आरएफ चिप्स, आधुनिक वायरलेस संचार और नेविगेशन प्रणालियों के मुख्य घटक के रूप में, पूरे सिस्टम की सटीकता, स्थिरता और एकीकरण स्तर को सीधे प्रभावित करते हैं। GNSS (ग्लोबल नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम) RF फ्रंटएंड्स में, फ्रिक्वेंसी सिंथेसाइज़र स्थानीय ऑस्सीलेटर सिग्नल उत्पन्न करने के लिए प्रमुख मॉड्यूल होते हैं, और अंशिक फ्रिक्वेंसी डिवीजन तकनीक उच्च-सटीकता और निम्न स्प्यूरियस फ्रिक्वेंसी सिंथेसिस प्राप्त करने के लिए अनिवार्य है। यह पेपर RF चिप्स में अंशिक फ्रिक्वेंसी डिवीजन समस्या पर केंद्रित है, दो मुख्यधारा के मॉड्युलेटर संरचनाओं का विश्लेषण करता है और मल्टी-मोड नेविगेशन सिस्टम में उनके अनुप्रयोग लाभों और विकास संभावनाओं का अन्वेषण करता है।.

1. आरएफ चिप्स और अंशिक आवृत्ति विभाजन तकनीक का परिचय

GNSS रिसीवरों में, RF चिप्स एंटीना द्वारा प्राप्त कमजोर उपग्रह संकेतों को प्रवर्धित, फ़िल्टर और डाउन-कनवर्ट करती हैं। डाउन-कनवर्जन के लिए आवश्यक स्थानीय ऑसिलेटर संकेत एक फेज-लॉक्ड लूप (PLL) फ्रिक्वेंसी सिंथेसाइज़र द्वारा उत्पन्न किया जाता है, जहाँ आउटपुट फ्रिक्वेंसी fof_ofo और संदर्भ फ्रिक्वेंसी freff_{ref}fref निम्नलिखित शर्त को संतुष्ट करती हैं:

fo = N.F × freff_o

जहाँ N.FN.FN.F कुल विभाजन अनुपात है, जो आमतौर पर अभाज्य संख्या नहीं होता। पारंपरिक पूर्णांक आवृत्ति विभाजन बहु-आवृत्ति और उच्च-सटीकता वाले स्थानीय ऑस्सीलेटरों की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता, जिससे अंशिक आवृत्ति विभाजन तकनीक का उदय हुआ। हालांकि, अंशिक आवृत्ति विभाजन “अंशिक स्प्यूरियस” उत्पन्न करता है, और यदि ये स्प्यूरियस आवृत्तियाँ लूप बैंडविड्थ के भीतर आ जाती हैं, तो उन्हें फ़िल्टर नहीं किया जा सकता, जिससे RF चिप के आउटपुट स्पेक्ट्रम की शुद्धता और सिस्टम प्रदर्शन पर गंभीर प्रभाव पड़ता है।.

2. अंशिक आवृत्ति विभाजन मॉड्यूलेटरों के दो सामान्य संरचनाएँ

संचायक संरचना मॉड्युलेटर

अक्यूमुलेटर संरचना अंशिक आवृत्ति विभाजन के लिए एक प्रारंभिक और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि है। बहु-चरणीय अक्यूमुलेटरों को श्रृंखलाबद्ध करके विभाजन अनुपात NNN और N+1N+1N+1 के बीच स्विच किया जा सकता है, जिससे सांख्यिकीय औसत अंशिक आवृत्ति विभाजन प्राप्त होता है। यह संरचना सरल और कार्यान्वयन में आसान है, लेकिन यह केंद्रित निम्न-आवृत्ति स्प्यूरियस उत्पन्न करती है, जो उच्च स्प्यूरियस पावर के कारण उच्च-स्तरीय RF चिप्स में इसके अनुप्रयोग को सीमित कर देती है।.

MASH1-1-1 Δ-Σ संरचना मॉड्यूलेटर

MASH (मल्टी-स्टेज नॉइज़ शेपिंग) संरचना क्वांटાઇज़ेशन शोर के हाई-पास शेपिंग को प्राप्त करने के लिए कैस्केड में कई प्रथम-क्रम Δ-Σ मॉड्यूलेटर का उपयोग करती है। MASH1-1-1 के लिए इसका ट्रांसफर फंक्शन है:

y(z) = z⁻³·x(z) + (1 – z⁻³)·e³(z)(z)

यह संरचना त्रुटि संकेत e3(z)e_3(z)e3​(z) को उच्च आवृत्तियों पर धकेलती है, जिससे निम्न आवृत्तियों पर आउटपुट स्पेक्ट्रम अधिक स्वच्छ हो जाता है। इसके अलावा, इसकी आउटपुट नियंत्रण शब्द सीमा (उदाहरण के लिए -7 से 7 तक) व्यापक है, जिससे विभाजन अनुपात कई मानों के बीच यादृच्छिक रूप से कूद सकता है, जिससे अवांछित ऊर्जा और अधिक बिखर जाती है तथा बैंड के भीतर फेज शोर और अवांछित संकेत प्रदर्शन में उल्लेखनीय सुधार होता है।.

3. प्रदर्शन सिमुलेशन और तुलनात्मक विश्लेषण

GPS L1 और BD-2 B1 आवृत्तियों वाले सामान्य GNSS सिस्टम परिदृश्यों के लिए, 3.996 मेगाहर्ट्ज़ की मध्यवर्ती आवृत्ति और 16.368 मेगाहर्ट्ज़ की संदर्भ आवृत्ति का उपयोग करके, ADS का उपयोग करके दोनों संरचनाओं का अनुकरण किया गया। परिणाम दिखाते हैं:

अक्यूमुलेटर संरचना में 0–2 मेगाहर्ट्ज़ की सीमा में महत्वपूर्ण अवांछित शिखर हैं, जो PLL की इन-बैंड प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।.

MASH1-1-1 संरचना शोर आकारण के माध्यम से अवांछित ऊर्जा को उच्च आवृत्तियों (जैसे >2 मेगाहर्ट्ज़) पर धकेलती है, जिससे महत्वपूर्ण निम्न-आवृत्ति सीमा में अवांछित ऊर्जा का दमन काफी बेहतर होता है।.

चूंकि PLL लूप बैंडविड्थ आमतौर पर संदर्भ आवृत्ति का 1/10वां (लगभग 1.6 मेगाहर्ट्ज़) होता है, उच्च आवृत्ति के स्प्यूरियस सिग्नल को लूप फ़िल्टर द्वारा प्रभावी रूप से फ़िल्टर किया जा सकता है। इसलिए, MASH संरचना आवृत्ति सिंथेसाइज़र में उच्च-सटीकता वाले GNSS RF चिप्स के लिए अधिक उपयुक्त है।.

4. आरएफ चिप्स में अंशिक आवृत्ति विभाजन तकनीक के विकास के रुझान

जैसे-जैसे नेविगेशन सिस्टम बहु-मोड (BeiDou/GPS/Galileo/GLONASS), बहु-आवृत्ति और उच्च-सटीकता अनुप्रयोगों की ओर विकसित हो रहे हैं, RF चिप्स में आवृत्ति संश्लेषकों का प्रदर्शन दिन-प्रतिदिन अधिक चुनौतीपूर्ण होता जा रहा है। अंशिक आवृत्ति विभाजन तकनीक के भविष्य के विकास का ध्यान निम्नलिखित पर केंद्रित होगा:

उच्च-क्रम Δ-Σ मॉड्यूलेटर: शोर आकारण दक्षता को और बढ़ाना तथा बैंड के भीतर के फेज़ शोर को कम करना।.

पूर्ण डिजिटल पीएलएल (एडीपीएलएल) एकीकरणआरएफ चिप्स में अधिक लचीली मॉड्युलेटर संरचनाओं और कैलिब्रेशन तंत्र प्राप्त करना।.

प्रक्रिया-विरोधी उतार-चढ़ाव डिजाइननैनोमीटर प्रक्रियाओं में मॉड्युलेटर प्रदर्शन की निरंतरता सुनिश्चित करना।.

बहु-आवृत्ति तीव्र स्विचिंगसंज्ञानात्मक नेविगेशन और एंटी-जैमिंग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए गतिशील विभाजन अनुपात विन्यासों का समर्थन।.

5. निष्कर्ष

अंशिक आवृत्ति विभाजन तकनीक आरएफ चिप्स के स्पेक्ट्रम प्रदर्शन और सिस्टम एकीकरण को बढ़ाने में एक महत्वपूर्ण कड़ी है। हालांकि एक्यूम्युलेटर संरचना सरल और उपयोग में आसान है, इसकी स्प्यूरियस प्रदर्शन क्षमता सीमित है। इसके विपरीत, अपनी उत्कृष्ट शोर शेपिंग क्षमताओं के साथ MASH1-1-1 Δ-Σ संरचना, उच्च-प्रदर्शन GNSS आरएफ चिप्स में आवृत्ति संश्लेषकों के लिए अधिक उपयुक्त है। प्रौद्योगिकी और एल्गोरिदम अनुकूलन में प्रगति के साथ, अंशिक आवृत्ति विभाजन तकनीक आरएफ चिप्स को कम बिजली खपत, उच्च सटीकता, और मजबूत जैमिंग-रोधी क्षमताओं की ओर ले जाने के लिए जारी रहेगी, जो अगली पीढ़ी के नेविगेशन और संचार प्रणालियों के लिए ठोस समर्थन प्रदान करेगी।.