Chương 2 bộ thu không dây kiến trúc và loại bỏ hình ảnh

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I BÀI TẬP HỌC PHẦN Tên học phần : THU PHÁT VÔ TUYẾN Giảng viên : Nguyễn Viết Đảm Hà Nội, 2021 Chương : Bộ thu không dây: Kiến trúc loại bỏ hình ảnh 2.1 Giới thiệu Ngay phát minh máy thu việc loại bỏ hình ảnh phát sinh từ thực tế coi vấn đề quan trọng Phương pháp truyền thống cho loại bỏ nhiễu ảnh sử dụng dải yếu tố chất lượng cao (Q-factor) vượt qua lọc trước trộn RF Phương thức thứ sử dụng trộn phức tạp ,hoặc trộn loại bỏ hình ảnh Hầu máy thu đại sử dụng điều chế giải điều chế cầu phương 2.2 Tại sử dụng điều chế cầu phương? Hình 2.1 Giải điều chế I Q Sử dụng điều chế cầu phương : - Đầu tiên, băng thơng tín hiệu đầu vào bị nghi ngờ đầu số hóa Nó lí giải theo miền thời gian miền tần số Trong miền thời gian ,nếu tần số lấy mẫu fs, người ta phải lấy mẫu chu kì tần số đầu vào cao để đáp ứng định lý Nyquist Do tần số cao lấy fs Trong miền tần số , đầu vào thực có thành phần tần số âm dương tần số cao fs/2 - Thứ ,điều chế kỹ thuật số để thực với điều chế I/Q.Các tín hiệu I Q giới hạn quấn pha vơ hạn cách phân pha tín hiệu I Q 2.3 Máy thu Heterodyne COS(𝑤𝑅𝐹 t) COS(𝑤𝐿𝑂 t) = (1/2) [COS(𝑤𝐼𝐹 t) + COS(𝑤𝑅𝐹 + 𝑤𝐿𝑂 t)] (2.1) Tín hiệu mong muốn chuyển đổi thành IF Nhân LO với COS gây nhiễu (𝑤𝑖𝑚𝑔 t), 𝑤𝑖𝑚𝑔 = 𝑤𝐿𝑂 - 𝑤𝐼𝐹 gọi tần số hình ảnh, thu được: COS(𝑤𝑖𝑚𝑔 t) COS(𝑤𝐿𝑂 t) = (1/2) [COS(𝑤𝑖𝑚𝑔 - 𝑤𝐿𝑂 )t + COS(𝑤𝐿𝑂 + 𝑤𝑖𝑚𝑔 )t] = (1/2) [COS(𝑤𝐼𝐹 t) + cos(2𝑤𝐿𝑂 - 𝑤𝐼𝐹 )t] (2.2) Kết thành phần đầu có IF tín hiệu mong muốn Hiệu ứng gọi cưa hình ảnh Trong số trường hợp đặc biệt, nhiễu hình ảnh bí danh bị tách khỏi tín hiệu mong muốn thơng qua việc lựa chọn cẩn thận tần số trung gian Một ví dụ điển hình máy thu FM phát sóng tiêu chuẩn Trong máy thu vậy, IF 10,7 MHz đảm bảo kênh hình ảnh nằm ngồi băng tần FM rộng 20 MHz Do đó, dị phân biệt tần số có xu hướng từ chối tín hiệu hình ảnh giả định khơng phải tín hiệu FM Tuy nhiên, nhìn chung tín hiệu hình ảnh khơng thể phân biệt với tín hiệu mong muốn phải loại bỏ trước bị chuyển hướng xuống Theo truyền thống, điều thực lọc loại bỏ hình ảnh RF chip Bộ lọc loại bỏ hình ảnh có tần số trung tâm tắt RF phải loại bỏ hình ảnh khoảng cách 2𝑓𝐼𝐹 Rõ ràng giảm tần số trung gian thắt chặt yêu cầu lọc loại bỏ hình ảnh Vì vậy, có đánh đổi việc lựa chọn tần số trung gian Trong trường hợp tần số đầu vào cao, ví dụ 900 MHz GSM, nhiều giai đoạn IF thường áp dụng để giải tình trạng khó xử với chi phí nhiều phần cứng hơn, bao gồm nhiều hình ảnh off-chip -các lọc từ chối Tích hợp nguyên khối lọc loại bỏ hình ảnh thu hút ngày nhiều ý gần Bằng cách tích hợp nguyên khối, lọc SAW đắt tiền loại bỏ Hơn nữa, LNA không cần truyền tải 50 n trộn không cần thể trở kháng đầu vào 50 n Điều giải phóng nhiều khơng gian để tối ưu hóa điện tiêu thụ, số tiếng ồn (NF), độ lợi thông số thiết kế quan trọng khác LNA trộn Mặc dù khơng thể tích hợp BPF Q cao, bạn sử dụng lọc notch Trong [15, 16], bể LC chip khai thác để đặt rãnh tần số hình ảnh Trong [17], lọc rãnh CMOS không cuộn cảm đề xuất Các thông số hoạt động lọc khía liệt kê Bảng 2.1 so sánh với thông số lọc RF SAW thương mại cho máy thu di động GSM Từ bảng này, thấy lọc notch có hiệu suất tốt việc loại bỏ hình ảnh, có nhược điểm NF, độ tuyến tính tiêu thụ điện (trong lọc không cuộn cảm) Một nhược điểm khác lọc notch cần phải điều chỉnh tần số Các ưu điểm máy thu heterodyne tóm tắt sau: (1) tính chọn lọc tốt; (2) yêu cầu lọc lựa chọn kênh thấp; (3) Phần bù DC vài giai đoạn loại bỏ BPF; (4) Sự không khớp I-Q xảy tần số thấp dễ kiểm soát sửa chữa Hạn chế cần có lọc từ chối hình ảnh Q cao Điều làm cho khó để đạt tích hợp đầy đủ 2.4 Máy thu từ chối hình ảnh Như đề cập đầu chương này, cách tiếp cận thứ hai để loại bỏ hình ảnh sử dụng trộn phức tạp, Bộ trộn loại bỏ hình ảnh cách gọi truyền thống Bộ thu sử dụng trộn loại bỏ hình ảnh gọi thu loại bỏ hình ảnh Ưu điểm máy thu từ chối hình ảnh chúng khơng cần lọc loại bỏ hình ảnh Nếu khơng có lọc loại bỏ hình ảnh, tần số trung gian đặt thấp cân yêu cầu lọc loại bỏ hình ảnh lọc chọn kênh thảo luận phần trước khơng cịn Do đó, thơng thường, đạt cách chọn lọc tốt nhờ lọc tích hợp với hệ số Q từ 10 đến 20 2.4.1 Kiến trúc Hartley Kiến trúc đề xuất Hartley [19] vào năm 1928 Hình 2.4 cho thấy sơ đồ khối máy thu Nó bao gồm hai trộn phù hợp, dịch chuyển pha 90 °, cặp LO với độ lệch pha 90 ° cộng Một giải điều chế I / Q hình 2.1 thêm vào cuối để tạo đầu băng tần sở cầu phương Hình 2.4 Ngun lí hoạt động máy thu Hình 2.4 cho thấy phổ tần số điểm khác máy thu Hartley Ở đây, tín hiệu cầu phương xác định để tạo chân tín hiệu pha 90̊ dịch chuyển pha xác định để chuyển pha trước Trong miền tần số, độ lệch pha 90̊ tương ứng với việc nhân phổ tần số dương âm với j -j Và hoạt động trộn tương ứng với việc trộn phổ đầu vào với phổ LO Trong hình 2.4, 𝑤𝐿𝑂 < 𝑤𝑅𝐹 giả định Do tần số hình ảnh 2𝑤𝐿𝑂 -𝑤𝑅𝐹 Trong máy thu này, tín hiệu mong muốn nhiễu hình ảnh chuyển hướng xuống theo hai đường Tuy nhiên, tín hiệu mong muốn cuối đường dẫn đường dẫn pha, nhiễu ảnh 1800 lệch pha Khi đường dẫn đường dẫn kết hợp lại, nhiễu ảnh bị loại bỏ tín hiệu mong muốn để lại Việc hủy bỏ hình ảnh giải thích miền thời gian Giả sử tín hiệu mong muốn nhiễu ảnh, pha I Q tín hiệu LO ACOS (𝑤𝑅𝐹 t), B COS (𝑤𝑖𝑚𝑔 t), COS (𝑤𝐿𝑂 t) sin (𝑤𝐿𝑂 t), 𝑤𝑅𝐹 - 𝑤𝐿𝑂 = 𝑤𝐿𝑂 - 𝑤𝑖𝑚𝑔 Để có đường dẫn kết hợp hồn hảo, - Tín hiệu nút A : - Tại nút B : - Tại nút C : Tổng hợp tín hiệu nút B C, thu đầu -Asin (𝑤𝐼𝐹 t) thuật ngữ hình ảnh với hệ số B bị loại bỏ Bây xem xét diện sai lệch độ lợi cân pha Để đơn giản hóa việc phân tích, gán lỗi cho pha I Q tín hiệu LO Nếu lỗi khối không phụ thuộc vào tần số, chúng có tác động giống việc gán khơng tính tổng quát Giả sử pha I Q tín hiệu LO (1 + α) COS (𝑤𝐿𝑂 t) sin (𝑤𝐿𝑂 t + ε), α ε độ lợi chăm sóc lỗi pha tương ứng Tín hiệu nút A trở thành: - Tín hiệu nút B trở thành: - Tín hiệu nút C trở thành : Tổng hợp tín hiệu B C, thu kết đầu là: số hạng tín hiệu mong muốn số hạng thứ hai hình ảnh Do đó, hình ảnh dư tồn Từ (2.9), có cơng suất tín hiệu mong muốn là: lũy thừa ảnh dư là: Lưu ý phương trình trên, A Bare sử dụng để phân biệt tín hiệu mong muốn hình ảnh Chuẩn hóa A B thành thống chia (2.11) cho (2.10), thu ratia phản xạ hình ảnh (IRR) máy thu là: ví dụ = + α tỷ số khuếch đại hai đường dẫn Hình 2.5 đồ thị đường viền IRR hàm độ lợi sai số pha Để cải thiện IRR, người ta cần cải thiện độ lợi lỗi pha, tùy theo điều kiện chiếm ưu Các yếu tố giới hạn IRR máy thu tích hợp bao gồm chênh lệch độ lợi hai trộn, cân độ lớn lỗi pha đầu vng góc LO, cân độ lớn lỗi pha dịch pha đường tín hiệu Trong máy thu Hartley, nguồn gốc không phù hợp độ lợi trộn phát sinh từ biến thể cục lỗi chỉnh chế tạo Bố trí cẩn thận cần thiết Để đạt mức độ phù hợp cao hơn, sử dụng trộn điều chỉnh bên ngồi [20] Tuy nhiên, phương pháp khơng ưa chuộng quy trình điều chỉnh làm tăng chi phí sản xuất Đầu cầu phương LO tạo ba phương pháp: (1) sử dụng dao động với đầu vng góc vốn có; (2) sử dụng phân tần với đầu kích hoạt cạnh tăng đầu khác kích hoạt cạnh giảm; (3) sử dụng dịch pha Phương pháp thuận lợi Có thể dễ dàng đạt sai số pha 0,5̊ cân cường độ 1% [21] (tương ứng với 45 dB IRR) phương pháp Hiệu suất phương pháp thứ hai bị giới hạn chu kỳ làm việc tín hiệu đồng hồ [20] Bên cạnh đó, phương pháp khơng thích hợp cho ứng dụng tần số cao, cần tín hiệu đồng hồ với tần số gấp đơi Phương pháp thứ ba thích hợp cho hệ thống có dải điều chỉnh LO hẹp dịch pha có băng thơng hạn chế [22, 5] Hình 2.5 IRR so với độ lợi lỗi pha Một vấn đề quan trọng lỗi pha cân độ lớn tạo dịch pha 90 ° đường dẫn tín hiệu Việc triển khai AH có dịch pha dựa mạch RC / CR thụ động tích cực Vấn đề R C thay đổi theo nhiệt độ q trình Rất khó để đạt cân cường độ cao dải tần số rộng Các chi tiết khác dịch chuyển pha thảo luận Chương ba Bảng 2.2 liệt kê số hiệu suất IRR báo cáo máy thu Hartley IRR tốt liệt kê 35 dB Đôi khi, lọc loại bỏ hình ảnh RF với hệ số Q thoải mái cần thiết để giúp cải thiện IRR Mặc dù IRR khơng đủ, kiến trúc Hartley tìm thấy nhiều ứng dụng hệ thống không dây Bảng 2.2: IRR báo cáo máy thu loại bỏ hình ảnh tích hợp Hình 2.6 cho thấy biến thể kiến trúc Hartley Hình 2.6 (a) (b) dành cho tần số đầu vào cao tần số LO, (c) (d) dành cho tần số đầu vào thấp tần số LO Cũng đặt dịch chuyển pha 90 ° giai đoạn RF, tức trước trộn, thay giai đoạn IF Cách tiếp cận khai thác chuyển đổi hướng xuống cầu phương kép thảo luận phần sau chương Hình 2.6 Các biến thể kiến trúc thu Hartley: (a) - (b) cho 𝑤𝑅𝐹 > 𝑤𝐿𝑂 ; (c) - (d) cho 𝑤𝑅𝐹 < 𝑤𝐿𝑂 ; 2.4.2 Kiến trúc Weaver Kiến trúc Weaver [28] phát minh vào năm 1956 Như Hình 2.7, kiến trúc khác với kiến trúc Hartley chỗ dịch chuyển pha 90 ° đường tín hiệu thay cặp trộn vng góc khác Mục đích thay để thực chuyển pha đường dẫn tín hiệu băng rộng mà LO thứ hai âm hình sin Do đó, độ xác dịch chuyển pha kiểm sốt tốt Hình 2.7: Nguyên lý thu từ chối hình ảnh Weaver Hình 2.7 cho thấy phổ tần số nút khác Nguyên tắc hủy ảnh hiểu rõ ràng từ thông tin miền tần số thể hình Cấu hình Hình 2.7 có đầu nằm băng tần sở Bây giờ, phân tích q trình hủy bỏ hình ảnh miền thời gian Tại nốt A C, tín hiệu tương tự tín hiệu máy thu Hartley, tức A / 2cos (𝑤𝐼𝐹 t) + B / 2cos (𝑤𝐼𝐹 t) -A / 2sin (𝑤𝐼𝐹 t) + B / 2sin (𝑤𝐼𝐹 t), tương ứng (xem (2.3) (2.5)) Tín hiệu nút B là: Và tín hiệu nút D : Trừ tín hiệu nút D từ nút B, thu đầu A / COS (𝑤𝐼𝐹 𝑤𝐿𝑂2 ) t thuật ngữ hình ảnh hệ số B bị hủy Tương tự thu Hartley, sai lệch độ lợi cân pha thu Weaver làm cho việc hủy bỏ hình ảnh khơng hồn thành Ảnh hưởng chúng kiến trúc bị chi phối (2.12) Lưu ý tất trộn, lọc thông thấp dao động tạo độ lợi lỗi pha 10 Hình 3.23: (a) Mạch hình 3.21 (c) hoạt động pha e (b) pha o Hiệu ứng tăng opamp hữu hạn Hạn chế mạch đề xuất nhạy cảm với độ lợi opamp băng thông hữu hạn Để xem độ lợi hữu hạn ảnh hưởng đến hiệu suất mạch, trước hết kiểm tra ảnh hưởng khối xây dựng Đối với mạch SC đơn giản, hàm truyền viết dạng Hãy xem xét độ trễ đơn vị Hình 3.21 (a), pha đầu o, có Nếu xem xét điện dung ký sinh, dễ dàng nhận thấy thuật ngữ sai số 𝑔1 (Z) trở thành 𝐶𝑝1 đại diện cho điện dung ký sinh nút C đại diện cho giá trị 𝐶𝑎 𝐶𝑏 cho đầu pha tương ứng Người ta thấy diện điện dung ký sinh làm tăng nhẹ độ lớn sai số Bên cạnh đó, không phù hợp tụ 48 điện 𝐶𝑎 𝐶𝑏 dẫn đến giá trị 𝑔1 (z) khác cho pha 4, hiệu ứng bậc cao thực bị bỏ qua Đây cách mà điện dung không phù hợp ảnh hưởng đến hiệu suất mạch Trong phần cịn lại chương này, loại khơng khớp bỏ qua Theo quy trình tương tự, thấy thời hạn sai số mạch trễ (𝑧 −3/2 ) thể Hình 3.21 (b) có giá trị 1+𝜇 Chúng sử dụng ký hiệu gl cho thuật ngữ lỗi mạch Nếu xem xét điện dung ký sinh giống điện dung cho (3.61) ngoại trừ 𝐶𝑝1 nên thay 𝐶𝑝1 + 𝐶𝑝2 𝐶𝑝1 + 𝐶𝑝3 cho đầu tương ứng pha 1, 𝐶𝑝2 𝐶𝑝3 đại diện cho điện dung ký sinh nút Sự không phù hợp 𝐶𝑝3 𝐶𝑝2 bỏ qua, có biểu thức g (z) cho giai đoạn Bây xem xét mạch lõi phần allpass Chúng ta tham khảo Hình 3.23 bỏ qua điện áp bù opamp để đơn giản hóa việc phân tích (như giải thích trước đó, khơng ảnh hưởng đến đầu ra) Trong pha e, đầu vào đầu đảo ngược opamp nối ngắn mạch với Ký hiệu số thời gian khoảng đồng hồ (n - 0,5) T, có Điện áp tụ điện 𝑉𝑐2 [nT] điện áp đầu 𝑉𝑜𝑢𝑡 [nT] cho Phương trình cho thuật ngữ sai số 𝑔2 lõi Hình 3.21 (c) 1+𝜇(1+𝛼) Nếu xét điện dung ký sinh, thuật ngữ sai số 𝑔2 trở thành: Trong Hình 3.23, 𝑉1 đầu vào, 𝑉2 đầu cấp ngược với độ trễ chu kỳ xung nhịp 1,5, 𝑉3 đầu vào có độ trễ chu kỳ xung nhịp 1,5 Có tính đến hiệu ứng khuếch đại hữu hạn mạch trễ, có 49 Vì vậy, đầu 𝑉𝑜𝑢𝑡 (z) (3.63) trở thành Và hàm truyền phần allpass ( 𝑧 −2 −𝑎 1−𝑎𝑧 −2 ) trở thành Cuối cùng, nhận hiệu ứng khuếch đại opamp hữu hạn chức truyền tổng thể máy biến áp IIR Hilbert, ví dụ, máy biến áp minh họa Ví dụ 3.8, 𝑔1 thuật ngữ lỗi độ trễ SC thể Hình 3.21 (a) (c), 𝑔2𝑖 𝑔2𝑞 thuật ngữ lỗi mạch phân nhánh với a = 0,5846832 0,1380250 tương ứng Mơ máy tính thực để xác minh phương trình (3.71) Các phản ứng cường độ |𝐻𝐼 + 𝐻𝑄 | máy biến áp SC thu phương pháp khác thể hình 3.24 Các đường cong chấm hình vẽ thu cách đánh giá phương trình (3.71) Các đường cong khoanh trịn kết mô SWITCAP2 Người ta thấy hai kết khớp với xác Ngồi ra, hai kết quả, cho độ lợi opamp A = 100 cho A =10000, so sánh Quan sát thấy phản ứng cho A = 10000 phù hợp với phản ứng lý tưởng Nhưng đáp ứng cho A = 100 làm khoảng 10 dB suy giảm dải dừng 50 Hình 3.24: Đáp ứng cường độ máy biến áp SC IIR Hilbert nhiều pha minh họa Ví dụ 3.8 với độ lợi opamp hữu hạn A = 100 10000 Các đường cong chấm thu cách đánh giá phương trình (3.71) đường cong trịn thu mơ SWITCAP2 Hình 3.25: Độ nhạy pha C1 / C2 lọc-I (liền) lọc-Q (gạch ngang) máy biến áp Hilbert minh họa Ví dụ 3.8 51 Độ nhạy pha không phù hợp tụ điện Cũng thú vị xem cách mạch phản ứng với thay đổi điện dung, Le., Độ nhạy không phù hợp điện dung Trước tiên, xem xét phản ứng độ lớn Đầu tiên, mạch trễ đơn vị không nhạy cảm với không khớp tụ điện tín hiệu đầu vào đầu lấy mẫu tạo tụ điện giống Thứ hai, đáp ứng cường độ tiết diện toàn phần 𝑧 −2 −𝑎𝑖 1−𝑎𝑖 𝑧 −2 không nhạy cảm với không phù hợp tụ điện Vì hệ số lọc a tử số mẫu số nhận cặp tụ điện, nên phản ứng cường độ không phụ thuộc vào giá trị a Tuy nhiên, đáp ứng pha phần tất phụ thuộc vào giá trị a, điện dung khơng phù hợp Chúng xác định độ nhạy pha tham số a là: Mạch FIR Việc thực mạch nhiều pha máy biến áp FIR Hilbert đơn giản Ví dụ, mạch lọc-I máy biến áp FIR có chức truyền tải minh họa Ví dụ 3.4 (𝐻𝐼 (𝑧)= α - 𝑧 −2 ) thể Hình 3.26 Sự khác biệt từ mạch IIR khơng có đường phản hồi Có thể thu máy biến áp FIR bậc cao cách kết nối nhiều nhánh với đầu cuối đầu vào đảo ngược opamp 3.4.3 Mạch đa pha giảm độ nhạy Opamp tăng băng thơng Hạn chế máy biến áp Hilbert tụ điện chuyển mạch nhiều pha mô tả trước nhu cầu opamps hiệu suất cao Để có hiệu suất cao (suy giảm dải dừng 60 dB), mạch yêu cầu opamps độ lợi cao (> 70dB) băng thông cao (tần số khuếch đại đơn vị gấp 10 lần tần số lấy mẫu), dẫn đến tiêu thụ điện lớn, đặc biệt hoạt động tần số cao 52 Hình 3.26: Mạch lọc-I máy biến áp SC FIR Hilbert nhiều pha, có hàm truyền 𝐻𝐼 (𝑧)= α - 𝑧 −2 Các phương pháp bù sai số khuếch đại hữu hạn truyền thống cho lọc SC khai thác đặc tính tự động tương quan tín hiệu đầu vào Nếu tín hiệu thay đổi từ mẫu sang mẫu khác, sai số khuếch đại hữu hạn đưa vào khoảng thời gian bù cách sử dụng kiến thức sai số khuếch đại hữu hạn từ khoảng thời gian c10ck trước Nhưng nguyên tắc không áp dụng cho máy biến áp IIR Hilbert có tần số tín hiệu tập trung phần tư tần số lấy mẫu, i.e., Tín hiệu thay đổi nhiều từ mẫu sang mẫu khác May mắn thay, kỹ thuật lấy mẫu kép tương quan dự đốn (CDS) [43] áp dụng cho máy biến áp để giảm độ nhạy độ lợi opamp băng thơng, để mở rộng khả cho ứng dụng tần số cao Trong mạch CDS dự đoán, hoạt động sơ sử dụng tập hợp tụ điện phụ khớp với tụ điện thực khoảng thời gian đồng hồ Hoạt động sơ cung cấp cho giá trị gần cho sai số khuếch đại cuối cùng, lưu trữ sử dụng để sửa chữa q trình hoạt động cuối Đề án địi hỏi nhiều diện tích chip đạt độ xác cao Các phiên CDS dự đốn khối xây dựng SC máy biến áp IIR Hilbert thể Hình 3.27 Trong tất mạch này, tụ điện Ch lắp vào đầu vào đảo ngược opamp công tắc đặt lại opamp thay nhánh se dự đoán Trong pha đồng hồ e, nhánh eDS dự đoán cố gắng dự đoán điện áp đầu khoảng đồng hồ (pha o) Do đó, điện áp đầu cuối đảo ngược opamp thay đổi không đáng kể từ pha e sang o Do đó, hiệu ứng khuếch đại hữu hạn thể thay đổi điện áp đầu nối nghịch 53 lưu bị hủy bỏ Lưu ý đầu vào mạch Hình 3.27 (c) yêu cầu khơng đổi qua pha e o Hình 3.27: Các khối xây dựng bù băng thông độ lợi máy biến áp đa pha se IIR Hilbert: (a) Độ trễ đơn vị dự đoán; (b) Đường trễ dự đoán (𝑧 −3/2 ) sử dụng (c); (c) Khối truyền ali dự đoán 𝑧 −2 −𝑎𝑖 1−𝑎𝑖 𝑧 −2 ,a = Cr / C2 Lưu ý Ca = Cb = C, 𝐶𝐹1 = 𝐶𝐹2 = 𝐶𝐹 chúng tụ điện giữ tùy ý Các lọc SC sử dụng kỹ thuật eDS dự đoán thường bị phạt tốc độ thực tế đầu vào phải giữ cố định qua hai pha đồng hồ yêu cầu sử dụng pha đồng hồ thứ ba để ghép mạch với giai đoạn khác Nhưng mạch Hình 3.27, hình phạt khơng tồn chúng sử dụng giai đoạn thiết lập lại opamp không sử dụng để tạo dự đốn Phân tích định lượng hiệu ứng khuếch đại hữu hạn Để phân tích cách định lượng hiệu ứng khuếch đại hữu hạn mạch tiên đoán máy biến áp Hilbert, trước hết xem xét mạch trễ thể 54 hình 3.27 (b) Trong giai đoạn 1, đầu vào lấy mẫu Ca 𝐶𝐹1 đất Ký hiệu số thời gian khoảng đồng hồ nT, có cực tính điện áp tụ điện đánh dấu hình Trong giai đoạn 2, điện tích lưu trữ Ca 𝐶𝐹1 giữ khơng đổi tụ điện bị cô lập Trong giai đoạn (chỉ số thời gian (n + 1) T), Ca giữ điện tích 𝐶𝐹1 kết nối với đầu vào đầu đảo ngược opamp để tạo điện áp đầu sơ Đầu bị lỗi độ lợi hữu hạn, làm phát sinh điện áp khác không đầu vào đảo ngược Vx, opamp: Trong tụ điện 𝐶ℎ kết nối với đầu vào đảo ngược opamp, chuyển sang đất giai đoạn này, gây chuyển giao điện tích từ 𝐶ℎ sang 𝐶𝐹1 : Thực tế 𝑉𝑐ℎ [nT] = 𝑉𝑐ℎ [(n - l) T] = 𝑉𝑥 [(n - 1) T] sử dụng bước cuối phương trình tụ điện 𝐶ℎ giữ điện tích từ pha đến từ pha đến Điện áp đầu khoảng thời gian (n + 1) T (pha 3) nơi 𝑘ℎ = 𝐶ℎ 𝐶𝐹1 Hãy ký hiệu (𝛽 = 𝜇 1+𝜇+𝜇𝑘ℎ ) để đơn giản hóa việc phân tích Từ (3,75) (3,77), có 55 Bước cuối có (𝛽2 ≪ 𝑉𝑥 ≪ 𝑉𝑖𝑛 Điện áp 𝑉𝑥 [(n + l) T] lưu trữ 𝐶ℎ Trong giai đoạn 4, điện áp sai số phát triển Vx gần với giá trị lưu trữ 𝐶ℎ Một đất ảo tốt sau tạo đáy 𝐶ℎ Do đó, sai số điện áp đầu giảm đáng kể Để phân tích định lượng điều này, chúng tơi viết Trong miền z, phương trình trở thành : Kết cho đầu giai đoạn xác y 𝐶𝐹1 = 𝐶𝐹2 = 𝐶𝐹 Do đó, hàm truyền mạch trở thành: 56 Hình 3.28: Đáp ứng cường độ phiên CDS dự đoán máy biến áp SC IIR Hilbert nhiều pha với độ lợi opamp hữu hạn A = 100 𝐶ℎ /𝐶𝐹 = Đường cong chấm đường tròn thu cách đánh giá phương trình (3.71) mơ SWITCAP2 tương ứng Đường cong có chấm hình kết việc đánh giá phương trình (3.71) Đường cong khoanh trịn kết mô SWITCAP2 Một lần nữa, hai đường cong khớp với cách xác Có thể thấy rõ ràng qua hình ảnh độ khuếch đại opamp hữu hạn 100 không ảnh hưởng đến hiệu suất mạch nhờ việc sử dụng kỹ thuật lấy mẫu kép tương quan dự đoán Hiệu ứng băng thông hữu hạn Băng thông khuếch đại đơn vị opamp hữu hạn ảnh hưởng đến thời gian giải mạch tụ điện chuyển mạch Mặc dù giải pháp dạng đóng tìm thấy cho hiệu ứng mạch SC đơn giản, việc suy biểu thức dạng đóng hiệu ứng hàm truyền tổng thể máy biến áp Hilbert phức tạp Vì vậy, chúng tơi tiến hành mô SWITCAP2 để chứng minh hiệu ứng băng thông hữu hạn máy biến áp Đối với độ lợi opamp A = 100 tần số khuếch đại đơn vị fGBW = 3fs (fs tần số xung nhịp), Hình 3.29 cho thấy mạch bù dải thơng khuếch đại có khả triệt tiêu dải dừng nhiều dB so với mạch không bù 57 mô tả phần trước tiểu mục Như đề cập phần đầu tiểu mục này, chi phí cho việc cải thiện hiệu suất việc sử dụng nhiều tụ điện công tắc hơn, tức nhiều diện tích chip Hiệu ứng băng thông hữu hạn giảm máy biến áp CDS Hilbert dự đốn hiểu theo cách sau Hãy nhớ mạch giới thiệu phần phụ trước, opamp đặt lại pha e Vì đầu phải sạc từ mức DC đến giá trị cuối giai đoạn o Nhưng mạch CDS dự đoán, hai khoảng đồng hồ thực sử dụng để đầu giải quyết: pha e, đầu sạc từ mức trước đến mức sơ bộ, sau đến giá trị cuối pha o Hình 3.29: So sánh ảnh hưởng độ lợi hữu hạn băng thông lên đáp ứng tần số máy biến áp SC Hilbert có bù không bù, với độ lợi opamp A = 100 tần số khuếch đại đơn vị 𝑓𝐺𝐵𝑊 = 3fs Những ý kiến khác Trong hoạt động mạch Hình 3.27, điện áp bù đầu vào thành phần nhiễu tần số thấp khác giới thiệu đầu vào opamp lưu trữ Ch giai đoạn e bị hủy bỏ giai đoạn o Một xem xét quan trọng khác đồng hồ cung cấp thông tin Để giảm thiểu ảnh hưởng này, sử dụng trình tự chuyển mạch thích hợp áp dụng cấu hình vi sai hồn toàn khẳng định kỹ thuật CDS dự đốn tự cung cấp mức độ hủy bỏ 58 trình nạp đồng hồ (cả phụ thuộc vào tín hiệu khơng phụ thuộc vào tín hiệu) nhờ hoạt động dự đoán Cuối cùng, phiên CDS dự đoán máy biến áp SC FIR Hilbert nhiều pha SC FIR thu khơng trình bày 3.4.4 Mạch Pseudo-N-Path Khái niệm mạch tụ chuyển mạch giả N-đường [45, 46, 47, 45] sử dụng để nhận máy biến áp Hilbert thời gian rời rạc Tên đường dẫn pseudoN xuất phát từ thực tế có đường dẫn vật lý tồn mạch tổng thể đại diện cho đường dẫn khác pha đồng hồ khác Trên thực tế, mạch trễ Hình 3.21 (a-b) thuộc loại mạch Hãy nhớ mạch đó, đầu tạo nhánh tụ điện khác pha đồng hồ khác Phần allpass 𝑧 −2 −𝑎𝑖 1−𝑎𝑖 𝑧 −2 máy biến áp IIR Hilbert thực dạng đường dẫn giả N Hình 3.30 (a) (chỉ có mạch đầu hiển thị cho đơn giản) Mạch có nhánh tụ điện chuyển mạch song song, nhánh lấy mẫu tín hiệu đầu vào / đầu pha cụ thể, giữ giá trị ba pha cung cấp cho đầu bốn pha sau dạng 𝑉𝑜𝑢𝑡 [nT] = 𝑉𝑖𝑛 [(n - 2) T] - α 𝑉𝑖𝑛 [nT] - α𝑉𝑜𝑢𝑡 (n - 2) T], T = / fs chu kỳ lấy mẫu Tổng cộng pha tần số thấp ( fs) sử dụng khơng có u cầu tốc độ bổ sung opamp Ưu điểm lớn mạch Hình 3.30 (a) so với mạch trước sử dụng opamp Do đó, điện tiêu thụ giảm đáng kể, đặc biệt ứng dụng tần số cao Hạn chế độ nhạy không phù hợp tụ điện nhánh SC khác Hiệu ứng khuếch đại opamp hữu hạn mạch Hình 3.30 (a) giống hiệu ứng mạch Hình 3.21 (c), cho (3.64) Kỹ thuật lấy mẫu kép tương quan dự đốn sử dụng mạch để giảm hiệu ứng băng thơng khuếch đại hữu hạn Việc tìm phiên CDS dự đốn mạch Hình 3.30 điều dễ hiểu không thảo luận Mơ SWITCAP2 thực cho máy biến áp SC IIR Hilbert giả Nđường dẫn với hàm truyền 𝐻𝐼 (𝑧)= 𝑧 −1 , 𝐻𝑄 (𝑧)= 1−3𝑧 −2 3−𝑧 −2 Lưu ý hệ số máy biến áp tất số nguyên Đáp ứng cường độ thể Hình 3.31 cho độ lợi opamp A = 10000 Kết mô trùng với kết lý tưởng, điều xác minh tính đắn mạch 59 Mạch SC Pseudo-N-path có khả nhận biến áp FIR Hilbert Ví dụ, Hình 3.30 (b) cho thấy mạch lọc-I máy biến áp FIR có hàm truyền minh họa Ví dụ 3.4 (Hr (z) = O: -Z-2) Hình 3.30: Sơ đồ mạch thời gian mạch SC giả đường N (a) đoạn thông tắc 𝑧 −2 −𝛼 1−𝑎𝑖 𝑧 −2 cho máy biến áp IIR Hilbert; (b) lọc-I máy biến áp FIR Hilbert, có hàm truyền 𝐻𝐼 (𝑧) = a - 𝑧 60 Hình 3.31: Độ lớn máy biến áp SC IIR Hilbert giả N-đường dẫn với độ lợi opamp = 10000 3.5 Tóm tắt Trong chương này, chúng tơi trình bày phương pháp thiết kế máy biến áp Hilbert, tức máy dịch chuyển pha 90 °, việc thực mạch chúng miền thời gian liên tục thời gian rời rạc Cách truyền thống để nhận máy biến áp Hilbert tương tự sử dụng kỹ thuật mạch thời gian liên tục mạng RC thụ động tích cực mạng RC nhiều pha Một vấn đề việc thực mạch CT việc điều chỉnh thường yêu cầu tần số biên máy biến áp phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối R C Nếu không, băng thông băng tần cẩn thận phải thiết kế mức Cách xác để nhận máy biến áp Hilbert sử dụng kỹ thuật mạch thời gian rời rạc, chủ yếu kỹ thuật tụ điện chuyển mạch Một số thực hóa SC trình bày Loại mạch SC hai pha thông thường, sử dụng nhiều đệm tăng ích đơn vị gặp số vấn đề Loại thứ hai mạch SC nhiều pha đề xuất, kế thừa ưu điểm mạch trước tránh hầu hết nhược điểm Mạch khơng có lỗi bù khơng khớp tụ điện (trong mạch trễ) có opamps Vấn đề lại độ nhạy cao khuếch đại hữu hạn opamp Để giải vấn đề này, kỹ thuật lấy mẫu kép tương quan dự đoán sử dụng Mạch làm giảm đáng kể độ nhạy độ lợi opamp hữu hạn băng thông opamp hữu hạn Giải pháp thay cuối mạch đường dẫn giả N, 61 sử dụng opamps nhất, tiêu thụ lượng Tuy nhiên, gặp phải vấn đề điện dung không phù hợp Các máy biến áp Hilbert sử dụng nhiều hệ thống truyền thông không dây yêu cầu chuyển pha 90 ° băng thông rộng 62 ... sau chương Hình 2. 6 Các biến thể kiến trúc thu Hartley: (a) - (b) cho