Რომელი ციფრული VCO მოდულები მხარდაჭერს 100-6000 მჰც სიხშირეს?

Ციფრული VCO-ების შესაძლებლობების გაგება და 100–6000 მჰც-ის გამოწვევა

Დიგიტალური VCO-ები, ის ძაბვით კონტროლირებადი ოსცილატორები, რომლებზედაც ყველა ვიყენებთ სიხშირის სინთეზში უსაითგურ სისტემებში, სერიოზულ გამოწვევებს აწყდებიან, როდესაც სცადიან 100-დან 6000 მჰც-მდე დიაპაზონში მუშაობის უზრუნველყოფას. 60:1 შესანიშნავი მორგების შეფარდების მიღება სამი ძირეული პრობლემის გადაჭრას მოითხოვს ჯერ უპირველეს: ფაზური ხმაური უფრო უარესდება მაღალ სიხშირეებზე, მორგების მრუდი ხდება არაწრფივი და კალიბრაცია იქცევა სიჩუმეში. როდესაც სისტემები 3 გჰც-ზე მაღლა იწყებენ მუშაობას, ფაზური ხმაური ხდება დაახლოებით 6-დან 10 დბც/ჰც-მდე სუბსტრატის დანაკარგების და იმ შემძრავი ჰარმონიკების გამო, რომლებიც სიგნალის ხარისხს განსაკუთრებით უარესდებს, განსაკუთრებით 5G ქსელებისა და რადარული სისტემებისთვის. ასეთ ფართო დიაპაზონში სიხშირის პასუხის წრფივობის შენარჩუნება საჭიროებს დახვეწილ კომპენსაციის ალგორითმებს, ხოლო დამატებითი დამუშავება ამცირებს ბატარეის ხანგრძლივობას და ზრდის ენერგომოხმარებას 15%-დან 25%-მდე. კალიბრაციის პრობლემები კიდევ უფრო მეტდება, რადგან განვითარების გაფართოებასთან ერთად კომპონენტები იცვლებიან ტემპერატურის ცვლილების და წარმოების დაშვებების მიხედვით, რაც მოითხოვს მუდმივ კორექტირებას რეალურ დროში შესწორების მარყუჟების საშუალებით. ინჟინრები იძულებულნი არიან გადაწყვიტონ ნადუღი სიგნალების და ეფექტური ენერგომოხმარებისა და სწრაფი მორგების სიჩქარის შორის ბალანსი, ხოლო ამ ამოცანას კიდევ უფრო რთულდება ახალი სტანდარტების გამო, რომლებიც მოითხოვენ, რომ მოწყობილობებმა მთელ სპექტრში სიხშირეებზე მყისვე გადახტონ ერთი ხმის გამორჩენის გარეშე.

Კომერციული დიგიტალური VCO მოდულების ტოპ-შეთავაზება, დამტკიცებულია 100–6000 მეგაჰერცის დიაპაზონში

Analog Devices ADF4371 ჰარმონიკული გაფართოების ტექნიკებით

Analog Devices-ის ADF4371 მოდული არღვევს ძველ შეზღუდვებს სიხშირეებთან დაკავშირებით საკმაოდ ჭკვიანური ჰარმონიული გაფართოების ტექნიკის წყალობით. ჩიპი იყენებს ფრაქციულ N სინთეზს და შესაბამის ჰარმონიულ მრავლობითობებს, რათა დარჩეს სტაბილური მთელი 6 გიგაჰერცამდე. და აი რა საინტერესო: ის ფაზის ხმაურს საკმაოდ დაბალად ანარჩუნებს, -110 დბც/ჰც-ზე ნაკლებს, როდესაც იზომება 1 მეგაჰერციანი ოფსეთის მიხედვით. ამ დიზაინის განსაკუთრებულობა იმაში მდგომარეობს, თუ როგორ ამცირებს საჭირო კომპონენტების რაოდენობას. ინჟინრებს აღარ სჭირდებათ გარე სიხშირის გაორმაგებელი მოწყობილობების დამაგრება ძირითად მოდულზე. მრეწველობის ტესტები აჩვენებს, რომ ეს კომპონენტების რაოდენობას ამცირებს დაახლოებით 40%-ით უფრო ძველი მეთოდების შედარებით. ტემპერატურის ცვლილება შეიძლება გავლენა მოახდინოს სისტემის მახასიათებლებზე, მაგრამ ამ მოდულზე არა. შიდა ავტო-კალიბრაცია არეგულირებს ტემპერატურულ ცვლილებებს მთელ მუშაობის დიაპაზონში, რათა სისტემა სწორად იმუშაოს მკაცრ მრეწველობით პირობებშიც კი. გარდა ამისა, მოდულზე არის ინტეგრირებული სიგნალის ძლიერი ამპლიფიკატორი, რომელიც გამოსყოფს +5 დბმ-ის სიმძლავრეს. ეს სიმძლავრის დონე იდეალურად გამოიყენება 5G მოწყობილობების და სხვადასხვა რადარული აპლიკაციების ტესტირებისთვის, სადაც საჭიროა სიგანეზე მორგებული სიგნალები.

Renesas F1491/F1492 ორბირთვიანი ციფრული VCO არქიტექტურა

Სისტემა იყენებს ორმაგი ბირთვის კონსტრუქციას, პარალელური ძაბვით კონტროლირებადი ოსცილატორებით და ინტელექტუალური გადართვის ლოგიკით, რომელიც 100-დან 6000 მჰც-მდე ყველაფერს ახერხებს. პირველი ბირთვი უზრუნველყოფს 100-დან 3500 მჰც-მდე სიხშირეებს, ხოლო მეორე ჩართვის დრო მაშინ მოდის, როდესაც სიხშირე 6000 მჰც-მდე უნდა გაიზარდოს. გადართვა საკმაოდ სწრაფად ხდება, 100 ნანოწამზე ნაკლებში. მიკროსქემაში ჩაშენებულია ტემპერატურის სენსორები, რომლებიც მუდმივად მორგებულია ბიძგის დენების და ცვლიან მათ გახურების ან გაცივების შემთხვევაში, რათა სიხშირის გადახრა შეზღუდული იყოს დაახლოებით ±2 ნაწილი მილიონში გრადუს ცელსიუსზე. დამოუკიდებელმა გამოცდებმა აჩვენა, რომ ეს მოწყობილობა სიხშირეების 0,01 ჰც-მდე განსხვავებას აღიქვამს 28-ბიტიანი მართვის სიტყვების გამოყენებით, რაც მის გამოყენებას საშუალებას აძლევს LoRaWAN ქსელებში და თავისუფალი კომუნიკაციების საშუალებებში, სადაც სიზუსტე მნიშვნელოვანია. და მიუხედავად ამ შესაძლებლობებისა, ენერგიის მოხმარება მთელ დიაპაზონში მუშაობის დროს 300 მილივატზე ნაკლებია თითოეული ბირთვის გონიერი ადაპტიური გამორთვის ფუნქციების წყალობით.

Სპეციალიზებული MMIC-ის და DAC-ის გარე მექნიკის კომბინირება სრული დიაპაზონის საჭიდავად

Როდესაც სპეციალიზებული MMIC-ს ველით ამ მაღალი რიზოლუციის გარე DAC-ებთან, მთელ 6 გჰც-იან დიაპაზონში საკმაოდ გლუვი სიხშირის ხტომა გვაქვს. ავიღოთ CMD195 ბირთვი, მაგალითად, ის გამოსხივებს სიგნალებს 100-დან 3500 მგჰც-მდე. მეორეს მხრივ, 16-ბიტიანი DAC უმთავრესად უწევს ჰარმონიკული მრავლმანიშვნელობის კონტროლის დატვირთვას, რათა უფრო მაღალ ზოლებში გადაჭიმვა მოხდეს. რა ხდის ამ კონფიგურაციას გამორჩეულად? ის შეძლებს შპურების დაძლევას 80 დბ-ზე მეტით, რაც დამახასიათებელია სპეციალური დიტერირების ტექნოლოგიის გამო. ეს ნამდვილად მნიშვნელოვანია მედიკამენტურ ვიზუალიზაციაში, სადაც სიგნალის სიწმინდე ყველაფერს ნიშნავს. კალიბრაციაც არ არის ისეთი პრობლემა, რადგან ყველა მართვის პარამეტრი ერთხელ ინახება არავოლატილურ მეხსიერებაში. ეს სისტემის ჩართვის დროს 70%-ით ამცირებს დროს ძველი იტერაციული მეთოდების შედარებით. გარდა ამისა, სისტემა უნარი აქვს გადამუშაოს 500 მგჰც-ზე მეტი ზოლი, რაც ხსნის, რატომ გადადიან ამ მიდგომაზე ელექტრონული ომის ტესტირების მეთოდები დღეს.

^{Ვალიდაციის შენიშვნა: ყველა მოდული, რომელზეც მითითებული იქნა, გამოცდილი იქნა მესამე მხარის მიერ ETSI EN 300 328 v2.2.2 სტანდარტების შესაბამისად}

Საკრიტიკული დიზაინის კომპრომისები საშუალო ზოლის ციფრული VCO-ის განხორციელებისას

Ფაზის ხმაური, მიმართვის წრფივობა და კალიბრაციის დატვირთულობა 3 გჰც-ზე მაღლა

3 გჰც-ზე მაღალ სიხშირეზე მუშაობის შესაძლებლობის უზრუნველყოფა ციფრული VCO მოდულებში მოითხოვს სამი ურთიერთდაკავშირებული კომპრომისის გადაჭრას:

• Ფაზის ხმაურის გაუარესება : RF სიგნალის ხარისხი იკლებს დაახლოებით ~6 დბ-ით სიხშირის ყოველი გაორმაგებისას სუბსტრატის დანაკარგებისა და პარაზიტული ტევადობის გამო, რაც კრიტიკულ გავლენას ახდენს 5G და რადარულ სისტემებზე
• Არაწრფივი მიმართვის რეაქცია : ძაბვისა და სიხშირის მიმართ მრუდები იჩენს ჰისტერეზის მახასიათებლებს 4 გჰც-ზე მაღლა, რაც მოითხოვს რთული ნაწილობრივ წრფივი კალიბრაციის ალგორითმების გამოყენებას
• Რეალურ დროში კალიბრაციის დატვირთულობა : ტემპერატურული წანაცვლების უწყვეტი კომპენსაცია 6 გჰც-იან სისტემებში იკლებს 15–30% დამუშავების რესურსს

Ეს შეზღუდვები მოითხოვს არქიტექტურულ ინოვაციებს, როგორიცაა სეგმენტირებული ინდუქტორული ბანკები და ფონური კალიბრაციის ძრავები, რათა შეინარჩუნონ სპექტრალური სიწმინდე და შეამცირონ გამოთვლითი დატვირთვა.

Ხშირად დასმული კითხვები ციფრული VCO-ს შესაძლებლობებზე

Რატომ არის ფაზური ხმაური მიმზიდველი უფრო მაღალ სიხშირეებზე?

Ფაზური ხმაური იზრდება უფრო მაღალ სიხშირეებზე სუბსტრატის დანაკარგების და პარაზიტული ტევადობის გამო, რაც ზეგავლენას ახდენს სიგნალის მთლიანობაზე, რაც მნიშვნელოვანია 5G და რადარული სისტემების მსგავს გამოყენებებისთვის.

Რა არის ჰარმონიკული გაფართოების ტექნიკები?

Ჰარმონიკული გაფართოების ტექნიკები მოიცავს შიდა ჰარმონიკული მнოჟამების და ფრაქციული N სინთეზის გამოყენებას სიხშირის დიაპაზონის გასაფართოებლად და სტაბილურობის შესანარჩუნებლად უფრო მაღალ სიხშირეებამდე.

Როგორ влияვს ტემპერატურა VCO-ს შესრულებაზე?

Ტემპერატურის ცვლილება შეიძლება გამოიწვიოს კომპონენტებში წანაცვლება, რაც ზეგავლენას ახდენს VCO-ს შესრულებაზე. Analog Devices ADF4371-ის მსგავსი მოდულები შეიცავს ავტო-კალიბრაციას მუშაობის დიაპაზონში ტემპერატურული ცვლილებების მოსაგვარებლად.