چکیده

با پذیرش روزافزون سامانه ناوبری ماهواره‌ای بیدو, ، آن تراشه RF نقش محوری در تضمین عملکرد بالا و قابلیت اطمینان ایفا می‌کند. این مقاله به بررسی طراحی و پیاده‌سازی یک چیپ RF بیدو که به تداخل بلوتوث می‌پردازد، چالشی مهم که دستگاه‌های ناوبری یکپارچه و مینیاتوری با آن روبه‌رو هستند. با کاهش تداخل بلوتوث، این تراشه کیفیت پیام‌های کوتاه سرویس تعیین موقعیت رادیویی ماهواره‌ای (RDSS) را بهبود می‌بخشد که برای حوزه‌هایی مانند پایش بلایای زمین‌شناسی، مطالعات هیدرولوژیکی و ناوبری کشتی‌ها ضروری است.

۱. پیش‌زمینه تداخل و چالش‌های فنی

دستگاه‌های بلوتوث، در حال کار در ۲٫۴۰۲–۲٫۴۸۰ گیگاهرتز باند فرکانسی، تنها ۸ مگاهرتز با حد پایین فاصله دارند. باند دریافتی RDSS بیدو. با توان ارسال بلوتوث که معمولاً در ۰ دسی‌بل مِت (dBm) قرار دارد و توان سیگنال RDSS در −۱۰۰ دسی‌بل مِت (dBm)، اختلاف بین این سیگنال‌ها می‌تواند تا ۶۰ دسی‌بل برسد. به دلیل نزدیکی این فرکانس‌ها و محدودیت‌های پهنای باند، سنتی فیلترهای RF نمی‌تواند چنین تداخل قوی را به طور مؤثر از بین ببرد، که منجر به اشباع بخش ورودی گیرنده و به خطر افتادن حساسیت سیستم و کیفیت ارتباط می‌شود.

برای مقابله با این تداخل، یک چیپ RF بیدو استفاده از تکنیک‌های پیشرفتهٔ فیلترینگ و طراحی مدارهای مستحکم برای بهبود قابلیت اطمینان سیستم در محیط‌های چالش‌برانگیز امری حیاتی است.

II. طراحی معماری سیستم تراشه RF

The چیپ RF بیدو معماری دوگانه-تبدیلی را اتخاذ می‌کند و یک آف-چیپ را یکپارچه می‌سازد. موج صوتی سطحی (SAW) فیلتر با یک فیلتر فعال روی تراشه برای ایجاد یک کانال گیرنده بسیار خطی و مقاوم در برابر تداخل. معماری شامل:

۱. تبدیل فرکانس مرحله اول

در مرحلهٔ اول، سیگنال RF به یک فرکانس میانی بالاتر (IF) پایین‌تبدیل می‌شود. آف‌چیپ فیلتر SAW بیش از ۴۰ دسی‌بل رد کردن خارج از باند را فراهم می‌کند و عملاً تداخل بلوتوث را از سیگنال از بین می‌برد.

۲. تبدیل فرکانس و فیلترسازی مرحله دوم

سیگنال سپس به فرکانس پایین‌تری پایین‌تبدیل می‌شود، جایی که یک مدار روی تراشه فیلتر فعال RC فیلترسازی ثانویه را انجام می‌دهد. این فیلترسازی دو مرحله‌ای تعادل بهینه‌ای بین عملکرد و یکپارچگی را تضمین می‌کند. علاوه بر این، یک تقویت‌کننده کم‌نویز ۳۰ دسی‌بل (LNA) برای جلوگیری از اشباع سیگنال و حفظ خطیّت عالی گنجانده شده است.

III. طراحی و شبیه‌سازی مدار کلیدی تراشه‌های RF

۱. مدار تبدیل فرکانس مرحلهٔ اول

میکسر غیرفعال در مدار مرحلهٔ اول خطیّت استثنایی را ارائه می‌دهد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند:

1.به ثبات دست یابید در محدوده ۱۰–۱۲ دسی‌بل.

2.عدد نویز زیر ۱۵ دسی‌بل.

3.نقطهٔ فشرده‌سازی ۱ دسی‌بل با ورودی بالا در -۵ دسی‌بل، عملکرد قابل‌اعتمادی را در محیط‌های پر از تداخل تضمین می‌کند.

۲. فیلترینگ مرحله دوم و کنترل بهره

The تقویت‌کننده بهره قابل برنامه‌ریزی ۶ مرحله‌ای در ترکیب با یک پاس‌کم RC دامنهٔ تنظیم بهره را تا ۵۵ دسی‌بل فراهم می‌کند و در عین حال رد عالی خارج از باند را حفظ می‌نماید. گام‌های بهره با دقت ۸ دسی‌بل در هر مرحله تنظیم شده‌اند که امکان کنترل دقیق عرض باند فیلتر را فراهم می‌آورد.

IV. اعتبارسنجی آزمون و تحلیل عملکرد

The چیپ RF بیدو با استفاده از یک ساخته شد 0.13 میکرومتر RFCMOS در یک ... فرآوری و بسته‌بندی شده کیو‌اف‌ان ۶۴. نتایج کلیدی آزمون‌ها عبارتند از:

1.مقدار نویزمقدار نویز کلی کانال گیرنده کمتر از ۱۵ دسی‌بل است.

2.خطی بودننقطهٔ فشرده‌سازی ورودی ۱ دسی‌بل به -۳۵ دسی‌بل‌م می‌رسد که نشان‌دهندهٔ خطیّت بالا در حضور تداخل قوی است.

3.عملکرد ضد تداخل: زیر تداخل بلوتوث -۴۵ دسی‌بل, گیرنده با موفقیت دریافت سیگنال RDSS را با نسبت حامل به نویز ۴۲–۴۴ حفظ می‌کند. حتی در آزمایش‌های واقعی هم‌ترازی ماهواره‌ای، گیرنده ارتباطات پیام کوتاه را با وجود نزدیکی به یک دستگاه بلوتوث به پایان رساند.

V. نتیجه‌گیری و اهمیت بازار چیپ‌های RF

The چیپ RF بیدو طراحی‌شده در این مطالعه به‌طور مؤثر تداخل بلوتوث را از طریق معماری ترکیبی شامل تبدیل دوبرابر فرکانس و تکنیک‌های پیشرفته فیلترینگ کاهش می‌دهد. نوآوری‌ها شامل:

1.میکسرهای غیرفعال با خطیّت بالا و فیلترهای بهره قابل برنامه‌ریزی که امکان دریافت با محدوده دینامیکی بالا را در محیط‌های پر از تداخل فراهم می‌کنند.

۲. یکپارچه‌سازی خارج از تراشه فیلترهای SAW و روی تراشه فیلترهای فعال که تداخل فرکانسی ناشی از دستگاه‌های بلوتوث را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند.

این طراحی نه تنها مشکلات تداخل را برای ترمینال‌های بیدو اما همچنین پایه‌ای برای آینده می‌ریزد تراشه RF توسعه در سایر کاربردها، مانند کاهش تداخل 4G/5G و کاربرد گسترده‌تر در اینترنت اشیاء دستگاه‌ها. مقیاس‌پذیری این فناوری پتانسیل بازار قابل‌توجهی برای صنایعی دارد که به سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای مقاوم نیاز دارند، از جمله رانندگی خودران، کشاورزی دقیق، و ارتباطات اضطراری.