Abstract

Met de volledige implementatie van de BeiDou-3 wereldwijd satellietnavigatiesysteem, de prestaties van RF-chips is van cruciaal belang geworden voor de positioneringsnauwkeurigheid en betrouwbaarheid van het systeem. Dit artikel gaat in op de rol en het geoptimaliseerde ontwerp van het Σ-Δ modulator in de BeiDou-3 RF-chip, gericht op het verminderen van fractionele sporen in de PLL-frequentiesynthesizer (phase-locked loop) en het verbeteren van de algehele systeemprestaties.

I. Technische uitdagingen en oplossingen van fractionele verdelers in RF-chips

In de BeiDou-3 RF-chip, De frequentiesynthesizer met fasevergrendelde lus is verantwoordelijk voor het genereren van het lokale oscillatorsignaal. Aangezien de draaggolffrequenties in de BeiDou systeem niet-integer veelvouden zijn van de referentiefrequentie, fractionele verdelers essentieel zijn. Traditionele fractionele delers produceren echter fractionele sporen, die de zuiverheid van het uitgangsspectrum aantasten.

Om dit probleem aan te pakken, Σ-Δ modulatie technologie wordt gebruikt. Deze techniek zet fractionele sporen om in kwantiseringsruis en past ruisvormingstechnieken toe om deze sporen naar hogere frequenties te verplaatsen. De laagdoorlaatkarakteristieken van de PLL filteren ze vervolgens uit, waardoor de systeemprestaties aanzienlijk verbeteren.

II. Geoptimaliseerd ontwerp van een MASH 1-1-1 Σ-Δ modulator voor RF-chips

Het onderzoek richt zich op een MASH 1-1-1 Σ-Δ modulator, Dit zorgt voor een effectieve ruisonderdrukking terwijl de complexiteit en het grondstoffenverbruik van modulatoren met een hogere orde vermeden worden. Voor bepaalde fractionele ingangswaarden vertoont de modulator echter structurele parasieten, die zich manifesteren als valse spectraallijnen in het uitgangsspectrum.

Door gedetailleerde analyse wordt het optreden van deze parasieten gekoppeld aan de pariteit van de ingangswaarde. Als de ingang even is, resulteert periodiciteit in de modulatoruitgang in spectrale pieken in het hoogfrequente gebied, vooral bij een ingangswaarde van 0,25.

III. Innovatief ontwerp van dithercircuits voor RF-chipoptimalisatie

Om structurele parasieten te beperken, is een speciaal ontworpen dithercircuit werd geïntroduceerd. Door een pseudo-willekeurige sequentie in de modulator te injecteren, wordt de periodiciteit van de uitgangssequentie verstoord. Traditionele ditherinjectiemethoden introduceren extra ruis in de band, maar dit onderzoek introduceert een verbeterd mapping-schema om ruis te verminderen:

Nieuw kaartsysteem: De traditionele binaire toewijzing (-1, 1) wordt uitgebreid naar een toewijzing met vier waarden (-2, -1, 0, 1), waardoor een nauwkeurigere ditherregeling mogelijk wordt.

Vormgeven Verwerking Optimalisatie: Een eerste-orde ruisvormingsfunctie wordt toegepast op het dithersignaal, waardoor inbandruis effectief wordt verminderd terwijl het gebruik van bronnen wordt geoptimaliseerd.

Simulatieresultaten tonen aan dat deze verbeterde dithermethode de structurele parasieten aanzienlijk vermindert terwijl de ruis in de band laag blijft, zelfs voor fractionele ingangswaarden zoals 0,1251, 0,6265, 0,5014 en 0,2511.

IV. Circuitimplementatie en prestatieverificatie

Het onderzoek omvatte het ontwerpen van een complete MASH 1-1-1 modulator logisch circuit. Dit omvat een drietraps trapsgewijze accumulator en speciale ruisvormingsschakelingen, geoptimaliseerd voor de BeiDou-3 RF-chip‘specifieke frequentiebanden (B11, B2a, B2b en B3). Gedragssimulaties met Modelsim-software toonden uitstekende prestaties in alle testgevallen en bevestigden dit:

Effectieve onderdrukking van fractionele sporen

Verbeterde vloeiendheid van het uitgangsspectrum

Verbeterde systeemfaseruisprestaties

V. Technische waarde en toepassingsperspectieven van RF-chips

De geoptimaliseerde Σ-Δ modulator ontwerp pakt de technische uitdagingen aan die gepaard gaan met fractionele frequentiedeling in de BeiDou-3 RF-chip. De belangrijkste innovaties zijn:

Structurele optimalisatie om modulatorparasieten te onderdrukken

Een nieuwe toewijzingsmethode voor verbeterde ditherregeling

Een balans tussen prestaties en resourceverbruik

Deze RF-chip ontwerp ondersteunt niet alleen BeiDou-3 maar houdt ook een grote belofte in voor andere wereldwijde navigatiesatellietsystemen. Naarmate navigatietoepassingen zich uitbreiden, zal deze vooruitgang kritieke sectoren ondersteunen, zoals autonoom rijden, precisielandbouw en noodcommunicatie.

VI. Conclusie

De RF-chip ontwerp voor BeiDou-3 met behulp van een geoptimaliseerde Σ-Δ modulator verbetert de prestaties van de chip, biedt een oplossing voor fractionele sporen en verbetert de algehele betrouwbaarheid van het systeem. Met de voortdurende vooruitgang van RF-chips Voor satellietnavigatie maken deze technologieën de weg vrij voor nauwkeurigere, efficiëntere en schaalbaardere wereldwijde navigatiesystemen.