RF-chips zijn kerncomponenten in draadloze systemen zoals satellietnavigatie en mobiele communicatie. De prestaties van RF-chips heeft een directe invloed op de stabiliteit en nauwkeurigheid van de hele communicatieverbinding. In GNSS (wereldwijd navigatiesatellietsysteem) RF-chips, fractionele verdelerschakelingen spelen een cruciale rol in frequentiesynthese en helpen om ongewenste signalen te onderdrukken en de signaalkwaliteit te verbeteren. Dit artikel, gebaseerd op een technisch artikel, introduceert systematisch de ontwerpmethoden en prestatieoptimalisatiestrategieën voor fractionele delers gericht op RF-chips in GNSS-toepassingen.

1. Technische achtergrond van RFchips en fractionele verdelers

In GNSS-ontvangers, RF-chips zijn verantwoordelijk voor het ontvangen van hoogfrequente signalen van satellieten en het omlaag converteren naar middenfrequenties voor verdere verwerking. Het genereren van lokale oscillatorsignalen is afhankelijk van een PLL-frequentiesynthesizer (phase-locked loop), waarbij fractionele delers als kern dienen voor flexibele frequentieconfiguratie. Traditionele integer verdeelmethoden kunnen niet voldoen aan de eisen van toepassingen met meerdere frequenties en hoge precisie, waardoor de technologie van fractionele verdelingen een belangrijk aandachtspunt is in de moderne RF-chips ontwerp.

2. Ontwerp en implementatie van fractionele verdeelcircuits

Deze studie presenteert een fractioneel verdeelcircuit ontworpen voor GNSS RF-chips, die willekeurige fractionele delingsverhoudingen binnen het bereik van 16 tot 255 ondersteunt. De schakeling gebruikt een MASH1-1-1 Sigma-delta modulator met noise-shaping technologie om kwantiseringsruis naar hogere frequenties te duwen. Deze ruis wordt vervolgens uitgefilterd door het lusfilter, waardoor fractionele ongewenste signalen effectief worden onderdrukt.

Om de parasitaire problemen in de modulator aan te pakken bij het invoeren van specifieke even waarden (bijv. 0,25, 0,5), introduceerde het onderzoeksteam bovendien een jittercircuit op basis van een vervormde m-sequentie vóór de modulator. Deze schakeling injecteert een pseudo-willekeurige reeks met een gemiddelde van nul, waardoor de periodiciteit van de modulatoruitgang wordt verstoord, waardoor ongewenste signalen bij vaste frequenties worden geëlimineerd.

3. Simulatievalidatie en prestatieanalyse

Om de prestaties van het circuit te valideren voerde het onderzoeksteam modellering en simulatie uit met ADS software. De simulatieresultaten laten zien dat wanneer typische GNSS-frequenties (bijvoorbeeld GPS L1 frequentie op 1575,42 MHz) en verschillende externe referentiefrequenties (13 MHz, 16,35 MHz, 24,55 MHz) worden ingevoerd, het uitgangsspectrum van de modulator vloeiend wordt zonder zichtbare haperingen. De gemiddelde waarde blijft onveranderd, wat bevestigt dat de schakeling effectief is in het elimineren van ongewenste signalen.

Verdere functionele simulaties werden uitgevoerd in Modelsim met Verilog HDL. De simulatieresultaten tonen aan dat de uitgang van de deler nauwkeurig is en dat de gemiddelde waarde overeenkomt met de beoogde fractionele delingsverhouding, waarmee de correcte functionaliteit van de schakeling wordt geverifieerd.

4. Uitgebreide prestatieverbetering van RFchips

Het succesvolle ontwerp van deze fractional divider schakeling verbetert niet alleen de frequentieflexibiliteit en nauwkeurigheid van GNSS RF-chips maar verbetert ook aanzienlijk de spectrale zuiverheid van het uitgangssignaal. Door de Sigma-delta modulatorstructuur te optimaliseren en een intelligent jittermechanisme te introduceren, blinkt de schakeling uit in het onderdrukken van ongewenste signalen en het verminderen van faseruis, waardoor betrouwbare front-end ondersteuning wordt geboden voor zeer nauwkeurige navigatie en positionering.

5. Conclusie en toekomstverwachting

Het voorgestelde fractionele verdeelcircuit combineert hoge integratie en lage storingskarakteristieken, waardoor het bijzonder geschikt is voor GNSS. RF-chips die hoogfrequente zuiverheid vereisen. Met de snelle ontwikkeling van 5G, IoT en BeiDou (het Chinese satellietnavigatiesysteem), RF-chips evolueren in de richting van multi-band, laag vermogen en hoge lineariteit ontwerpen. In de toekomst, met de integratie van meer geavanceerde fabricageprocessen en algoritmeoptimalisaties, zal de technologie van de fractionele deling naar verwachting een sleutelrol spelen in meer hoogfrequente, hooggevoelige RF-chips, helpende huishoudelijke RF-chips een prominentere positie op de wereldmarkt verwerven.