EN
Skaitmeninių VCO galimybių supratimas ir 100–6000 MHz iššūkis
Skaitmeniniai VCO, tie įtampai valdomi generatoriai, kurių visi priklausome dažnio sinchronizavimui belaidėse sistemose, susiduria su rimtais iššūkiais bandydami užtikrinti veikimą nuo 100 iki 6000 MHz. Tokio įspūdingo 60:1 derinimo santykio pasiekimas reiškia, kad pirmiausia reikia įveikti tris pagrindines problemas: fazės triukšmas didesniuose dažniuose pablogėja, derinimo charakteristika tampa netiesinė, o kalibravimas virsta košmaru. Kai sistemos pradeda veikti aukščiau 3 GHz, fazės triukšmas dėl paklotės nuostolių ir tų nemalonių harmonikų padidėja apie 6–10 dBc/Hz, kas ypač stipriai pablogina signalo kokybę 5G tinklams ir radaro sistemoms. Išlaikyti tiesinį dažninį atsaką per tokį platų diapazoną reikalauja sudėtingų kompensavimo algoritmų, o šis papildomas apdorojimas mažina baterijos tarnavimo laiką, padidindamas energijos suvartojimą 15–25 %. Kalibravimo problemos dar labiau pablogėja ir su plečiančiuosi juosta, nes komponentai dreba dėl temperatūros pokyčių, o gamybos tolerancijos reikalauja nuolatinių korekcijų per realaus laiko taisymo kilpas. Inžinieriai lieka įstrigę tarp gryno signalo, efektyvaus energijos naudojimo ir greito derinimo greičio balansavimo, o situacija dar labiau susunksta dėl naujų standartų, kurie reikalauja, kad įrenginiai akimirksniu peršoktų per visą spektrą be jokios delsos.
Aukščiausi komerciniai skaitmeniniai VCO moduliai, patvirtinti 100–6000 MHz veikimui
Analog Devices ADF4371 su harmoninio plėtimo technikomis
Analog Devices' ADF4371 modulis įveikia senus dažnių apribojimus dėka gana išradingų harmoninių plėtimo technikų. Mikroschema naudoja trupmeninį N sintezatorių kartu su integruotais harmoniniais daugikliais, kad išlaikytų stabilumą iki 6 gigahercų. Ir štai kas įdomu – ji taip pat išlaiko labai žemą fazės triukšmą, kuris matuojant 1 MHz poslinkyje yra mažesnis nei minus 110 dBc vienam hercui. Šią konstrukciją išskiria tai, kaip ji sumažina reikalingų komponentų skaičių. Dabiti nebeprireikia inžinerams prijungti atskirų dažnio dvigubintuvų šalia pagrindinio bloko. Pramonės testai parodė, kad tai komponentų kiekį sumažina apie 40 procentų lyginant su senesniais metodais. Temperatūros pokyčiai gali paveikti našumo specifikacijas, bet ne šį modulį. Integruota automatinė kalibracija kompensuoja temperatūros pokyčius visame veikimo diapazone, todėl prietaisas tinkamai veikia net sunkiomis pramoninėmis sąlygomis. Be to, jame yra integruotas galios stiprintuvas, kuris padidina signalo stiprumą iki +5 dBm. Toks energijos lygis puikiai tinka 5G įrangos ir įvairių radarinių taikymų bandymams, kuriuose būtini platūs bangos diapazonai.
Renesas F1491/F1492 dviejų branduolių skaitmeninė VCO architektūra
Sistema naudoja dviejų branduolių dizainą su lygiagrečiais įtampą valdomais osciliatoriais ir protinga perjungimo logika, kuri gali tvarkyti dažnius nuo 100 iki 6000 MHz. Pirmasis branduolys tvarko dažnius tarp 100 ir 3500 MHz, o antrasis įsijungia, kai reikia eiti aukščiau, iki pat 6000 MHz. Perjungimas vyksta labai greitai – mažiau nei per 100 nanosekundžių. Mikroschemoje integruoti temperatūros jutikliai nuolat reguliuoja srovės parbiasus, kai sistema įkaista arba atvėsta, kad dažnio pasislinkimas būtų apie plius minus 2 milijoninesios per laipsnį pagal Celsijų. Nepriklausomi tyrimai parodė, kad ši sistema gali skiriamąją gebą pasiekti iki 0,01 Hz naudodama 28 bitų derinimo žodžius, todėl ji puikiai tinka tokiose srityse kaip LoRaWAN tinklai ir palydovinė ryšių sistema, kur tikslumas yra svarbus. Ir nepaisant visų šių galimybių, energijos suvartojimas lieka mažesnis nei 300 milivatų, net veikiant visame dažnių ruože, dėka protingų adaptacinių išjungimo funkcijų kiekviename branduolyje.
Individualus MMIC CMD195 + išorinis DAC derinimas, kad būtų užtikrintas viso bangos diapazono dengimas
Kombinuojant specializuotą MMIC su aukštos raiškos išoriniais DAC, gaunamas labai sklandus dažnio perjungimas per visą 6 GHz diapazoną. Paimkime CMD195 branduolį – jis generuoja signalus nuo 100 iki 3500 MHz. Tuo tarpu 16-bitų DAC atlieka pagrindinį darbą valdydamas tuos harmoninius daugiklius, kurie reikalingi siekiant pasiekti aukštesnius diapazonus. Kas daro šią konfigūraciją išskirtinę? Na, ji sugeba sumažinti pašalinius signalus daugiau nei 80 dB dėka slaptosios trikdžių technologijos. O tai yra itin svarbu medicininei vaizdavimo įrangai, kur signalo grynumas lemia viską. Kalibravimas taip pat nėra tokia problema, kadangi visi derinimo parametrai vieną kartą įsimenami nevolatinėje atmintinėje. Tai sumažina paleidimo laiką apie 70 % lyginant su senoviškomis iteracinėmis metodikomis. Be to, sistema tvarkosi su pralaidumo juostomis, gerokai viršijančiomis 500 MHz, todėl nenuostabu, kad šiuolaikinėse elektroninio karo bandymų sistemose vis dažniau naudojamas būtent šis požiūris.
Patvirtinimo pastaba: Visi paminėti moduliai buvo išbandyti trečiosios šalies pagal ETSI EN 300 328 v2.2.2 standartus
Svarbūs konstrukcijos kompromisai platjuosčio skaitmeninio VCO realizavime
Fazės triukšmas, derinimo tiesiškumas ir kalibravimo sąnaudos virš 3 GHz
Stabiliam skaitmeninių VCO modulių veikimui virš 3 GHz pasiekti reikia įveikti tris tarpusavyje susijusius kompromisus:
- Fazės triukšmo blogėjimas : RF signalo kokybė sumažėja ~6 dB kiekvieną kartą padvigubinus dažnį dėl paklotės nuostolių ir parazitinės talpos, kas smarkiai veikia 5G ir radarų taikymus
- Netiesinis derinimo atsakas : Įtampai-į-daugį dažnių kreivės vysto histerezę virš 4 GHz, todėl reikalingi sudėtingi daliniai tiesiniai kalibravimo algoritmai
- Tikrojo laiko kalibravimo našta : Nuolatinė temperatūros poslinkio kompensacija 6 GHz sistemose suvartoja 15–30 % apdorojimo išteklių
Šie apribojimai reikalauja architektūrinių inovacijų, tokių kaip segmentuotos induktyvumo bankai ir fono kalibravimo varikliai, siekiant išlaikyti spektrinį grynumą, mažinant skaičiavimo sąnaudas.
DUK apie skaitmeninių VCO galimybes
Kodėl fazės triukšmas kelia susirūpinimą esant aukštesnėms dažnįms?
Fazės triukšmas didėja esant aukštesnėms dažnįms dėl substrato nuostolių ir parazitinės talpos, kas veikia signalo vientisumą, kas yra svarbu taikymams, pvz., 5G ir radarų sistemoms.
Kas tai yra harmonikų pratęsimo technikos?
Harmonikų pratęsimo technikos apima integruotus harmonikų daugiklius ir trupmeninio N sintezę, kad būtų išplėstas dažnių diapazonas ir išlaikyta stabilumas iki aukštesnių dažnių.
Kaip temperatūra veikia VCO našumą?
Temperatūros pokyčiai gali sukelti komponentų pasislinkimą, kuris veikia VCO našumą. Moduliai, tokie kaip Analog Devices ADF4371, įtraukia automatinę kalibravimą, kad būtų kompensuoti temperatūros pokyčiai visame darbo diapazone.