変調が関係する場合のセンス低下を軽減するためのクロック デューティ サイクルの調整

編集者注:この記事の基礎となっている論文は、もともと 2022 年の電磁両立性と信号/電力の整合性に関する IEEE 国際シンポジウム (EMC、SI、PI) で発表され、最優秀シンポジウム論文として認められました。 IEEE の好意的な許可を得てここに転載します。 著作権 2022 IEEE。

無線周波数 (RF) アンテナの感度低下の問題 (感度低下としても知られる) が、近年さらに注目を集めています。 現代の電子機器は、よりコンパクトで、より多くの機能を搭載し、より高速で動作するように設計される傾向にあるため、不要なノイズ源や被害者 RF アンテナへの結合がより頻繁に発生します。 直接結合 [1][2]、変調 [3]、相互変調 [4][5] など、RF アンテナでセンス低下が発生するメカニズムは数多くあります。

最も一般的なケースは、被害アンテナへの直接結合です。 受信帯域内に周波数成分を放射する特定のノイズ源が存在する場合、アンテナへの効率的な結合経路が存在すると、アンテナがノイズを拾う可能性があります。 アンテナの動作周波数範囲は既知であるため、近くのモジュールからアンテナに結合する不要なノイズを回避するために広範な研究が行われてきました。 典型的な緩和ソリューションには、シールド、吸収材、さらには方向の回転などが含まれます [1]。 相反性に基づく定理は、直接結合問題をモデル化するためのフレームワークとして使用されます [6]。 このフレームワークに基づいて、ノイズ源モデリングのための等価双極子モーメント抽出 [7][8] やホイヘンス ボックスの使用 [9] など、いくつかの方法が提案されています。

変調が関係するセンスの問題は特定するのがより困難です。 放射する送信信号は 23 dBm にも達する可能性があり、大量の TX 電力が近くのモジュールやコンポーネントに簡単に結合される可能性があります。 コンポーネントの非線形性により、低周波数ベースバンド信号で変調された結合 TX 信号は新しい周波数成分を生成し、RX 帯域に干渉します。 低周波ベースバンド信号は通常、センスの問題で無視されますが、このような状況では問題の原因となる可能性があります。 ベースバンド信号スペクトルとディセンスとの関係についてはほとんど研究がありません。

この論文では、センス低下を軽減するための新しい方向性を提案します。 ハードウェア設計を変更せずに、ノイズ クロックのデューティ サイクルを調整してスペクトル分布を調整することで、センスの低下を抑制できます。 変調によるセンスの理解と、クロック スペクトル分布とデューティ サイクルについて説明します。 次に、実際の携帯電話の測定により、デューティ サイクルの調整によるセンス低下の実現可能性が検証されました。

周波数分割二重 (FDD) 動作モード RF アンテナの場合、送信周波数は通常、受信周波数範囲からそれほど離れていません。 図 1(a) に示すように、例として LTE バンド 5 を使用すると、送信チャネルは受信チャネルに対して 45 MHz の差があります。 変調によるセンスの低下は、次の 2 つの条件下で発生する可能性があります。1) 45 MHz 付近にベースバンド信号のスペクトル成分が存在します。 2) TX 信号とベースバンド信号を混合するのに十分な非線形性があります。 その後、ベースバンド信号は RX 範囲にアップコンバートされ、チャネルに干渉します。 以前の研究では、この変調メカニズムが実際の電話設計で発生することが十分に特定されています [3]。

図 1(b) に示すように、アンテナから放射された TX 信号は、近くのデジタル マイク (Dmic) 回路で拾うことができます。 Dmic コンポーネントの非線形性により、結合された TX 信号がマイクのクロック信号で変調される可能性があるため、ミキシング後に RX 範囲で新たな不要な高周波信号が作成されます。 最終的に、変調された RX ノイズが被害アンテナに戻って結合し、感度が低下します。 Dmic クロックの基本周波数は 2.4 MHz ですが、その高調波は 45 MHz 付近で発生する可能性があることに注意してください。