Abstract

Met de groeiende adoptie van de Beidou satellietnavigatiesysteem, de RF-chip speelt een cruciale rol bij het garanderen van hoge prestaties en betrouwbaarheid. Dit artikel onderzoekt het ontwerp en de implementatie van een Beidou RF-chip die Bluetooth-interferentie aanpakt, een belangrijke uitdaging voor geïntegreerde en geminiaturiseerde navigatieterminals. Door Bluetooth-interferentie te verminderen, verbetert deze chip de kwaliteit van korte berichten van de Radio Determination Satellite Service (RDSS), die essentieel is voor gebieden zoals geologische rampenmonitoring, hydrologische onderzoeken en scheepsnavigatie.

I. Achtergrond van storing en technische uitdagingen

Bluetooth-apparaten die werken in de 2,402-2,480 GHz frequentieband, bevinden zich op slechts 8 MHz van de ondergrens van de Beidou RDSS ontvangstband. Met het zendvermogen van Bluetooth typisch op 0 dBm en het signaalvermogen van RDSS op -100 dBm, kan het verschil tussen deze signalen oplopen tot 60 dB. Vanwege de nabijheid van deze frequenties en bandbreedtebeperkingen kunnen traditionele RF-filters kan zulke sterke interferentie niet effectief elimineren, wat leidt tot front-end verzadiging van de ontvanger en afbreuk doet aan de systeemgevoeligheid en communicatiekwaliteit.

Om deze interferentie aan te pakken, is een Beidou RF-chip met geavanceerde filtertechnieken en een robuust circuitontwerp is cruciaal voor het verbeteren van de betrouwbaarheid van het systeem in veeleisende omgevingen.

II. Ontwerp van de systeemarchitectuur van de RF-chip

De Beidou RF-chip gebruikt een dubbele conversiearchitectuur, waarbij een off-chip Oppervlakte Akoestische Golf (SAW) filter met een actief filter op de chip om een zeer lineair en storingsbestendig ontvangerkanaal te creëren. De architectuur omvat:

1. Frequentieconversie in eerste fase

In de eerste trap wordt het RF signaal gedownconverteerd naar een hogere middenfrequentie (IF). De buitenchip SAW-filter biedt meer dan 40 dB aan out-of-band rejectie, waardoor Bluetooth-interferentie effectief wordt geëlimineerd uit het signaal.

2. Frequentieconversie en filtering in de tweede fase

Het signaal wordt verder gedownconverteerd naar een lagere frequentie, waar een on-chip RC actief filter voert een secundaire filtering uit. Deze tweetraps filtering zorgt voor een optimale balans tussen prestaties en integratie. Bovendien wordt een 30 dB lage-ruisversterker (LNA) is opgenomen om signaalverzadiging te voorkomen en een uitstekende lineariteit te behouden.

III. Belangrijk Circuitontwerp en Simulatie van RF-chips

1. Circuit voor frequentieconversie in eerste fase

De passieve mixer in het circuit van de eerste trap biedt een uitzonderlijke lineariteit. Simulatieresultaten tonen aan:

1.Stabiliteit winnen binnen 10-12 dB.

2.Ruisgetal onder 15 dB.

3.Hoge input 1 dB compressiepunt bij -5 dBm, voor betrouwbare prestaties in omgevingen met veel interferentie.

2. Tweede trap filtering en versterkingsregeling

De 6-traps programmeerbare versterker gecombineerd met een RC laagdoorlaatfilter bereikt een versterkingsbereik van 55 dB, met behoud van uitstekende out-of-band rejectie. De versterkingsstappen zijn fijn afgesteld op 8 dB per stap, waardoor een nauwkeurige regeling van de filterbandbreedte mogelijk is.

IV. Testverificatie en prestatieanalyse

De Beidou RF-chip werd gemaakt met behulp van een 0,13 μm RFCMOS proces en verpakt in een QFN64. De belangrijkste testresultaten zijn:

1.Ruiscijfer: Het totale ruisgetal van het ontvangerkanaal is minder dan 15 dB.

2.Lineariteit: Het ingangscompressiepunt van 1 dB bereikt -35 dBm, wat een hoge lineariteit aantoont in aanwezigheid van sterke interferentie.

3.Prestaties tegen interferentie: Onder -45 dBm Bluetooth-interferentie, behoudt de ontvanger met succes RDSS-signaalontvangst met een draaggolf-ruisverhouding van 42-44. Zelfs in echte satellietuitlijningstesten voltooide de ontvanger korte berichtencommunicatie ondanks de nabijheid van een Bluetooth-apparaat.

V. Conclusie en marktsignificantie van RF-chips

De Beidou RF-chip ontworpen in dit onderzoek beperkt Bluetooth-interferentie effectief door een hybride architectuur van dubbele frequentieconversie en geavanceerde filtertechnieken. De innovaties omvatten:

1.Passieve mixers met hoge lineariteit En programmeerbare versterkingsfilters die ontvangst met een hoog dynamisch bereik mogelijk maken in omgevingen met veel interferentie.

2.De integratie van off-chip SAW-filters en op de chip actieve filters die frequentie-interferentie van Bluetooth-apparaten aanzienlijk verminderen.

Dit ontwerp lost niet alleen interferentieproblemen op voor Beidou-terminals maar legt ook de basis voor toekomstige RF-chip ontwikkeling in andere toepassingen, zoals 4G/5G storingsbeperking en breder gebruik in IoT apparaten. De schaalbaarheid van deze technologie biedt een aanzienlijk marktpotentieel voor industrieën die robuuste satellietnavigatiesystemen nodig hebben, waaronder autonoom rijden, precisielandbouw, En noodcommunicatie.