RFchips là những thành phần cốt lõi trong các hệ thống không dây như định vị vệ tinh và thông tin di động. Hiệu suất của RFchips ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định và độ chính xác của toàn bộ liên kết truyền thông. Trong hệ thống GNSS (Hệ thống Định vị Vệ tinh Toàn cầu) RFchips, các mạch chia tần số phân số đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp tần số, giúp triệt tiêu các tín hiệu nhiễu và nâng cao chất lượng tín hiệu. Bài viết này, dựa trên một bài báo kỹ thuật, giới thiệu một cách có hệ thống các phương pháp thiết kế và chiến lược tối ưu hóa hiệu suất cho các mạch chia tần số phân số nhằm RFchips trong các ứng dụng GNSS.

1. Nền tảng kỹ thuật của chip RF và bộ chia tần số phân đoạn

Trong các bộ thu GNSS, RFchips có nhiệm vụ thu nhận các tín hiệu tần số cao từ vệ tinh và chuyển đổi chúng xuống tần số trung gian để xử lý tiếp. Việc tạo ra các tín hiệu dao động cục bộ dựa trên bộ tổng hợp tần số vòng lặp khóa pha (PLL), trong đó các bộ chia tần số phân số đóng vai trò cốt lõi cho việc cấu hình tần số linh hoạt. Các phương pháp chia tần số nguyên truyền thống không thể đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng đa tần số và yêu cầu độ chính xác cao, khiến công nghệ chia tần số phân số trở thành trọng tâm chính trong RFchips thiết kế.

2. Thiết kế và triển khai mạch chia tần số phân đoạn

Nghiên cứu này giới thiệu một mạch chia tần số phân số được thiết kế dành cho GNSS RFchips, hỗ trợ các tỷ lệ chia số thập phân tùy ý trong khoảng từ 16 đến 255. Mạch này sử dụng bộ điều chế Sigma-delta có cấu trúc MASH1-1-1, áp dụng công nghệ định hình nhiễu để đẩy nhiễu lượng tử hóa lên các tần số cao hơn. Sau đó, nhiễu này được lọc bỏ bởi bộ lọc vòng lặp, giúp triệt tiêu hiệu quả các tín hiệu giả số thập phân.

Hơn nữa, để giải quyết các vấn đề nhiễu trong bộ điều chế khi nhập các giá trị chẵn cụ thể (ví dụ: 0,25, 0,5), nhóm nghiên cứu đã tích hợp một mạch tạo nhiễu dựa trên dãy m biến dạng trước bộ điều chế. Mạch này đưa vào một dãy ngẫu nhiên giả có giá trị trung bình bằng không, làm gián đoạn tính tuần hoàn của tín hiệu đầu ra từ bộ điều chế, từ đó loại bỏ các tín hiệu nhiễu ở các tần số cố định.

3. Xác thực mô phỏng và phân tích hiệu suất

Để xác minh hiệu suất mạch, nhóm nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng và mô hình hóa bằng phần mềm ADS. Kết quả mô phỏng cho thấy khi nhập các tần số GNSS điển hình (ví dụ: tần số GPS L1 ở 1575,42 MHz) và các tần số tham chiếu bên ngoài khác nhau (13 MHz, 16,35 MHz, 24,55 MHz), phổ đầu ra của bộ điều chế trở nên mượt mà, không có hiện tượng giật hình rõ rệt. Giá trị trung bình vẫn không thay đổi, khẳng định hiệu quả của mạch trong việc loại bỏ các tín hiệu giả.

Các mô phỏng chức năng tiếp theo đã được thực hiện trong Modelsim bằng ngôn ngữ Verilog HDL. Kết quả mô phỏng cho thấy đầu ra của bộ chia là chính xác và giá trị trung bình trùng khớp với tỷ lệ chia phân số mục tiêu, từ đó xác nhận mạch hoạt động chính xác.

4. Nâng cao hiệu suất toàn diện của chip RF

Thiết kế thành công mạch chia tần số phân đoạn này không chỉ giúp nâng cao tính linh hoạt về tần số và độ chính xác của GNSS RFchips mà còn cải thiện đáng kể độ tinh khiết phổ của tín hiệu đầu ra. Nhờ tối ưu hóa cấu trúc bộ điều chế Sigma-delta và áp dụng cơ chế bù dao động thông minh, mạch này thể hiện hiệu quả vượt trội trong việc triệt tiêu các tín hiệu nhiễu và giảm nhiễu pha, từ đó cung cấp nền tảng đầu vào đáng tin cậy cho các ứng dụng định vị và dẫn đường có độ chính xác cao.

5. Kết luận và triển vọng trong tương lai

Mạch chia tần số theo tỷ lệ được đề xuất kết hợp giữa mức độ tích hợp cao và đặc tính nhiễu thấp, khiến nó đặc biệt phù hợp cho GNSS RFchips đòi hỏi độ tinh khiết tần số cao. Với sự phát triển nhanh chóng của 5G, IoT và BeiDou (hệ thống định vị vệ tinh của Trung Quốc), RFchips đang phát triển theo hướng các thiết kế đa dải tần, tiêu thụ điện năng thấp và có độ tuyến tính cao. Trong tương lai, với sự kết hợp của các quy trình sản xuất tiên tiến hơn và việc tối ưu hóa thuật toán, công nghệ chia tần số phân số được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng tần số cao, độ nhạy cao RFchips, hỗ trợ trong nước RFchips giành được vị thế vững chắc hơn trên thị trường toàn cầu.