ชิป RF เป็นองค์ประกอบหลักในระบบไร้สาย เช่น การนำทางด้วยดาวเทียมและการสื่อสารเคลื่อนที่ ประสิทธิภาพของ ชิป RF ส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรและความแม่นยำของช่องทางการสื่อสารทั้งหมด ในระบบ GNSS (ระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลก) ชิป RF, วงจรตัวหารเศษส่วนมีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์ความถี่ ช่วยลดสัญญาณรบกวนและปรับปรุงคุณภาพสัญญาณ บทความนี้ซึ่งอ้างอิงจากเอกสารทางเทคนิค จะนำเสนอวิธีการออกแบบและกลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับวงจรตัวหารเศษส่วนอย่างเป็นระบบ โดยมีเป้าหมายเพื่อ ชิป RF ในแอปพลิเคชัน GNSS.

1. พื้นฐานทางเทคนิคของ RFchips และตัวหารเศษส่วน

ในเครื่องรับสัญญาณ GNSS, ชิป RF มีหน้าที่รับผิดชอบในการรับสัญญาณความถี่สูงจากดาวเทียมและแปลงสัญญาณเหล่านั้นลงเป็นความถี่กลางสำหรับการประมวลผลต่อไป การสร้างสัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่นอาศัยวงจรสังเคราะห์ความถี่แบบวงจรออสซิลเลเตอร์ล็อคเฟส (Phase-locked loop: PLL) ซึ่งตัวหารเศษส่วนทำหน้าที่เป็นแกนหลักสำหรับการกำหนดค่าความถี่ที่ยืดหยุ่น วิธีการหารจำนวนเต็มแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการของแอปพลิเคชันที่ต้องการหลายความถี่และความแม่นยำสูงได้ ทำให้เทคโนโลยีการหารเศษส่วนเป็นจุดสนใจหลักใน ชิป RF การออกแบบ.

2. การออกแบบและการสร้างวงจรตัวหารเศษส่วน

การศึกษานี้นำเสนอวงจรตัวหารเศษส่วนที่ออกแบบมาสำหรับ GNSS ชิป RF, ซึ่งรองรับอัตราส่วนการหารเศษส่วนแบบไม่จำกัดภายในช่วง 16 ถึง 255 วงจรนี้ใช้โครงสร้าง MASH1-1-1 Sigma-delta modulator โดยใช้เทคโนโลยีการปรับรูปเสียงรบกวนเพื่อผลักเสียงรบกวนจากการประมาณค่าไปยังความถี่ที่สูงขึ้น เสียงรบกวนนี้จะถูกกรองออกโดยวงจรกรองแบบลูป ซึ่งสามารถลดสัญญาณรบกวนเศษส่วนได้อย่างมีประสิทธิภาพ.

นอกจากนี้ เพื่อแก้ไขปัญหาการเกิดสัญญาณรบกวนในตัวปรับมอดูเลเตอร์เมื่อป้อนค่าที่เป็นจำนวนเต็มคู่เฉพาะ (เช่น 0.25, 0.5) ทีมงานวิจัยได้แนะนำวงจรจิตเตอร์ (jitter circuit) ที่อิงตามลำดับ m ที่ถูกดัดแปลงก่อนตัวปรับมอดูเลเตอร์ วงจรนี้จะฉีดลำดับสุ่มเทียมที่มีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์เข้าไป ซึ่งจะทำให้ความสม่ำเสมอของสัญญาณขาออกของตัวปรับมอดูเลเตอร์ถูกรบกวน ส่งผลให้สามารถกำจัดสัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ที่ความถี่คงที่ได้.

3. การตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองและการวิเคราะห์ประสิทธิภาพ

เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของประสิทธิภาพของวงจร ทีมวิจัยได้ทำการจำลองแบบและจำลองการทำงานโดยใช้ซอฟต์แวร์ ADSผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อความถี่ GNSS ทั่วไป (เช่น ความถี่ GPS L1 ที่ 1575.42 MHz) และความถี่อ้างอิงภายนอกที่แตกต่างกัน (13 MHz, 16.35 MHz, 24.55 MHz) ถูกป้อนเข้า สเปกตรัมเอาต์พุตของตัวมอดูเลเตอร์จะเรียบเนียนโดยไม่มีสัญญาณรบกวนที่มองเห็นได้ ค่าเฉลี่ยยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งยืนยันประสิทธิภาพของวงจรในการกำจัดสัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์.

การจำลองการทำงานเพิ่มเติมได้ดำเนินการใน Modelsim โดยใช้ Verilog HDL ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์ของตัวหารมีความแม่นยำและค่าเฉลี่ยสอดคล้องกับอัตราส่วนการหารเศษส่วนที่กำหนดไว้ ซึ่งยืนยันการทำงานที่ถูกต้องของวงจร.

4. การปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างครอบคลุมของ RFchips

การออกแบบวงจรตัวแบ่งสัญญาณแบบเศษส่วนนี้ที่ประสบความสำเร็จไม่เพียงแต่เพิ่มความสามารถในการปรับความถี่และความแม่นยำของ GNSS เท่านั้น ชิป RF แต่ยังช่วยปรับปรุงความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมของสัญญาณขาออกอย่างมีนัยสำคัญอีกด้วย ด้วยการปรับโครงสร้างของตัวมอดูเลเตอร์ซิกม่า-เดลต้าให้เหมาะสมและนำกลไกการเกิดจิตเตอร์อัจฉริยะมาใช้ วงจรนี้จึงโดดเด่นในการกดสัญญาณรบกวนปลอมและลดเสียงรบกวนทางเฟสได้อย่างมีประสิทธิภาพ มอบการสนับสนุนด้านฟรอนต์เอนด์ที่เชื่อถือได้สำหรับการนำทางและระบุตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง.

5. บทสรุปและแนวโน้มในอนาคต

วงจรตัวแบ่งสัญญาณแบบเศษส่วนที่เสนอรวมคุณสมบัติการรวมสูงและสัญญาณรบกวนต่ำ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับ GNSS ชิป RF ที่ต้องการความบริสุทธิ์สูงและความถี่สูง ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของ 5G, IoT และระบบดาวเทียมนำทางเป่ยโต่ว (ระบบดาวเทียมนำทางของจีน), ชิป RF กำลังพัฒนาไปสู่การออกแบบแบบหลายย่านความถี่ กำลังต่ำ และมีความเป็นเชิงเส้นสูง ในอนาคต ด้วยการผสานกระบวนการผลิตที่ล้ำสมัยยิ่งขึ้นและการปรับแต่งอัลกอริทึมให้เหมาะสม เทคโนโลยีการแบ่งสัญญาณแบบเศษส่วนคาดว่าจะมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์ที่มีความถี่สูงและความไวสูงยิ่งขึ้น ชิป RF, ช่วยงานภายในประเทศ ชิป RF เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่โดดเด่นยิ่งขึ้นในตลาดโลก.