Trong lĩnh vực hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS), nơi người ta không ngừng theo đuổi độ chính xác và độ nhạy cao hơn trong việc xác định vị trí, Chip RF đóng vai trò là “người gác cổng tuyến đầu” của các bộ thu. Hiệu suất của chúng quyết định trực tiếp khả năng thu nhận và xử lý các tín hiệu vệ tinh yếu của thiết bị đầu cuối. Trong số nhiều mô-đun quan trọng của Chip RF, bộ tổng hợp tần số vòng lặp khóa pha (PLL), có chức năng tạo ra tín hiệu dao động cục bộ (LO), đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Trong đó, công nghệ chia tần số phân số đóng vai trò quyết định trong việc ảnh hưởng đến độ tinh khiết của tín hiệu.

Các bộ tổng hợp tần số sử dụng phương pháp chia tần số theo bội số nguyên truyền thống gặp khó khăn khi xử lý các mối quan hệ tần số không phải là bội số nguyên, dẫn đến hạn chế tính linh hoạt trong việc thiết lập tần số LO. Công nghệ phân chia tần số theo phần tự động điều chỉnh tỷ lệ chia để tạo ra một giá trị phân số trung bình, từ đó tạo ra tần số mong muốn một cách chính xác. Tuy nhiên, công nghệ này lại gây ra một vấn đề phức tạp—các tín hiệu nhiễu phân số. Nếu các tín hiệu nhiễu này nằm trong dải tần của vòng lặp PLL, chúng sẽ không thể bị lọc bỏ, dẫn đến việc giảm chất lượng tín hiệu LO được phát ra bởi Chip RF. Điều này cuối cùng dẫn đến sự suy giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) của tín hiệu tần số trung gian (IF) được tạo ra trong quá trình trộn tín hiệu, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác định vị của các thiết bị định vị.

Để giải quyết vấn đề phân chia tần số phân số dải hẹp, nghiên cứu của Li Xin và Huang Haisheng đã tiến hành so sánh kỹ lưỡng hai giải pháp công nghệ chủ đạo: cấu trúc bộ tích lũy cổ điển và cấu trúc bộ điều chế Δ-Σ MASH1-1-1 tiên tiến.

Cấu trúc bộ tích điện:

Cấu trúc này đơn giản và tiết kiệm chi phí, nhưng tỷ lệ chia tần số chỉ có thể chuyển đổi giữa hai giá trị (N và N+1). Sự chuyển đổi định kỳ này tạo ra các đỉnh nhiễu rời rạc mạnh trong dải tần số thấp của phổ đầu ra, đây là một nhược điểm đáng chú ý đối với các hệ thống hiệu suất cao Chip RF.

Cấu trúc Δ-Σ của MASH1-1-1:

Cấu trúc này kết hợp ba bộ điều chế Δ-Σ bậc nhất theo kiểu nối tiếp để thực hiện chức năng định hình nhiễu, một chức năng quan trọng giúp “đẩy” nhiễu lượng tử hóa tần số – vốn ban đầu tập trung ở dải tần số thấp – sang dải tần số cao. Trong Chip RF Trong thiết kế PLL, nhiễu ở dải tần số cao có thể được lọc bỏ hiệu quả nhờ bộ lọc vòng lặp.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kịch bản ứng dụng điển hình của GNSS Chip RF (tần số tham chiếu: 16,368 MHz, tần số trung gian: 3,996 MHz) để mô phỏng cả hai cấu trúc tại các điểm tần số GPS L1 và BeiDou B1. Phân tích mật độ phổ công suất (PSD) cho thấy rõ ràng rằng bộ điều chế dựa trên thuật toán Δ-Σ đã chuyển thành công năng lượng nhiễu phân số từ dải tần số thấp quan trọng 0–2 MHz sang dải tần số cao, từ đó cải thiện đáng kể độ tinh khiết phổ trong dải băng thông của vòng lặp PLL.

Kết luận:

Trong hệ thống GNSS hiện đại có hiệu suất cao Chip RF đối với các hệ thống hướng đến hoạt động với mức nhiễu thấp, công nghệ phân chia tần số phân đoạn dựa trên cấu trúc MASH1-1-1 Δ-Σ chắc chắn là lựa chọn tối ưu. Nhờ kỹ thuật định hình nhiễu thông minh, công nghệ này giúp làm sạch hiệu quả phổ tần số LO, tạo nền tảng kỹ thuật vững chắc cho Chip RF để thu nhận tín hiệu định vị một cách ổn định và chính xác trong các môi trường điện từ phức tạp. Công nghệ này là động lực chính thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị định vị có độ chính xác cao.