บทคัดย่อ

ด้วยการดำเนินการอย่างเต็มรูปแบบของ เป่ยโต่ว-3 ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลก, ประสิทธิภาพของ ชิป RF กลายเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการรับประกันความแม่นยำและความน่าเชื่อถือในการระบุตำแหน่งของระบบ บทความนี้ศึกษาบทบาทและการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดของ ตัวปรับมอดูเลตแบบ Σ-Δ ใน ชิป RF BeiDou-3, โดยมุ่งเน้นไปที่การลดการเกิดสัญญาณแทรกซ้อนแบบเศษส่วนในวงจรสังเคราะห์ความถี่แบบล็อกเฟส (PLL) และเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ.

I. ความท้าทายทางเทคนิคและแนวทางแก้ไขของตัวหารเศษส่วนในชิป RF

ใน ชิป RF BeiDou-3, วงจรสังเคราะห์ความถี่แบบวงปิดล็อกเฟส (phase-locked loop) มีหน้าที่ในการสร้างสัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น เนื่องจากความถี่พาหะใน เป่ยโต้ว ระบบเป็นค่าที่เป็นจำนวนเต็มของหลายเท่าของความถี่อ้างอิง, ตัวหารเศษส่วน เป็นสิ่งจำเป็น อย่างไรก็ตาม ตัวแบ่งสัญญาณแบบเศษส่วนแบบดั้งเดิมจะสร้างสัญญาณรบกวนเศษส่วน ซึ่งทำให้ความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมเอาต์พุตลดลง.

เพื่อแก้ไขปัญหานี้, การมอดูเลตแบบ Σ-Δ เทคโนโลยีถูกนำมาใช้. เทคนิคนี้เปลี่ยนสเปอร์สแบบเศษส่วนให้กลายเป็นเสียงรบกวนจากการควอนไทซ์ และใช้เทคนิคการปรับรูปแบบเสียงรบกวนเพื่อย้ายสเปอร์สเหล่านี้ไปยังความถี่ที่สูงขึ้น. คุณสมบัติแบบผ่านต่ำของ PLL จะกรองเสียงเหล่านี้ออกไป ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบได้อย่างมีนัยสำคัญ.

II. การออกแบบที่เหมาะสมของตัวปรับสัญญาณ MASH 1-1-1 Σ-Δ สำหรับชิป RF

การศึกษาเน้นที่ MASH 1-1-1 Σ-Δ โมดูเลเตอร์, ซึ่งช่วยให้การปรับรูปเสียงมีประสิทธิภาพในขณะที่หลีกเลี่ยงความซับซ้อนและการใช้ทรัพยากรของตัวปรับมอดูเลเตอร์ลำดับสูงกว่า อย่างไรก็ตาม สำหรับค่าอินพุตที่เป็นเศษส่วนบางค่า ตัวมอดูเลเตอร์จะแสดงสัญญาณรบกวนเชิงโครงสร้าง ซึ่งปรากฏเป็นเส้นสเปกตรัมปลอมในสเปกตรัมของสัญญาณเอาต์พุต.

ผ่านการวิเคราะห์อย่างละเอียด การเกิดขึ้นของสิ่งรบกวนเหล่านี้เชื่อมโยงกับค่าพาริตีของค่าอินพุต เมื่อค่าอินพุตเป็นเลขคู่ ความเป็นรอบๆ ในลำดับสัญญาณเอาต์พุตของตัวมอดูเลเตอร์จะส่งผลให้เกิดยอดสเปกตรัมในย่านความถี่สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อค่าอินพุตเท่ากับ 0.25.

III. การออกแบบวงจร Dither ที่สร้างสรรค์เพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพชิป RF

เพื่อลดผลกระทบจากปรสิตโครงสร้าง, การออกแบบพิเศษ วงจรดิเธอร์ ถูกแนะนำเข้ามา โดยการฉีดลำดับสุ่มเทียมเข้าไปในตัวปรับมอดูเลเตอร์ ทำให้ความสม่ำเสมอของลำดับผลลัพธ์ถูกรบกวน วิธีการฉีดการรบกวนแบบดั้งเดิมจะเพิ่มเสียงรบกวนในย่านความถี่ แต่การศึกษานี้ได้แนะนำแผนผังการจับคู่ที่ปรับปรุงแล้วเพื่อลดเสียงรบกวน:

แผนผังใหม่: การแมปแบบไบนารีแบบดั้งเดิม (-1, 1) ถูกขยายเป็นการแมปแบบสี่ค่า (-2, -1, 0, 1) ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมการกระจายสัญญาณได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น.

การปรับรูปแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผล: ฟังก์ชันการปรับรูปแบบสัญญาณรบกวนลำดับที่หนึ่งถูกนำไปใช้กับสัญญาณดิทเทอร์ ซึ่งช่วยลดสัญญาณรบกวนภายในย่านความถี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากร.

ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าวิธีการดัทเตอร์ที่ได้รับการปรับปรุงนี้ช่วยลดค่าพาราสิติกเชิงโครงสร้างได้อย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่ยังคงรักษาค่าสัญญาณรบกวนภายในย่านความถี่ให้อยู่ในระดับต่ำ แม้สำหรับค่าอินพุตที่เป็นเศษส่วน เช่น 0.1251, 0.6265, 0.5014 และ 0.2511.

IV. การดำเนินการวงจรและการตรวจสอบประสิทธิภาพ

การศึกษาเกี่ยวข้องกับการออกแบบที่สมบูรณ์ MASH 1-1-1 โมดูเลเตอร์ วงจรลอจิก ซึ่งรวมถึงตัวสะสมแบบสามขั้นตอนที่เชื่อมต่อแบบคาสเคดและวงจรสร้างสัญญาณรบกวนเฉพาะทาง ที่ได้รับการปรับแต่งให้เหมาะสมสำหรับ ชิป RF BeiDou-3‘s ช่วงความถี่เฉพาะ (B11, B2a, B2b, และ B3) การจำลองพฤติกรรมโดยใช้ซอฟต์แวร์ Modelsim แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในทุกกรณีทดสอบ ซึ่งยืนยันว่า:

การระงับสัญญาณรบกวนเศษส่วนอย่างมีประสิทธิภาพ

ความเรียบเนียนของสเปกตรัมเอาต์พุตที่ดีขึ้น

ประสิทธิภาพสัญญาณรบกวนเฟสของระบบที่ได้รับการปรับปรุง

V. คุณค่าทางเทคนิคและโอกาสทางการประยุกต์ใช้ของชิป RF

การปรับให้เหมาะสม ตัวปรับมอดูเลตแบบ Σ-Δ การออกแบบนี้มุ่งเน้นการแก้ไขปัญหาทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งความถี่แบบเศษส่วนใน ชิป RF BeiDou-3. นวัตกรรมสำคัญ ได้แก่:

การปรับโครงสร้างเพื่อลดการรบกวนจากพาราสิตของตัวปรับมอดูเลต

วิธีการทำแผนที่แบบใหม่เพื่อการควบคุมการกระจายแบบดีเธอร์ที่ดีขึ้น

สมดุลระหว่างประสิทธิภาพและการใช้ทรัพยากร

สิ่งนี้ ชิป RF การออกแบบไม่เพียงแต่สนับสนุน เป่ยโต่ว-3 แต่ยังมีความหวังอย่างมากสำหรับระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกอื่น ๆ ด้วย เมื่อการใช้งานด้านการนำทางขยายตัว ความก้าวหน้าเหล่านี้จะสนับสนุนภาคส่วนสำคัญ เช่น การขับขี่อัตโนมัติ การเกษตรแม่นยำ และการสื่อสารฉุกเฉิน.

VI. สรุป

The ชิป RF ออกแบบสำหรับ เป่ยโต่ว-3 โดยใช้การปรับให้เหมาะสม ตัวปรับมอดูเลตแบบ Σ-Δ เพิ่มประสิทธิภาพของชิป มอบทางออกสำหรับปัญหาสัญญาณรบกวนแบบเศษส่วน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบโดยรวม ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของ ชิป RF สำหรับการนำทางด้วยดาวเทียม เทคโนโลยีเหล่านี้กำลังปูทางไปสู่ระบบนำทางทั่วโลกที่มีความแม่นยำ มีประสิทธิภาพ และสามารถขยายขนาดได้มากขึ้น.