Abstrakt

Mit der zunehmenden Verbreitung des Beidou-Satellitennavigationssystem, die RF-Chip spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung hoher Leistung und Zuverlässigkeit. Dieser Artikel befasst sich mit dem Entwurf und der Implementierung eines Beidou RF-Chip der sich mit Bluetooth-Interferenzen befasst, die eine große Herausforderung für integrierte und miniaturisierte Navigationsendgeräte darstellen. Durch die Abschwächung von Bluetooth-Störungen verbessert dieser Chip die Qualität von RDSS-Kurznachrichten (Radio Determination Satellite Service), die für Bereiche wie geologische Katastrophenüberwachung, hydrologische Untersuchungen und Schiffsnavigation unerlässlich sind.

I. Hintergrund der Störung und technische Herausforderungen

Bluetooth-Geräte, die im Bereich der 2,402-2,480 GHz Frequenzbandes, sind nur 8 MHz von der unteren Grenze des Beidou RDSS-Empfangsband. Da die Sendeleistung von Bluetooth in der Regel bei 0 dBm und die Leistung des RDSS-Signals bei -100 dBm liegt, kann der Unterschied zwischen diesen Signalen bis zu 60 dB betragen. Aufgrund der Nähe dieser Frequenzen und der Bandbreitenbeschränkungen können herkömmliche RF-Filter können solch starke Störungen nicht wirksam beseitigen, was zu einer Sättigung des Empfänger-Frontends führt und die Empfindlichkeit des Systems und die Kommunikationsqualität beeinträchtigt.

Um diese Störung zu beheben, wurde ein Beidou RF-Chip mit fortschrittlichen Filtertechniken und robustem Schaltungsdesign ist entscheidend für die Verbesserung der Zuverlässigkeit des Systems in schwierigen Umgebungen.

II. Systemarchitektur Entwurf des RF-Chips

Die Beidou RF-Chip verwendet eine Doppelwandler-Architektur, die eine Off-Chip-Anlage integriert Akustische Oberflächenwellen (SAW) Filter mit einem aktiven On-Chip-Filter, um einen hochlinearen und störungsresistenten Empfängerkanal zu schaffen. Die Architektur umfasst:

1. Erste Stufe der Frequenzumwandlung

In der ersten Stufe wird das HF-Signal auf eine höhere Zwischenfrequenz (IF) herunterkonvertiert. Das Off-Chip SAW-Filter bietet eine Unterdrückung von über 40 dB außerhalb des Frequenzbandes, wodurch Bluetooth-Interferenzen effektiv aus dem Signal eliminiert werden.

2. Frequenzumwandlung und Filterung in der zweiten Stufe

Das Signal wird weiter auf eine niedrigere Frequenz herunterkonvertiert, wo ein On-Chip Aktiver RC-Filter führt eine sekundäre Filterung durch. Diese zweistufige Filterung gewährleistet ein optimales Gleichgewicht zwischen Leistung und Integration. Zusätzlich wird eine 30 dB rauscharmer Verstärker (LNA) ist enthalten, um eine Signalsättigung zu verhindern und eine hervorragende Linearität zu gewährleisten.

III. Entwurf von Schlüsselschaltungen und Simulation von RF-Chips

1. Frequenzumwandlungsschaltkreis der ersten Stufe

Der passive Mischer in der ersten Schaltungsstufe bietet eine außergewöhnliche Linearität. Die Simulationsergebnisse zeigen:

1.Stabilität gewinnen innerhalb von 10-12 dB.

2.Rauschzahl unter 15 dB.

3.Hoher Eingang 1 dB Kompressionspunkt bei -5 dBm, was eine zuverlässige Leistung in störungsreichen Umgebungen gewährleistet.

2. Filterung in der zweiten Stufe und Verstärkungsregelung

Die 6-stufiger programmierbarer Verstärker kombiniert mit einem RC-Tiefpassfilter erreicht einen Verstärkungseinstellbereich von 55 dB und sorgt für eine hervorragende Unterdrückung von Außerbändern. Die Verstärkungsstufen sind mit 8 dB pro Stufe fein abgestimmt und ermöglichen eine präzise Kontrolle über die Filterbandbreite.

IV. Testüberprüfung und Leistungsanalyse

Die Beidou RF-Chip wurde unter Verwendung eines 0,13 μm RFCMOS Prozess und verpackt in einem QFN64. Die wichtigsten Testergebnisse umfassen:

1.Rauschzahl: Die Gesamtrauschzahl des Empfängerkanals beträgt weniger als 15 dB.

2.Linearität: Der 1-dB-Kompressionspunkt am Eingang erreicht -35 dBm, was eine hohe Linearität in Gegenwart starker Interferenzen beweist.

3.Anti-Interferenz-Leistung: Unter -45 dBm Bluetooth-Störungen, hält der Empfänger erfolgreich den RDSS-Signalempfang mit einem Träger-Rausch-Verhältnis von 42-44 aufrecht. Selbst bei realen Tests zur Satellitenausrichtung konnte der Empfänger trotz der Nähe zu einem Bluetooth-Gerät Kurznachrichten empfangen.

V. Schlussfolgerung und Marktbedeutung von RF-Chips

Die Beidou RF-Chip die in dieser Studie entwickelt wurde, entschärft Bluetooth-Interferenzen durch eine hybride Architektur mit doppelter Frequenzumwandlung und fortschrittlichen Filtertechniken. Die Innovationen umfassen:

1.Passive Mischer mit hoher Linearität und programmierbare Verstärkungsfilter die einen Empfang mit hohem Dynamikbereich in störungsintensiven Umgebungen ermöglichen.

2. die Integration von Off-Chip SAW-Filter und On-Chip aktive Filter die Frequenzstörungen durch Bluetooth-Geräte erheblich reduzieren.

Dieses Design löst nicht nur Interferenzprobleme für Beidou-Terminals sondern legt auch den Grundstein für künftige RF-Chip Entwicklung in anderen Bereichen, wie z. B. Entschärfung von 4G/5G-Interferenzen und eine breitere Verwendung in IoT Geräte. Die Skalierbarkeit dieser Technologie birgt ein erhebliches Marktpotenzial für Branchen, die robuste Satellitennavigationssysteme benötigen, darunter Autonomes Fahren, Präzisionslandwirtschaft, und Notfallkommunikation.