
130V/μs以下▽位相検波部
検波方式
検波特性

動作周波数範囲
利 得（φ＝0）

利得誤差
位相差（信号系/参照系）

方形波掛算による同期整流方式
Vout＝Vin・A・cosφ
Vout：検波直流出力、Vin：入力信号（同期成分）
A：利得、φ：信号系と参照系の位相差100Hz〜20kHz
1kHz〜200kHz
1Vdc/Vpk（正弦波）：⑫、⑬ピン開放
10Vdc/Vpk（正弦波）：⑫、⑬ピン短絡
外付抵抗（⑫-⑬ピン）により1〜10Vdc/Vpkの範囲で設定可能±3%以内±0.5°以内（typ）＠100Hz、−0.05°（typ）
＠1kHz、−0.5°±0.5°以内（typ）＠20kHz−8°（typ）＠200kHz

10kHz〜2MHz0±0.5°以内（typ）
＠10kHz、＋13°（typ）＠2MHz▽ローパスフィルタ
次 数
遮断周波数

1次系（6dB/oct）
1kHz±10%：⑨-⑩
ピン短絡
外付抵抗、外付キャパシタにより低域拡張可能▽検波出力
出力インピーダンス
線形最大出力電圧
線形最大出力電流オフセット電圧オフセット電圧調整

50Ω±10%以内＠100Hz50Ω±10%以内＠1kHz±10V以上 ＠DC 負荷抵抗≧2kΩ
±5mA以上 ＠DC±15mV以内、±5mV（typ）
入力短絡、利得1Vdc/Vpk
外付け半固定抵抗器により0Vに調整可能（⑭ピン）50Ω±10%以内＠100kHz

93

位相検波器

10kHz±10%：⑨-⑩
ピン短絡
外付抵抗、外付キャパシタにより低域拡張可能

PHASE DETECTOR▼参照信号系▽参照信号入力
型 名
入力回路
入力電圧
片極性（1f）モード
極性切換
パルス幅
入力周波数範囲
両極性（2f）モード
モード設定
入力波形
入力周波数範囲

CD-552R2
CD-552R3
CMOSシュミットトリガ入力、100kΩにてプルアップ
トリップポイント＋3.5V/＋1.5V（typ）
CMOS（0/＋5V）
レベル
立上りまたは立下りエッジのいずれかを基準とする⑰ピン開放または ＋5V ：立上り基準
0V ：立下り基準
50ns以上100Hz〜20kHz
1kHz〜200kHz
立上りと立下りエッジの両方を基準とする
参照信号入力（⑱ピン）と極性切換入力（⑰ピン）を接続する
デューティ比50%100Hz〜10kHz
1kHz〜100kHz

CD-552R4

10kHz〜2MHz10kHz〜1MHz▽0°90°移相器
機 能
0°90°位相差制御制御入力回路

参照信号入力（⑱ピン）を0°または90°移相することより、COSまたはSINの検波を可能にする。
−90±0.5°
以内＠20kHz−90±0.5°以内−90±0.5°以内−90±0.1°以内（typ）−90±0.1°以内（typ）
＠1MHz⑯ピン開放または ＋5V ：0° （COS）
0V ：−90°（SIN）
CMOSシュミットトリガ入力
100kΩにてプルアップ▼その他
動作電源電圧
消費電流
性能保証温度範囲
温湿度範囲
外形寸法
質 量（NET）
RoHS±15V±1V±25mA（max）、±20mA（typ）
23℃±5℃
動作 −20〜70℃、10〜90%RH
保存 −30〜80℃、10〜80%RH
66.7×10.5×19mm（突起物は含まず）
SS20型（20pinシールドSIP）
約20g
Directive 2011/65/EU±35mA（max）、±26mA（typ）注）特記なき場合は、23℃±5℃、電源電圧±15V

パターン設計隣接チャネルのパターン同一方向であれば最小10mm間隔で配置できます。

信号ピン用ランド（20箇所）

ケースグラウンド用ランド
（2箇所）

＞10

φ1.5ランド
φ0.8スルーホール

φ4.0ランド
φ2.0スルーホール

2.54
7.62

19×2.54＝48.26（7.62）

63.510.5

パターン寸法図5.25 (5.25)

位相検波器

94

ケースグラウンドは必ずGND電位に接続してください。グラウンドに接続されない場合、十分なシールド効果が得られません。
部品実装面の最大外形線上に信号パターンを配置しないでください。最大外形近辺は金属のケースが基板と接触しますので、信号とケースがショートしトラブルの原因となります。ケースのシールド効果を高めるためにも、最大外形線上およびその内側はグラウンドプレーンを推奨します。

1.6

63.566.7

外形寸法

（1.6）

CD-552R2/CD-552R3/CD-552R4
ブロック図

基本接続図× 1 AMP

PSD＋

LPF fC

A:1〜10× A＋

15.9k

Cint−

SIG INREF

9CD-552R2/R310k10000p

1617181920OUT

内部の移相器を0°/90°に切り換えます。これにより検波器の入出力関係をA・cosφかA・sinφに切り換えることができます。
［A：入力信号の振幅（o-p）φ：入力信号と参照信号の位相差］
HI＝A・cosφ （0°）（オープン時設定）
LO＝A・sinφ （90°）
参照信号の基準極性を切り換えます。ここで設定したエッジが位相の基準となります。また参照信号のデューティが50％の場合には、この端子をREF IN端子と接続することで参照信号の2倍の周波数での検波が可能です。
HI＝立ち上がりエッジを基準（オープン時設定）
LO＝立ち下がりエッジを基準
REF IN端子と接続＝立ち上がり、立ち下がり両エッジを基準

RV1＋15V 100kΩ−15V

10121314

CD-552R2/R3/R4435COS

0.1μ 0.1μ（CER）（CER）

CD-552R4
2.5k
1000p

Rg

202CASE
GND

15GND

14REF IN

13REF POL

12GND

11＋5V
100k

SIN/COSGND

OFFSET

10OFFSET−15V

REF POL

9R G1

GND＋15V

SIN/COS

8R G2

SIG IN

Rin
Cfint

7GND

6RF

5CF4NC

3NC

2SIG GND

CASE
GND

1100k
100k

OFFSET

1＋5V＋15V −15V

GAIN
Cf

Rf

100k

39Rin

50＋15V−15V

16SIN＋S117OUT

6, 11, 15, 19
18−
S2SIN/COS REF POL

REF IN

5V0V■■利得の設定
CD-552R2/R3/R4はゲイン1〜10倍可変の出力アンプを内蔵しています。最大出力電圧は10V o - pですので、これを超えない範囲で後段の処理回路に最適になるように設定してください。  2.9873×104
Rg＝−3.3×103［Ω］  A−1    
A：利得［倍］
設定値代表例
利 得
抵抗値×1∞×226.7kΩ

×54.12kΩ×100

出力のDCオフセットを調整します。±15Vまで入力可能ですので半固定抵抗の両端を±15Vに接続し、摺動端子をこの端子に接続してください。SIG INをグラウンドに接続し、REF INに信号を与えて動作状態にして出力のオフセットを調整してください。

■■LPFの設定

CD-552R2/CD-552R3

13
Rf ＝−15.9×10［Ω］）
・fc［Hz］
2π・（1×10−8＋C［F］ffc：遮断周波数
Cf：外付けキャパシタ
設定値代表例

遮断周波数
1Hz
10Hz
100Hz
1kHz
（等価雑音帯域幅）（1.57Hz） （15.7Hz） （157Hz） （1.57kHz）
抵抗値
1.43MΩ 1.58MΩ
143kΩ
0キャパシタ値
0.1μF
—
—
—

位相検波器

CD-552R2/R3/R4に内蔵のLPFは1次形で、外付けのCRにより1kHz（10kHz）以下の周波数に設定できます。出力信号として必要な帯域・応答性・ゆらぎを考慮のうえ、最適な周波数に設定してください。
CD-552R4

13−15.9×10［Ω］）
・fc［Hz］
2π・（1×10−9＋C［F］
ffc：遮断周波数
Cf：外付けキャパシタ
設定値代表例
Rf ＝

遮断周波数
10Hz
100Hz
1kHz
10kHz
（等価雑音帯域幅）（15.7Hz） （157Hz） （1.57Hz）（15.7kHz）
140kΩ
1.58MΩ
143kΩ
0
抵抗値
0.1μF
———
キャパシタ値

Rfの値は2MΩ以下に抑えてください。
理論的にはこれ以上も可能ですが、オフセット、DCドリフト、雑音が悪化します。外付けキャパシタ（C f）を併用して2MΩ以下に抑えてください。

95

PHASE DETECTOR
特性

図CD-552R2
利得変動
10kHz基準 利得10倍

位相オフセット
00.5
0.4
位相オフセット［deg］

利得誤差［％］

0.3
0.2
0.1
0.0
ｰ0.1
ｰ0.2

ｰ1ｰ2

ｰ0.3
ｰ0.4
ｰ0.5
1001k

周波数［Hz］

10k

ｰ3100100k

1k
周波数［Hz］

利得誤差‐温度特性

位相オフセット‐温度特性

0.6

10.8
位相オフセット［deg］

利得誤差
［％］

0.4
0.2
100020k

ｰ0.20.6
0.4
0.2

100Hz

0
ｰ0.2

20kHz

ｰ0.4
ｰ0.6

ｰ0.4

ｰ0.8ｰ0.6ｰ20

特100k10k性0図2040
温度［℃］60ｰ1ｰ2080

02040
温度［℃］

6080CD-552R3
利得変動
10kHz基準 利得10倍

位相オフセット
00.50.4

位相検波器

位相オフセット [deg]

利得誤差［％］

0.3
0.2
0.1
0.0ｰ0.1
ｰ0.2
ｰ0.3ｰ2ｰ4ｰ6ｰ8ｰ0.4
ｰ10ｰ0.511010011000

10

利得誤差‐温度特性
位相オフセット変動［deg］

2

利得誤差［%］

0.4
0.2
0ｰ0.2
ｰ0.4
02040

温度［℃］

961000

位相オフセット‐温度特性

0.6

ｰ0.6ｰ20100
周波数［kHz］

周波数［kHz］

6080

10200kHz1kHz

ｰ1ｰ2ｰ20020
温度［℃］406080CD-552R2/CD-552R3/CD-552R4
特性図

CD-552R4

位相オフセット

2.020.0

1.515.0

1.010.0

位相オフセット［deg］

利得誤差［％］

利得変動
10kHz基準 利得10倍

0.50.0ｰ0.5ｰ1.05.00.0ｰ5.0ｰ10.0ｰ15.0

ｰ1.5ｰ20.0ｰ2.01101001000

11000010

利得誤差‐温度特性

10000

位相オフセット変動［deg］

40.4
利得誤差［%］

1000

位相オフセット‐温度特性

0.6

0.20.0ｰ0.2ｰ0.4ｰ0.6ｰ20100
周波数［kHz］

周波数［kHz］

020
温度［℃］

406080322MHz

10ｰ110kHzｰ2ｰ3ｰ4ｰ20020406080

温度［℃］

位相検波器

97PHASE DETECTOR

CD-552R2/CD-552R3/CD-552R4

ダイナミックレンジと安定度の確保のために位相調整■■信号の前処理

CD-552R2/CD-552R3/CD-552R4を使って位相検波をする
場合、検波感度の最適化、処理系の移相キャンセルなどの目的で位相調整を行うことがあります。
その場合には、電圧制御移相器CD-951V3/CD-951V4を併用して位相調整をしてください。参照信号の移相量を直流電圧で連続的に可変することができます。

検波器の入力レベルの最適化や出力アンプの設定だけでは十分なS/N比が得られない場合、入力信号のS/N比を上げるために検波器の前にフィルタをいれる場合があります。
フィルタにはローパス、ハイパス、バンドパス、バンドエリミネーションがあり、非同期信号の周波数成分や振幅からフィルタの特性や遮断周波数を決定します。
バンドパスフィルタは同期信号以外のすべての信号を減衰させますので、S / N比の改善量は最大となります。しかし、中心周波数付近での位相の変化量が比較的大きく、中心周波数の温度ドリフトなどにより位相が変化し検波誤差を発生する要因となります。できるだけ低次（できれば1次）で低いQに設定することで、位相ドリフトを押さえることができます。
ローパスフィルタ、ハイパスフィルタは高域または低域の信号を減衰させます。バンドパスにくらべてS/N比の改善量は少なくなりますが、通過域での位相の変化量が少なく遮断周波数の変動による検波誤差が少なくなります。
バンドエリミネーションは特定の周波数の信号のみを比較的大きく減衰させます。非同期信号が特定の周波数の場合、効率良くS/N比を改善することができます。通過域での位相の変化量が最も少なく遮断周波数の変動による検波誤差は最小です。

■■入力信号レベル
CD-552R2/ R3/R4の最大入力レベルは10Vpkです。これを越えない範囲で、できるだけ大きなレベルの同期信号を入力することが、ダイナミックレンジの確保につながります。
実際の入力信号は、同期信号だけではなく雑音などの非同期成分が含まれていますので、それらを含んだ状態で10V p k以下の振幅にする必要があります。
例えば、同期信号と非同期信号をあわせた1Vpk信号の中に、0.1Vpkの信号同期信号があったとします。これをCD-552R2/R3/R4で検波すると、後段のD Cアンプを10倍に設定しても出力は1V d cにしかなりません。この条件ではまだ許容入力レベルに余裕がありますので、CD-552R2/R3/R4の前に10倍のアンプを挿入し最大入力電圧いっぱいの10V p kの信号を入力します。この場合、後段のD Cアンプを10倍に設定した検波出力は10Vdcとなり、出力側でも最大レベルの信号を得ることができます。

PSD

信号入力

検波出力

×1
バッファアンプ

LPF
0/90°
移相器

出力アンプ

CD-552R3

0/90°
切換

参照信号入力±90°
移相器

デューティ50％0/180°
移相器

CD-951V4移相量制御電圧0/180°
切換

評価用基板
本モジュールをお手軽にご評価いただくために、モジュールを実装済みの評価用基板をご用意いたしました。ご希望の方にはお貸し出しを致しておりますので、お気軽にお問い合わせください。

■■ベクトル検波ボード

VD-291

ワンボード化したロックインアンプとして。

位相検波器■■出力アンプ
入 力 の 信 号 を 最 適 化 し て も 検 波 出 力 が 小 さ い 場 合、出 力
アンプを用いて出力レベルを最適化します。そのために、
CD-552R2/R3/R4はゲイン1〜10倍可変の出力アンプを内蔵しています。最大出力電圧は10Vdcですので、これを越えないように注意して、後段の処理回路に最適な電圧になるよう利得設定してくだい。
ただし、ゲインをあげることによりDCドリフト、オフセット電圧、出力ノイズは増加しますのでご注意ください。
本器は、位相検波器 CD-552R2／CD-552R3／CD-552R4 を用いた直交位相検波の結果から、入力信号中の参照信号と同期した成分の振幅と位相をDSPにより算出し、アナログ電圧として出力するユニットです。
（P.108）●直交検波による振幅・位相の計測が可能●広帯域、検波周波数範囲●ボード化により、多チャネルの組込み用途に対応

98