Resumo

Com a crescente adoção do Sistema de navegação por satélite Beidou, o Chip RF desempenha um papel fundamental para garantir um elevado desempenho e fiabilidade. Este artigo explora a conceção e implementação de um Chip RF Beidou que aborda a interferência Bluetooth, um desafio significativo enfrentado por dispositivos terminais de navegação integrados e miniaturizados. Ao atenuar as interferências Bluetooth, este chip melhora a qualidade das mensagens curtas do Serviço de Radiodeterminação por Satélite (RDSS), essenciais em domínios como a monitorização de catástrofes geológicas, levantamentos hidrológicos e navegação marítima.

I. Antecedentes das interferências e desafios técnicos

Dispositivos Bluetooth, a funcionar no 2,402-2,480 GHz estão posicionados a apenas 8 MHz do limite inferior da banda de frequência Banda de receção Beidou RDSS. Com a potência de transmissão do Bluetooth tipicamente a 0 dBm e a potência do sinal RDSS a -100 dBm, a disparidade entre estes sinais pode atingir até 60 dB. Devido à proximidade destas frequências e às limitações de largura de banda, os sinais tradicionais Filtros RF não consegue eliminar eficazmente uma interferência tão forte, conduzindo à saturação da parte frontal do recetor e comprometendo a sensibilidade do sistema e a qualidade da comunicação.

Para resolver esta interferência, um Chip RF Beidou com técnicas avançadas de filtragem e uma conceção robusta dos circuitos é crucial para melhorar a fiabilidade do sistema em ambientes difíceis.

II. Conceção da arquitetura do sistema do chip de RF

O Chip RF Beidou adopta uma arquitetura de dupla conversão, integrando um Ondas acústicas de superfície (SAW) com um filtro ativo no chip para criar um canal recetor altamente linear e resistente a interferências. A arquitetura inclui:

1. Conversão de frequência de primeira fase

Na primeira fase, o sinal de RF é convertido para uma frequência intermédia (IF) mais elevada. O sinal de Filtro SAW fornece mais de 40 dB de rejeição fora de banda, eliminando efetivamente a interferência Bluetooth do sinal.

2. Conversão e filtragem de frequências de segunda fase

O sinal é ainda convertido para uma frequência mais baixa, onde um Filtro ativo RC efectua uma filtragem secundária. Esta filtragem em duas fases assegura um equilíbrio ótimo entre desempenho e integração. Além disso, um Amplificador de baixo ruído (LNA) de 30 dB está incluído para evitar a saturação do sinal e manter uma excelente linearidade.

III. Conceção e simulação de circuitos-chave de chips de RF

1. Circuito de conversão de frequência de primeiro estágio

O misturador passivo no circuito da primeira fase oferece uma linearidade excecional. Os resultados da simulação mostram:

1.Estabilidade do ganho com uma margem de 10-12 dB.

2.Índice de ruído inferior a 15 dB.

3.Ponto de compressão de 1 dB de entrada elevada a -5 dBm, assegurando um desempenho fiável em ambientes ricos em interferências.

2. Filtragem de segundo estágio e controle de ganho

O Amplificador de ganho programável de 6 estágios combinado com um Filtro passa-baixo RC atinge uma gama de ajuste de ganho de 55 dB, mantendo uma excelente rejeição fora da banda. Os passos de ganho são ajustados com precisão a 8 dB por fase, permitindo um controlo preciso da largura de banda do filtro.

IV. Verificação do teste e análise do desempenho

O Chip RF Beidou foi fabricado utilizando um 0,13 μm RFCMOS e embalado numa QFN64. Os principais resultados dos testes incluem:

1.Figura de ruído: A figura de ruído global do canal recetor é inferior a 15 dB.

2.Linearidade: O ponto de compressão de 1 dB de entrada atinge -35 dBm, demonstrando uma elevada linearidade na presença de fortes interferências.

3.Desempenho anti-interferência: Sob -45 dBm Interferência Bluetooth, O recetor mantém com êxito a receção do sinal RDSS com uma relação portadora/ruído de 42-44. Mesmo em testes reais de alinhamento de satélites, o recetor completou as comunicações de mensagens curtas apesar da proximidade de um dispositivo Bluetooth.

V. Conclusão e importância das pastilhas RF no mercado

O Chip RF Beidou concebido neste estudo atenua eficazmente a interferência Bluetooth através de uma arquitetura híbrida de dupla conversão de frequência e técnicas avançadas de filtragem. As inovações incluem:

1.Misturadores passivos de alta linearidade e filtros de ganho programável que permitem uma receção de gama dinâmica elevada em ambientes com muitas interferências.

2 - A integração de componentes fora do chip Filtros SAW e no chip filtros activos que reduzem significativamente a interferência de frequência dos dispositivos Bluetooth.

Esta conceção não só resolve os problemas de interferência para Terminais Beidou mas também estabelece as bases para futuras Chip RF desenvolvimento noutras aplicações, tais como Atenuação de interferências 4G/5G e uma utilização mais alargada em IoT dispositivos. A escalabilidade desta tecnologia tem um potencial de mercado significativo para os sectores que exigem sistemas robustos de navegação por satélite, incluindo condução autónoma, agricultura de precisão, e comunicações de emergência.