Настройка рабочего цикла тактового сигнала для снижения чувствительности в случаях, связанных с модуляцией

Примечание редактора: Документ, на котором основана эта статья, был первоначально представлен на Международном симпозиуме IEEE 2022 года по электромагнитной совместимости и целостности сигналов/питания (EMC, SI & PI), где он получил признание как лучший доклад симпозиума. Он перепечатан здесь с любезного разрешения IEEE. Авторские права IEEE, 2022 г.

Проблемы десенсибилизации радиочастотных (РЧ) антенн, также известные как десенсибилизация, в последние годы привлекли все больше внимания. В связи с тенденцией к тому, что современные электронные устройства становятся более компактными, оснащены большим количеством функций и работают с более высокой скоростью, нежелательные источники шума и соединение с радиочастотными антеннами будут возникать чаще. Существует множество механизмов, по которым потеря чувствительности может происходить в радиочастотных антеннах, например, прямая связь [1][2], модуляция [3], интермодуляция [4][5] и т. д.

Наиболее распространенными случаями являются прямое подключение к антеннам жертвы. Когда в полосе приема существуют определенные источники шума, излучающие частотные составляющие, антенна может улавливать шум, если источники имеют эффективные пути связи с ним. Поскольку рабочие диапазоны частот антенн известны, они были тщательно изучены, чтобы избежать нежелательного шума, связанного с антенной от близлежащих модулей. Типичные решения по снижению воздействия включают экранирование, поглотители и даже изменение ориентации [1]. Теорема взаимности используется в качестве основы для моделирования проблемы прямой связи [6]. На основе этой структуры было предложено несколько методов, таких как извлечение эквивалентного дипольного момента для моделирования источника шума [7][8] или использование ящика Гюйгенса [9].

Проблемы с десенсацией, связанные с модуляцией, выявить труднее. Излучаемые передаваемые сигналы могут достигать 23 дБм, а значительная часть мощности передачи может быть легко передана на близлежащие модули и компоненты. Из-за нелинейности компонентов связанные сигналы TX, модулированные низкочастотными сигналами основной полосы частот, генерируют новые частотные компоненты и затем создают помехи полосе RX. Низкочастотные модулирующие сигналы, которые обычно игнорируются из-за проблем с дизайном, могут стать источником проблем в такой ситуации. Существует мало исследований взаимосвязи между спектром модулирующего сигнала и плотностью.

В данной статье предлагается новое направление снижения выбросов. Без изменения конструкции аппаратного обеспечения снижение чувствительности можно подавить, спроектировав распределение спектра посредством настройки рабочего цикла шумовой тактовой частоты. Объясняется понимание модуляции, вызванной уменьшением чувствительности, а также распределение тактового спектра в зависимости от рабочего цикла. Затем реальные измерения мобильных телефонов подтвердили возможность снижения чувствительности путем настройки рабочего цикла.

Для радиочастотных антенн в режиме дуплексного разделения частоты (FDD) частоты передачи обычно находятся недалеко от диапазона частот приема. Как показано на рисунке 1(a), на примере диапазона 5 LTE каналы передачи имеют разницу в 45 МГц с каналами приема. Снижение чувствительности, вызванное модуляцией, может произойти при двух условиях: 1) существуют спектральные компоненты модулирующего сигнала около 45 МГц; 2) Нелинейность достаточна для смешивания сигналов TX и основной полосы частот. Затем модулирующие сигналы будут преобразованы с повышением частоты в диапазон RX и будут создавать помехи в канале. Предыдущее исследование четко выявило, что этот механизм модуляции применяется в практической конструкции телефона [3].

Как показано на рисунке 1(b), сигналы TX, излучаемые антенной, могут быть приняты ближайшей схемой цифрового микрофона (Dmic). Из-за нелинейности компонента Dmic связанные сигналы TX могут модулировать тактовые сигналы микрофона, таким образом, после микширования будут создаваться новые нежелательные высокочастотные сигналы в диапазоне RX. В конечном итоге модулированный шум приема вернется к антенне-жертве и ухудшит чувствительность. Обратите внимание: хотя основная частота тактового генератора Dmic составляет 2,4 МГц, его гармоники могут возникать вблизи 45 МГц.