Abstrakt

Mit der vollständigen Umsetzung des BeiDou-3 globalen Satellitennavigationssystems, die Leistung der RF-Chips ist für die Gewährleistung der Positionierungsgenauigkeit und Zuverlässigkeit des Systems von entscheidender Bedeutung. Dieses Papier befasst sich mit der Rolle und dem optimierten Design des Σ-Δ-Modulator im BeiDou-3 RF-Chip, Der Schwerpunkt liegt auf der Abschwächung von Störimpulsen im Frequenzsynthesizer des Phasenregelkreises (PLL) und der Verbesserung der Gesamtsystemleistung.

I. Technische Herausforderungen und Lösungen für fraktionierte Teiler in RF-Chips

In der BeiDou-3 RF-Chip, ist der Frequenzsynthesizer mit Phasenregelkreis für die Erzeugung des lokalen Oszillatorsignals zuständig. Da die Trägerfrequenzen im BeiDou sind nicht-ganzzahlige Vielfache der Referenzfrequenz, Fraktionszähler sind unerlässlich. Herkömmliche Bruchteiler erzeugen jedoch Bruchausschläge, die die Reinheit des Ausgangsspektrums beeinträchtigen.

Um dieses Problem anzugehen, Σ-Δ-Modulation Technologie eingesetzt. Bei dieser Technik werden gebrochene Ausschläge in Quantisierungsrauschen umgewandelt und Rauschformungstechniken angewendet, um diese Ausschläge auf höhere Frequenzen zu verschieben. Die Tiefpasscharakteristik der PLL filtert sie dann heraus und verbessert die Systemleistung erheblich.

II. Optimierter Entwurf eines MASH 1-1-1 Σ-Δ Modulators für RF Chips

Die Studie konzentriert sich auf eine MASH 1-1-1 Σ-Δ-Modulator, der eine effektive Rauschformung gewährleistet und gleichzeitig die Komplexität und den Ressourcenverbrauch von Modulatoren höherer Ordnung vermeidet. Bei bestimmten gebrochenen Eingangswerten weist der Modulator jedoch strukturelle Parasitika auf, die sich als störende Spektrallinien im Ausgangsspektrum manifestieren.

Eine detaillierte Analyse hat ergeben, dass das Auftreten dieser Störungen mit der Parität des Eingangswerts zusammenhängt. Bei einem geraden Eingangswert führt die Periodizität in der Ausgangssequenz des Modulators zu spektralen Spitzen im Hochfrequenzbereich, insbesondere bei einem Eingangswert von 0,25.

III. Innovativer Dither-Schaltungsentwurf für RF-Chip-Optimierung

Zur Abschwächung struktureller Parasiten wird eine speziell entwickelte Ditherschaltung wurde eingeführt. Durch Einspeisung einer Pseudo-Zufallssequenz in den Modulator wird die Periodizität der Ausgangssequenz gestört. Herkömmliche Dither-Injektionsmethoden führen zusätzliches In-Band-Rauschen ein, doch in dieser Studie wird ein verbessertes Mapping-Schema zur Rauschreduzierung eingeführt:

Neues Mapping-Schema: Die herkömmliche binäre Zuordnung (-1, 1) wird zu einer vierwertigen Zuordnung (-2, -1, 0, 1) erweitert, was eine präzisere Dithersteuerung ermöglicht.

Shaping Processing Optimierung: Auf das Dithersignal wird eine Rauschformungsfunktion erster Ordnung angewandt, die das In-Band-Rauschen wirksam reduziert und gleichzeitig die Ressourcennutzung optimiert.

Die Simulationsergebnisse zeigen, dass diese verbesserte Dithermethode die strukturellen Parasiten deutlich reduziert und gleichzeitig ein geringes In-Band-Rauschen beibehält, sogar für fraktionale Eingangswerte wie 0,1251, 0,6265, 0,5014 und 0,2511.

IV. Schaltungsimplementierung und Leistungsüberprüfung

Die Studie umfasste den Entwurf eines vollständigen MASH 1-1-1 Modulator Logikschaltung. Dazu gehören ein dreistufiger kaskadierter Akkumulator und eine spezielle Schaltung zur Rauschformung, die für die BeiDou-3 RF-Chip‘spezifischen Frequenzbänder (B11, B2a, B2b und B3). Verhaltenssimulationen mit der Software Modelsim ergaben eine hervorragende Leistung in allen Testfällen und bestätigten dies:

Wirksame Unterdrückung fraktionierter Ausläufer

Verbesserte Glättung des Ausgangsspektrums

Verbessertes Phasenrauschen des Systems

V. Technischer Wert und Anwendungsperspektiven von RF-Chips

Die optimierte Σ-Δ-Modulator Entwurf die technischen Herausforderungen, die mit der fraktionierten Frequenzteilung im BeiDou-3 RF-Chip. Zu den wichtigsten Innovationen gehören:

Strukturelle Optimierung zur Unterdrückung von Störeinflüssen im Modulator

Ein neues Mapping-Verfahren für eine verbesserte Dither-Steuerung

Ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Ressourcenverbrauch

Diese RF-Chip Design unterstützt nicht nur BeiDou-3 aber auch für andere globale Satellitennavigationssysteme vielversprechend. Mit der Ausweitung der Navigationsanwendungen werden diese Fortschritte wichtige Sektoren wie das autonome Fahren, die Präzisionslandwirtschaft und die Notfallkommunikation unterstützen.

VI. Schlussfolgerung

Die RF-Chip Design für BeiDou-3 unter Verwendung eines optimierten Σ-Δ-Modulator steigert die Leistung des Chips, bietet eine Lösung für Fractional Spurs und verbessert die Zuverlässigkeit des gesamten Systems. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von RF-Chips für die Satellitennavigation ebnen diese Technologien den Weg für genauere, effizientere und skalierbarere globale Navigationssysteme.