No domínio do sistema global de navegação por satélite (GNSS), em que se procura constantemente uma maior precisão e sensibilidade no posicionamento, Chips RF funcionam como a “sentinela da linha da frente” dos receptores. O seu desempenho determina diretamente a capacidade do terminal para captar e processar sinais fracos de satélite. Entre os muitos módulos-chave do Chips RF, No entanto, o sintetizador de frequência PLL (phase-locked loop), que gera o sinal do oscilador local (LO), é particularmente crucial. Neste contexto, a tecnologia de divisão de frequência fraccionada desempenha um papel decisivo na pureza do sinal.

Os sintetizadores de frequência tradicionais de divisão de frequência inteira debatem-se com relações de frequência não inteiras, limitando a flexibilidade da definição de frequências LO. Tecnologia de divisão fraccionada de frequências ajusta dinamicamente o rácio de divisão para gerar um valor fracionário médio, produzindo assim com precisão a frequência desejada. No entanto, esta tecnologia introduz uma questão complicada - os picos fraccionários. Se estes picos caírem dentro da largura de banda do loop PLL, não podem ser filtrados, resultando numa diminuição da qualidade do sinal LO emitido pelo Chip RF. Isto conduz, em última análise, a uma deterioração da relação sinal/ruído (SNR) do sinal de frequência intermédia (IF) produzido durante a mistura, afectando diretamente a precisão do posicionamento dos terminais de navegação.

Para resolver o problema da divisão de frequência fracionária de baixo esporão, a pesquisa de Li Xin e Huang Haisheng compara minuciosamente duas soluções tecnológicas convencionais: a estrutura clássica do acumulador e a estrutura avançada do modulador MASH1-1-1 Δ-Σ.

Estrutura do acumulador:

Esta estrutura é simples e económica, mas o rácio de divisão só pode alternar entre dois valores (N e N+1). Esta comutação periódica cria fortes picos discretos na gama de baixas frequências do espetro de saída, o que constitui um inconveniente notável para os sistemas de alto desempenho Chips RF.

MASH1-1-1 Δ-Σ Estrutura:

Esta estrutura coloca em cascata três moduladores Δ-Σ de primeira ordem para conseguir a modelação do ruído, uma função-chave que “empurra” o ruído de quantização da frequência originalmente concentrado na banda de baixa frequência para a banda de alta frequência. Em Chip RF PLL, o ruído na banda de alta frequência pode ser eficazmente filtrado pelo filtro de laço.

A equipa de investigação utilizou o cenário típico de aplicação do GNSS Chips RF (frequência de referência: 16,368 MHz, frequência intermédia: 3,996 MHz) para simular ambas as estruturas nos pontos de frequência GPS L1 e BeiDou B1. A análise da densidade espetral de potência (PSD) mostrou claramente que o modulador baseado em Δ-Σ deslocou com sucesso a energia de esporão fracionário da banda crítica de baixa frequência de 0-2 MHz para a banda de alta frequência, melhorando significativamente a pureza espetral dentro da largura de banda do loop PLL.

Conclusão:

Nos modernos GNSS de alto desempenho Chips RF que procuram uma operação de baixo ruído, a tecnologia de divisão de frequência fraccionada baseada na estrutura MASH1-1-1 Δ-Σ é, sem dúvida, a escolha superior. Através de uma modelação inteligente do ruído, limpa eficazmente o espetro LO, fornecendo uma base técnica sólida para Chips RF para receber de forma estável e precisa sinais de navegação em ambientes electromagnéticos complexos. Esta tecnologia é o principal motor do desenvolvimento de terminais de navegação de alta precisão.