В области глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), где постоянно стремятся к повышению точности и чувствительности позиционирования, РЧ-чипы служат “передовым дозором” приемников. От их работы напрямую зависит способность терминала принимать и обрабатывать слабые спутниковые сигналы. Среди множества ключевых модулей РЧ-чипы, Особенно важен синтезатор частоты с фазовой автоподстройкой (PLL), который генерирует сигнал локального генератора (LO). При этом технология дробного деления частоты играет решающую роль в обеспечении чистоты сигнала.

Традиционные синтезаторы частот с целочисленным делением частот не справляются с нецелочисленными отношениями частот, что ограничивает гибкость настройки частот LO. Технология дробного деления частоты динамически регулирует коэффициент деления для получения среднего дробного значения, что позволяет точно получить желаемую частоту. Однако эта технология создает сложную проблему - дробные шпоры. Если эти разрывы попадают в полосу пропускания контура PLL, они не могут быть отфильтрованы, что приводит к снижению качества LO-сигнала, выдаваемого устройством радиочастотный чип. В конечном итоге это приводит к ухудшению соотношения сигнал/шум (SNR) сигнала промежуточной частоты (IF), создаваемого при смешивании, что напрямую влияет на точность позиционирования навигационных терминалов.

Для решения проблемы дробного деления частоты с малым разбросом в исследовании Ли Синь и Хуан Хайшэна подробно сравниваются два основных технологических решения: классическая структура аккумулятора и передовая структура Δ-Σ модулятора MASH1-1-1.

Структура аккумулятора:

Такая структура проста и экономична, но коэффициент деления может переключаться только между двумя значениями (N и N+1). Такое периодическое переключение создает сильные дискретные всплески в низкочастотном диапазоне выходного спектра, что является заметным недостатком для высокопроизводительных РЧ-чипы.

Структура MASH1-1-1 Δ-Σ:

В этой структуре каскадно соединены три Δ-Σ модулятора первого порядка для достижения шумообразования - ключевой функции, которая “выталкивает” шум квантования частоты, изначально сконцентрированный в низкочастотном диапазоне, в высокочастотный диапазон. В радиочастотный чип При проектировании PLL шум в высокочастотном диапазоне может быть эффективно отфильтрован петлевым фильтром.

Исследовательская группа использовала типичный сценарий применения GNSS РЧ-чипы (опорная частота: 16,368 МГц, промежуточная частота: 3,996 МГц) для моделирования обеих структур в частотных точках GPS L1 и BeiDou B1. Анализ спектральной плотности мощности (PSD) ясно показал, что модулятор на основе Δ-Σ успешно смещает дробную энергию спура из критической низкочастотной полосы 0-2 МГц в высокочастотную полосу, значительно улучшая спектральную чистоту в полосе пропускания петли PLL.

Заключение:

В современных высокопроизводительных ГНСС РЧ-чипы Для тех, кто стремится к работе с низким уровнем шума, технология дробного деления частоты на основе структуры MASH1-1-1 Δ-Σ, несомненно, является лучшим выбором. Благодаря продуманному формированию шумов она эффективно очищает спектр LO, обеспечивая прочную техническую основу для РЧ-чипы стабильно и точно принимать навигационные сигналы в сложной электромагнитной обстановке. Эта технология является ключевым двигателем развития высокоточных навигационных терминалов.