چکیده

با اجرای کامل بیدو-۳ سامانه ناوبری ماهواره‌ای جهانی، عملکرد تراشه‌های RF برای تضمین دقت و قابلیت اطمینان موقعیت‌یابی سیستم حیاتی شده است. این مقاله به بررسی نقش و طراحی بهینه‌ی مدولاتور Σ-Δ در چیپ RF بیدو-۳, با تمرکز بر کاهش نویزهای اضافی کسری در نوسازگر فرکانسی حلقه قفل‌شده فازی (PLL) و بهبود عملکرد کلی سیستم.

۱. چالش‌های فنی و راه‌حل‌های تقسیم‌کننده‌های کسری در چیپ‌های RF

در چیپ RF بیدو-۳, سینتی‌ساز فرکانس حلقه قفل‌شده فازی مسئول تولید سیگنال نوسانگر محلی است. از آنجا که فرکانس‌های حامل در بیدو سیستم، مضربی غیرصحيح از فرکانس مرجع هستند،, تقسیم‌کننده‌های کسری ضروری هستند. با این حال، تقسیم‌کننده‌های کسری سنتی باعث تولید شاخه‌های فرعی کسری می‌شوند که خلوص طیف خروجی را کاهش می‌دهند.

برای رسیدگی به این مسئله،, مدولاسیون Σ-Δ از فناوری استفاده می‌شود. این تکنیک نویزهای جزئی را به نویز کوانتیزه‌شده تبدیل کرده و با به‌کارگیری روش‌های شکل‌دهی نویز، آن‌ها را به فرکانس‌های بالاتر منتقل می‌کند. سپس ویژگی‌های پایین‌گذر PLL آن‌ها را فیلتر کرده و عملکرد سیستم را به‌طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد.

II. طراحی بهینه‌شده‌ی مدولاتور Σ-Δ MASH 1-1-1 برای چیپ‌های RF

مطالعه بر یک متمرکز است مدولاتور Σ-Δ مدل MASH 1-1-1, که تضمین می‌کند شکل‌دهی مؤثر نویز را بدون پیچیدگی و مصرف منابع زیاد مدولاتورهای مرتب بالاتر فراهم کند. با این حال، برای برخی مقادیر کسری ورودی، مدولاتور پارازیت‌های ساختاری را نشان می‌دهد که به صورت خطوط طیفی مزاحم در طیف خروجی ظاهر می‌شوند.

از طریق تحلیل دقیق، وقوع این پارازیت‌ها به برابری بیت آخر مقدار ورودی وابسته است. وقتی مقدار ورودی زوج باشد، تناوب در توالی خروجی مدولاتور منجر به ظهور قله‌های طیفی در ناحیه فرکانس‌های بالا می‌شود، به‌ویژه با مقدار ورودی ۰٫۲۵.

III. طراحی نوآورانه مدار دیتر برای بهینه‌سازی چیپ RF

برای کاهش پارازیت‌های ساختاری، یک طراحی‌شده‌ی ویژه مدار دایتر معرفی شد. با تزریق یک دنبالهٔ شبه‌تصادفی به مدولاتور، دوره‌ای بودن دنبالهٔ خروجی مختل می‌شود. روش‌های سنتی تزریق دیتر نویز اضافی درون‌باند ایجاد می‌کنند، اما این مطالعه یک طرح نگاشت بهبودیافته برای کاهش نویز معرفی می‌کند:

طرح نقشه‌برداری جدیدنقشه‌برداری دودویی سنتی (−۱، ۱) به نقشه‌برداری چهار ارزشی (−۲، −۱، ۰، ۱) گسترش یافته است که امکان کنترل دقیق‌تر دیتر را فراهم می‌کند.

شکل‌دهی بهینه‌سازی پردازشیک تابع شکل‌دهی نویز درجهٔ اول بر روی سیگنال دیتر اعمال می‌شود که به‌طور مؤثر نویز درون‌باند را کاهش داده و استفاده از منابع را بهینه‌سازی می‌کند.

نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که این روش دیتر بهبودیافته به‌طور قابل‌توجهی پارازیت‌های ساختاری را کاهش می‌دهد و در عین حال نویز کم درون‌باند را حفظ می‌کند، حتی برای مقادیر ورودی کسری مانند 0.1251، 0.6265، 0.5014 و 0.2511.

IV. پیاده‌سازی مدار و تأیید عملکرد

این مطالعه شامل طراحی یک مجموعه کامل بود. مدولاتور ۱-۱-۱ مش مدار منطقی. این شامل یک انباشتگر سه‌مرحله‌ای آبشاری و مدار شکل‌دهی نویز اختصاصی است که برای بهینه‌سازی شده است. چیپ RF بیدو-۳‘باندهای فرکانسی مشخص آن (B11، B2a، B2b و B3). شبیه‌سازی‌های رفتاری با استفاده از نرم‌افزار Modelsim عملکردی عالی را در تمامی موارد آزمون نشان دادند که تأیید می‌کند:

سرکوب مؤثر شپُرهای کسری

نرمی بهبودیافته طیف خروجی

عملکرد بهبودیافته نویز فازی سیستم

V. ارزش فنی و چشم‌اندازهای کاربردی چیپ‌های RF

بهینه‌شده مدولاتور Σ-Δ طراحی به چالش‌های فنی مرتبط با تقسیم فرکانس کسری در ... می‌پردازد. چیپ RF بیدو-۳. نوآوری‌های کلیدی عبارتند از:

بهینه‌سازی ساختاری برای سرکوب پارازیت‌های مدولاتور

یک روش نقشه‌برداری نوین برای کنترل بهبودیافتهٔ دیتر

تعادلی میان عملکرد و مصرف منابع

این تراشه RF طراحی نه تنها پشتیبانی می‌کند بیدو-۳ اما برای سایر سامانه‌های جهانی ناوبری ماهواره‌ای نیز نویدبخش است. با گسترش کاربردهای ناوبری، این پیشرفت‌ها از بخش‌های حیاتی مانند رانندگی خودران، کشاورزی دقیق و ارتباطات اضطراری پشتیبانی خواهند کرد.

VI. نتیجه‌گیری

The تراشه RF طراحی برای بیدو-۳ با استفاده از یک بهینه‌سازی‌شده مدولاتور Σ-Δ عملکرد تراشه را ارتقا می‌دهد، راه‌حلی برای نویزهای فرکانسی کسری ارائه می‌کند و قابلیت اطمینان کلی سیستم را بهبود می‌بخشد. با پیشرفت مستمر تراشه‌های RF برای ناوبری ماهواره‌ای، این فناوری‌ها راه را برای سیستم‌های ناوبری جهانی دقیق‌تر، کارآمدتر و مقیاس‌پذیرتر هموار می‌کنند.