Tóm tắt

Với việc triển khai đầy đủ BeiDou-3 hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu, hiệu suất của Chip RF đã trở nên vô cùng quan trọng để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống định vị. Bài báo này đi sâu vào vai trò và thiết kế tối ưu của Bộ điều chế Σ-Δ trong Chip RF BeiDou-3, tập trung vào việc giảm thiểu nhiễu tần số phụ trong bộ tổng hợp tần số vòng lặp khóa pha (PLL) và nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống.

I. Những thách thức kỹ thuật và giải pháp cho bộ chia tần số phân đoạn trong chip RF

Trong Chip RF BeiDou-3, bộ tổng hợp tần số vòng lặp khóa pha có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu dao động cục bộ. Do các tần số sóng mang trong BeiDou các tần số trong hệ thống là các bội số không nguyên của tần số tham chiếu, máy chia số thập phân là rất cần thiết. Tuy nhiên, các bộ chia tần số phân số truyền thống tạo ra các tín hiệu phụ phân số, làm giảm độ tinh khiết của phổ đầu ra.

Để giải quyết vấn đề này, Điều chế Σ-Δ công nghệ này được áp dụng. Kỹ thuật này chuyển đổi các tín hiệu nhiễu phân đoạn thành nhiễu lượng tử hóa và áp dụng các kỹ thuật định hình nhiễu để dịch chuyển các tín hiệu nhiễu này sang các tần số cao hơn. Sau đó, đặc tính lọc thông thấp của mạch PLL sẽ loại bỏ chúng, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất hệ thống.

II. Thiết kế tối ưu bộ điều chế Σ-Δ MASH 1-1-1 cho chip RF

Nghiên cứu tập trung vào một Bộ điều chế MASH 1-1-1 Σ-Δ, giúp đảm bảo hiệu quả trong việc định hình nhiễu đồng thời tránh được sự phức tạp và mức tiêu thụ tài nguyên của các bộ điều chế bậc cao hơn. Tuy nhiên, đối với một số giá trị đầu vào phân số nhất định, bộ điều chế này xuất hiện các hiện tượng nhiễu cấu trúc, biểu hiện dưới dạng các vạch phổ giả trong phổ đầu ra.

Qua phân tích chi tiết, sự xuất hiện của các nhiễu này có liên quan đến tính chẵn lẻ của giá trị đầu vào. Khi giá trị đầu vào là số chẵn, tính tuần hoàn trong dãy tín hiệu đầu ra của bộ điều chế dẫn đến sự xuất hiện của các đỉnh phổ trong dải tần số cao, đặc biệt là khi giá trị đầu vào là 0,25.

III. Thiết kế mạch dither sáng tạo nhằm tối ưu hóa chip RF

Để giảm thiểu các hiện tượng nhiễu cấu trúc, một thiết kế đặc biệt mạch tạo nhiễu đã được đưa ra. Bằng cách đưa một dãy số ngẫu nhiên giả vào bộ điều chế, tính tuần hoàn của dãy tín hiệu đầu ra bị phá vỡ. Các phương pháp đưa tín hiệu nhiễu truyền thống gây ra thêm nhiễu trong dải tần, nhưng nghiên cứu này đề xuất một phương án ánh xạ cải tiến nhằm giảm nhiễu:

Phương án lập bản đồ mới: Hệ thống ánh xạ nhị phân truyền thống (-1, 1) được mở rộng thành hệ thống ánh xạ bốn giá trị (-2, -1, 0, 1), cho phép kiểm soát hiệu ứng dither chính xác hơn.

Tối ưu hóa quy trình định hình: Một hàm định hình nhiễu bậc nhất được áp dụng cho tín hiệu dither, giúp giảm hiệu quả nhiễu trong dải tần đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.

Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp dither cải tiến này giúp giảm đáng kể nhiễu cấu trúc đồng thời duy trì mức nhiễu trong dải tần thấp, ngay cả đối với các giá trị đầu vào phân số như 0,1251, 0,6265, 0,5014 và 0,2511.

IV. Thiết kế mạch và kiểm tra hiệu năng

Nghiên cứu này bao gồm việc thiết kế một hệ thống hoàn chỉnh Bộ điều chế MASH 1-1-1 mạch logic. Điều này bao gồm một bộ tích lũy nối tiếp ba giai đoạn và mạch định hình nhiễu chuyên dụng, được tối ưu hóa cho Chip RF BeiDou-3‘các dải tần số cụ thể (B11, B2a, B2b và B3). Các mô phỏng hành vi sử dụng phần mềm Modelsim đã cho thấy hiệu suất xuất sắc trên tất cả các trường hợp thử nghiệm, khẳng định rằng:

Loại bỏ hiệu quả các nhiễu sóng phân số

Độ mịn của phổ đầu ra được cải thiện

Cải thiện hiệu suất nhiễu pha của hệ thống

V. Giá trị kỹ thuật và triển vọng ứng dụng của chip RF

Đã được tối ưu hóa Bộ điều chế Σ-Δ Thiết kế này giải quyết các thách thức kỹ thuật liên quan đến kỹ thuật phân chia tần số theo phần trong Chip RF BeiDou-3. Những đổi mới chính bao gồm:

Tối ưu hóa cấu trúc để giảm thiểu các thành phần nhiễu của bộ điều chế

Một phương pháp lập bản đồ mới nhằm cải thiện khả năng kiểm soát hiệu ứng dither

Sự cân bằng giữa hiệu suất và mức tiêu thụ tài nguyên

Điều này Chip RF thiết kế không chỉ hỗ trợ BeiDou-3 nhưng cũng hứa hẹn mang lại nhiều tiềm năng cho các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu khác. Khi các ứng dụng định vị ngày càng mở rộng, những tiến bộ này sẽ hỗ trợ các lĩnh vực quan trọng như lái xe tự động, nông nghiệp chính xác và thông tin liên lạc khẩn cấp.

VI. Kết luận

Cái Chip RF thiết kế cho BeiDou-3 sử dụng một phiên bản được tối ưu hóa Bộ điều chế Σ-Δ nâng cao hiệu suất của chip, mang lại giải pháp cho hiện tượng nhiễu tần số phân đoạn và cải thiện độ tin cậy tổng thể của hệ thống. Với sự phát triển không ngừng của Chip RF Đối với lĩnh vực định vị vệ tinh, những công nghệ này đang mở đường cho các hệ thống định vị toàn cầu chính xác hơn, hiệu quả hơn và có khả năng mở rộng hơn.