ในสาขาของระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลก (GNSS) ที่มีการแสวงหาความแม่นยำในการระบุตำแหน่งและความไวที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง, ชิป RF ทำหน้าที่เป็น “ผู้เฝ้าระวังแนวหน้า” ของผู้รับสัญญาณ ประสิทธิภาพการทำงานของพวกเขาเป็นตัวกำหนดความสามารถของอุปกรณ์ปลายทางในการจับและประมวลผลสัญญาณดาวเทียมที่อ่อนแอ ในบรรดาโมดูลสำคัญหลายอย่างของ ชิป RF, วงจรสังเคราะห์ความถี่แบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบล็อกเฟส (PLL) ซึ่งเป็นผู้ผลิตสัญญาณออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น (LO) มีความสำคัญอย่างยิ่ง ภายในวงจรนี้ เทคโนโลยีการแบ่งความถี่แบบเศษส่วนมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการส่งผลต่อความบริสุทธิ์ของสัญญาณ.

เครื่องสังเคราะห์ความถี่แบบแบ่งความถี่จำนวนเต็มแบบดั้งเดิมประสบปัญหาความสัมพันธ์ของความถี่ที่ไม่เป็นจำนวนเต็ม ซึ่งจำกัดความยืดหยุ่นในการตั้งค่าความถี่ LO. เทคโนโลยีการแบ่งความถี่แบบเศษส่วน ปรับอัตราส่วนการแบ่งสัญญาณแบบไดนามิกเพื่อสร้างค่าเศษส่วนเฉลี่ย ทำให้สามารถผลิตความถี่ที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ก่อให้เกิดปัญหาที่ซับซ้อน—สัญญาณรบกวนเศษส่วน (fractional spurs) หากสัญญาณรบกวนเหล่านี้อยู่ภายในแบนด์วิดท์ของวงจร PLL จะไม่สามารถกรองออกได้ ส่งผลให้คุณภาพของสัญญาณ LO ที่ส่งออกโดย ชิป RF. ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การเสื่อมของอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ของสัญญาณความถี่กลาง (IF) ที่เกิดขึ้นระหว่างการผสมสัญญาณ ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อความแม่นยำในการระบุตำแหน่งของอุปกรณ์นำทาง.

เพื่อแก้ไขปัญหาการแบ่งความถี่แบบเศษส่วนด้วยสเปอร์ต่ำ งานวิจัยโดย Li Xin และ Huang Haisheng ได้ทำการเปรียบเทียบอย่างละเอียดระหว่างสองโซลูชันทางเทคโนโลยีหลัก ได้แก่ โครงสร้างตัวสะสมแบบคลาสสิกและโครงสร้างตัวแปลงสัญญาณ MASH1-1-1 Δ-Σ ที่ทันสมัย.

โครงสร้างของตัวสะสม:

โครงสร้างนี้มีความเรียบง่ายและคุ้มค่า แต่สัดส่วนการแบ่งสามารถสลับได้เพียงระหว่างสองค่าเท่านั้น (N และ N+1) การสลับเป็นระยะนี้ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนแบบเป็นช่วงๆ ที่มีความถี่ต่ำในช่วงสเปกตรัมของสัญญาณขาออก ซึ่งเป็นข้อเสียที่สำคัญสำหรับประสิทธิภาพสูง ชิป RF.

โครงสร้าง MASH1-1-1 Δ-Σ:

โครงสร้างนี้ใช้ตัวปรับมอดูเลเตอร์ Δ-Σ ระดับแรกสามตัวซ้อนกันเพื่อสร้างการปรับรูปร่างเสียงรบกวน ซึ่งเป็นฟังก์ชันสำคัญที่ “ผลัก” เสียงรบกวนจากการควอนไทซ์ความถี่ซึ่งเดิมกระจุกตัวอยู่ในย่านความถี่ต่ำไปยังย่านความถี่สูง ชิป RF การออกแบบ PLL, เสียงรบกวนในย่านความถี่สูงสามารถถูกกรองออกได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยตัวกรองลูป.

ทีมวิจัยใช้สถานการณ์การใช้งานทั่วไปของ GNSS ชิป RF (ความถี่อ้างอิง: 16.368 MHz, ความถี่กลาง: 3.996 MHz) เพื่อจำลองโครงสร้างทั้งสองที่จุดความถี่ GPS L1 และ BeiDou B1 การวิเคราะห์ความหนาแน่นกำลังสเปกตรัม (PSD) แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าตัวมอดูเลเตอร์ที่ใช้ Δ-Σ สามารถย้ายพลังงานของสัญญาณรบกวนแบบเศษส่วนออกจากแถบความถี่ต่ำวิกฤต 0-2 MHz ไปยังแถบความถี่สูงได้สำเร็จ ส่งผลให้คุณภาพของสเปกตรัมภายในแบนด์วิดท์ของวงจร PLL ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ.

สรุป:

ในระบบ GNSS สมัยใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูง ชิป RF ที่มุ่งเน้นการทำงานแบบต่ำสเปอร์ เทคโนโลยีการแบ่งความถี่แบบเศษส่วนที่อิงกับโครงสร้าง MASH1-1-1 Δ-Σ นั้นเป็นทางเลือกที่เหนือกว่าอย่างไม่ต้องสงสัย ผ่านการปรับรูปคลื่นสัญญาณรบกวนอย่างชาญฉลาด ทำให้สามารถทำความสะอาดสเปกตรัม LO ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งให้พื้นฐานทางเทคนิคที่มั่นคงสำหรับ ชิป RF เพื่อรับสัญญาณนำทางอย่างเสถียรและแม่นยำในสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน เทคโนโลยีนี้เป็นเครื่องยนต์หลักที่ขับเคลื่อนการพัฒนาของสถานีรับสัญญาณนำทางความแม่นยำสูง.