변조 관련 사례에서 디센스 완화를 위한 클록 듀티 사이클 튜닝

편집자 주: 이 기사의 기반이 된 논문은 원래 전자기 호환성 및 신호/전력 무결성에 관한 2022 IEEE 국제 심포지엄(EMC, SI & PI)에서 발표되었으며, 최고 심포지엄 논문으로 인정을 받았습니다. 이 내용은 IEEE의 허가를 받아 여기에 재인쇄되었습니다. 저작권 2022 IEEE.

감도 저하라고도 알려진 무선 주파수(RF) 안테나 감도 저하 문제는 최근 몇 년간 더 많은 관심을 불러일으켰습니다. 최신 전자 장치는 더 컴팩트하고 더 많은 기능을 탑재하고 더 빠른 속도로 작동하도록 설계되는 추세로 인해 원치 않는 소음원과 피해자 RF 안테나와의 결합이 더 자주 발생합니다. 직접 결합[1][2], 변조[3], 상호 변조[4][5] 등과 같이 RF 안테나에서 디센스가 발생할 수 있는 메커니즘이 많이 있습니다.

가장 일반적인 경우는 피해자 안테나에 직접 연결되는 경우입니다. 수신 대역 내에 주파수 성분을 방사하는 특정 잡음 소스가 있는 경우 안테나는 소스에 효율적인 결합 경로가 있을 때 잡음을 포착할 수 있습니다. 안테나의 작동 주파수 범위가 알려져 있기 때문에 근처 모듈에서 안테나에 결합되는 원치 않는 잡음을 방지하기 위해 광범위하게 연구되었습니다. 일반적인 완화 솔루션에는 차폐, 흡수 장치, 심지어 방향 회전도 포함됩니다[1]. 상호성 기반 정리는 직접 결합 문제를 모델링하기 위한 프레임워크로 사용됩니다[6]. 프레임워크를 기반으로 소음원 모델링을 위한 등가 쌍극자 모멘트 추출[7][8] 또는 Huygens 상자 사용[9]과 같은 여러 가지 방법이 제안되었습니다.

변조와 관련된 디센스 문제는 식별하기가 더 어렵습니다. 방사되는 송신 신호는 최대 23dBm에 달할 수 있으며 상당한 양의 TX 전력이 인근 모듈 및 구성 요소에 쉽게 결합될 수 있습니다. 구성 요소의 비선형성으로 인해 저주파 베이스밴드 신호로 변조된 결합 TX 신호는 새로운 주파수 구성 요소를 생성한 다음 RX 대역을 간섭합니다. 일반적으로 밀도 문제로 인해 무시되는 저주파 베이스밴드 신호는 이러한 상황에서 문제를 일으킬 수 있습니다. 베이스밴드 신호 스펙트럼과 디센스 사이의 관계에 대한 연구는 거의 없습니다.

본 논문에서는 디센스 완화를 위한 새로운 방향을 제안한다. 하드웨어 설계를 수정하지 않고도 노이즈 클록 듀티 사이클을 조정하여 스펙트럼 분포를 엔지니어링함으로써 디센스를 억제할 수 있습니다. 변조로 인한 디센스와 클록 스펙트럼 분포 대 듀티 사이클에 대한 이해가 설명됩니다. 그런 다음 실제 휴대폰 측정을 통해 듀티 사이클 조정을 통한 감도 완화의 타당성을 검증했습니다.

FDD(주파수 분할 이중) 작동 모드 RF 안테나의 경우 송신 주파수는 일반적으로 수신 주파수 범위에서 멀지 않습니다. 그림 1(a)에서 볼 수 있듯이 LTE 밴드 5를 예로 들면 송신 채널과 수신 채널의 차이는 45MHz입니다. 변조로 인한 디센스는 두 가지 조건에서 발생할 수 있습니다. 1) 약 45MHz에 기저대역 신호 스펙트럼 구성 요소가 있습니다. 2) TX와 기저대역 신호를 혼합하기에 충분한 비선형성이 있습니다. 그러면 베이스밴드 신호가 RX 범위로 상향 변환되어 채널을 방해하게 됩니다. 이전 연구에서는 실제 전화기 설계에서 발생하는 이러한 변조 메커니즘을 잘 식별했습니다[3].

그림 1(b)에서 볼 수 있듯이 안테나에서 방사되는 TX 신호는 근처의 디지털 마이크(Dmic) 회로에 의해 포착될 수 있습니다. Dmic 구성요소의 비선형성으로 인해 결합된 TX 신호는 마이크의 클럭 신호로 변조될 수 있으므로 믹싱 후에 RX 범위에서 원치 않는 새로운 고주파 신호가 생성됩니다. 결국 변조된 RX 잡음은 피해자 안테나에 다시 결합되어 감도를 저하시킵니다. Dmic 클록의 기본 주파수는 2.4MHz이지만 고조파는 45MHz 근처에서 발생할 수 있습니다.