Қандай сандық VCO модульдері 100-6000 МГц жиілікті қолдайды?

Сандық VCO мүмкіндіктерін түсіну және 100–6000 МГц шағындағы қиындықтар

Сымсыз жүйелерде жиілікті синтездеу үшін біз бәріміз сүйенетін Digital VCO, яғни Вольтпен басқарылатын тербелгіштер 100-ден 6000 МГц-ке дейінгі жұмыс режимін қамтамасыз ету кезінде ауқымды қиыншылықтарға тап болады. Осы әсерді 60:1 диапазонына дейін кеңейту үшін алдымен фазалық шу, басқару сипаттамасының сызықтық еместігі және калибрлеу мәселесі деп аталатын үш негізгі проблеманы шешу керек. Жүйелер 3 ГГц-тен жоғары жиілікте жұмыс істей бастаған кезде, субстрат шығындары мен гармониканың пайда болуы салдарынан фазалық шу 6-дан 10 дБц/Гц-ге дейін арта түседі, бұл 5G желілері мен радиолокациялық жүйелер үшін сигнал сапасына өте күшті теріс әсер етеді. Бұл қатты кең жолақтықта жиіліктік жауапты сызықты ұстау күрделі компенсациялық алгоритмдерді талап етеді және осы қосымша өңдеу батареяның қызмет ету уақытына әсер етіп, энергия тұтынуды 15%-дан 25%-ға дейін арттырады. Сондай-ақ, жолақтық кеңейген сайын калибрлеу мәселелері де күшейеді, себебі компоненттер температура өзгерістеріне және өндірістік допусстарға байланысты дрейфтейді және нақты уақыт режиміндегі түзету циклдері арқылы тұрақты түзетулерді талап етеді. Инженерлер таза сигналдар, энергияны тиімді пайдалану және жылдам баптау жылдамдығы арасында теңдестірумен айналысады, ал жаңа стандарттар құрылғылардың бүкіл спектр бойынша лезде жиіліктерге секіруін талап еткендіктен, мәселе одан да күрделенеді.

100–6000 МГц жиілік диапазонында жұмыс істеуге сертификатталған коммерциялық деңгейдегі сандық VCO модульдері

Гармоникалық кеңейту әдістері бар Analog Devices ADF4371

Analog Devices компаниясының ADF4371 модулі жиілік бойынша ескі шектеулерді гармоникалық кеңейту әдістерінің арқасында жеңіп шықты. Микросхема фракциялық N синтезін және ішкі гармониялық көбейткіштерді пайдаланып, 6 гигагерцке дейін тұрақты жұмыс істеуді қамтамасыз етеді. Қызықтырып отырған жағдай – оның фазалық шуын өте төмен деңгейде ұстап тұруы, 1 МГц ығысу кезінде минус 110 дБс/Гц-тен төмен болады. Бұл конструкцияның ерекшелігі – қажетті компоненттер санын қысқартуында. Енді инженерлер негізгі құрылғыдан тыс жиілікті екі еселеушілерді қосуға мәжбүр болмайды. Салалық зерттеулер бұл әдістің ескі тәсілдерге қарағанда компоненттер санын шамамен 40 пайызға дейін азайтатынын көрсетті. Температураның өзгеруі жұмыс сипаттамаларына әсер етуі мүмкін, бірақ бұл модуль үшін бұл мәселе емес. Ішкі автоматты калибрлеу жүйесі барлық жұмыс температуралық диапазонында температураның өзгерістерін өзі өңдеп, қиын өнеркәсіптік жағдайларда да дұрыс жұмыс істеуді қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, ішкі орналасқан қуат күшейткіш +5 дБм сигнал күшін шығарады. Бұл қуат деңгейі 5G жабдықтарын сынау үшін және кең жолақты сигналдар қатаң қажет болатын әртүрлі радиолокациялық қолданбалар үшін өте қолайлы.

Renesas F1491/F1492 екі ядролы сандық VCO архитектурасы

Жүйе 100-ден 6000 МГц-ке дейінгі барлық жиіліктерді өңдей алатын параллель кернеумен басқарылатын тербелмелер мен ақылды ауыстыру логикасы бар екі ядролық дизайнды қолданады. Бірінші ядро 100-ден 3500 МГц-ке дейінгі жиіліктерді қамтамасыз етеді, ал екіншісі жоғары жиілікке, 6000 МГц-ке дейін шыққан кезде іске қосылады. Ауысу өте жылдам болады, 100 наносекундтан кем. Чиптің ішіне температура сенсорлары орнатылған, олар жылынғанда немесе суықтаған кезде басқару токтарын үнемі реттеп отырады және жиіліктің тербелісін плюс-минус 1 миллионнан 2 бөлікке дейінгі шамаға дейін төмендетеді. Тәуелсіз зерттеулер осы 28 биттік тюнинг сөздері арқылы жиілікті 0,01 Гц-ге дейінгі дәлдікпен анықтай алатынын көрсетті, бұл дәлдік маңызды LoRaWAN желілері мен серікпен байланыс үшін өте жақсы. Осындай мүмкіндіктеріне қарамастан, әрбір ядродағы ұтымды әрекетсіздендіру функциялары арқасында бүкіл диапазонда жұмыс істеген кезде де қуаттың тұтынуы 300 милливаттан аспайды.

Толық жиілік диапазонын қамтамасыз ету үшін Custom MMIC CMD195 + сыртқы DAC-пен түзету

Арнайы MMIC-ті жоғары дәлдіктегі сыртқы DAC-термен біріктіргенде, біз 6 ГГц диапазонының барлық ауқымы бойынша тегіс жиілік секіруін аламыз. Мысалы, CMD195 ядросын қарастырайық — ол 100 МГц пен 3500 МГц арасында сигналдар шығарады. Ал 16-биттік DAC жоғарырақ диапазондарға дейін созу үшін қажет болатын гармоникалық көбейткіштерді басқару жұмысының басым бөлігін атқарады. Бұл жинақтың ерекшелігі неде? Шынын айтсам, ол спурларды дәлме-дәл айқындалған dithering технологиясы арқасында 80 дБ-ға дейін төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл медициналық визуалдауда, онда сигналдың тазалығы маңызды рөл атқаратын жерде өте маңызды. Калибрлеу де қиындық туғызбайды, себебі барлық түзету параметрлері бір рет ғана тұрақты есте сақтау құрылғысында сақталады. Бұл ескі әдістерге қарағанда іске қосу уақытын шамамен 70% қысқартады. Сонымен қатар, жүйе 500 МГц-тен астам жолақтықты қолдайды, сондықтан қазіргі кезде электрондық соғыс тестілеу жүйелерінің көпшілігі осы әдіске көшуі түсінікті.

^{Тастау Ескертуі: Аталған барлық модульдер ETSI EN 300 328 v2.2.2 стандарттарына сәйкес тәуелсіз тараптардың тексеруінен өтті}

Кең жолақты сандық VCO іске асырудағы маңызды конструкциялық шешімдердің алмастырылуы

3 ГГц-тен жоғары фазалық дыбыс, күйге келтіру сызықтылығы және калибрлеу шығыны

3 ГГц-тен жоғары жиілікте жұмыс істейтін сандық VCO модульдерінде тұрақты жұмыс істеуді қамтамасыз ету үшін өзара байланысқан үш компромисспен күресу қажет:

• Фазалық дыбыстың нашарлауы : Субстрат шығындары мен пайдаланбалы сыйымдылықтарға байланысты радиожиілікті сигналдың бүтіндігі жиілікті екі еселеу кезінде шамамен 6 дБ-ға төмендейді, бұл 5G және радиолокациялық қолданулар үшін маңызды әсер етеді
• Сызықты емес күйге келтіру реакциясы : 4 ГГц-тен жоғары кернеуден жиілікке өту қисықтары гистерезис құрады, бұл күрделі бөлікті-сызықты калибрлеу алгоритмдерін талап етеді
• Нақты уақытта калибрлеудің ауыртпалығы : Температуралық дрейфті үнемі компенсациялау 6 ГГц жүйелерінде өңдеу ресурстарының 15–30% алады

Бұл шектеулер спектрлік тазалықты сақтау және есептеу жүктемесін азайту мақсатында сегменттелген индуктивті блоктар мен фондық калибрлеу қозғалтқыштары сияқты сәулеттік инновацияларды қажет етеді.

Сандық VCO мүмкіндіктері бойынша ЖИҚ

Жоғары жиіліктерде фазалық дыбыс неліктен мүмкіндік береді?

Фазалық дыбыс жиіліктердің жоғары деңгейінде субстрат шығындары мен паразиттік сыйымдылықтарға байланысты артады, бұл 5G және радиолокациялық жүйелер сияқты қолданбалар үшін маңызды сигналдың бүтіндігіне әсер етеді.

Гармоникалық кеңейту әдістері дегеніміз не?

Гармоникалық кеңейту әдістері жиілік диапазонын кеңейту және жоғары жиіліктерге дейін тұрақтылықты сақтау үшін ішкі гармоникалық көбейткіштер мен бөлшек N синтезін қолдануды қамтиды.

Температура VCO өнімділігіне қалай әсер етеді?

Температураның өзгеруі компоненттердегі дрейфті тудырып, VCO өнімділігіне әсер етуі мүмкін. Analog Devices ADF4371 сияқты модульдер жұмыс ауқымында температуралық ығысуларды шешу үшін автоматты калибрлеу функциясын қамтиды.