Ajuste do ciclo de trabalho do relógio para mitigação de dessense em casos envolvidos em modulação

Nota do editor: O artigo no qual este artigo se baseia foi originalmente apresentado no 2022 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility & Signal/Power Integrity (EMC, SI & PI), onde recebeu reconhecimento como o Melhor Artigo do Simpósio. Ele foi reimpresso aqui com a permissão do IEEE. Direitos autorais 2022 IEEE.

Problemas de dessensibilização de antenas de radiofrequência (RF), também conhecidos como dessensibilização, têm chamado mais atenção nos últimos anos. Devido à tendência de os dispositivos eletrônicos modernos serem projetados para serem mais compactos, equipados com mais funções e trabalharem em velocidades mais altas, fontes de ruído indesejadas e o acoplamento às antenas de RF vítimas ocorrerão com mais frequência. Existem muitos mecanismos que podem ocorrer dessensibilização nas antenas de RF, como acoplamento direto [1] [2], modulação [3], intermodulação [4] [5], etc.

Os casos mais comuns são o acoplamento direto às antenas vítimas. Quando existem certas fontes de ruído irradiando componentes de frequência dentro da banda de recepção, a antena pode captar o ruído quando as fontes possuem caminhos de acoplamento eficientes. Como as faixas de frequência de trabalho das antenas são conhecidas, tem sido extensivamente estudado para evitar ruídos indesejados acoplados à antena provenientes de módulos próximos. As soluções típicas de mitigação incluem blindagem, absorvedores e até rotação da orientação [1]. O teorema baseado na reciprocidade é usado como estrutura para modelar o problema de acoplamento direto [6]. Com base na estrutura, vários métodos foram propostos, como extração de momento dipolo equivalente para modelagem de fontes de ruído [7][8] ou usando a caixa de Huygens [9].

Esses problemas com a modulação envolvida são mais difíceis de identificar. Os sinais de transmissão radiantes podem chegar a 23 dBm e uma quantidade significativa de potência TX pode ser facilmente acoplada a módulos e componentes próximos. Devido à não linearidade dos componentes, os sinais TX acoplados modulados com sinais de banda base de baixa frequência geram novos componentes de frequência e então interferem na banda RX. Os sinais de banda base de baixa frequência, que normalmente são ignorados por questões de densidade, podem ser causadores de problemas em tal situação. Existem poucos estudos sobre a relação entre o espectro do sinal da banda base e a densidade.

Neste artigo, uma nova direção para a mitigação da densidade é proposta. Sem modificar o design do hardware, a sensação pode ser suprimida pela engenharia da distribuição do espectro por meio do ajuste do ciclo de trabalho do clock de ruído. Os entendimentos da modulação causada pela densidade e a distribuição do espectro do clock versus ciclo de trabalho são explicados. Então, as medições reais do celular validaram a viabilidade da mitigação da densidade pelo ajuste do ciclo de trabalho.

Para antenas de RF no modo de trabalho duplex dividido em frequência (FDD), as frequências de transmissão geralmente não estão longe da faixa de frequência de recepção. Como mostra a Figura 1 (a), usando a banda LTE 5 como exemplo, os canais de transmissão têm uma diferença de 45 MHz em relação aos canais de recepção. A dessensão causada pela modulação pode ocorrer sob duas condições: 1) Existem componentes espectrais do sinal de banda base em torno de 45 MHz; 2) Existe não linearidade suficiente para misturar os sinais TX e de banda base. Em seguida, os sinais da banda base serão convertidos para a faixa RX e interferirão no canal. Estudos anteriores identificaram bem que esse mecanismo de modulação ocorreu em um design prático de telefone [3].

Como mostra a Figura 1 (b), os sinais TX irradiados da antena podem ser captados pelo circuito de microfone digital próximo (Dmic). Devido à não linearidade do componente Dmic, os sinais TX acoplados podem modular com os sinais de clock no microfone, assim, novos sinais indesejados de alta frequência na faixa RX serão criados após a mixagem. Eventualmente, o ruído RX modulado irá acoplar-se de volta à antena vítima e degradar a sensibilidade. Observe que embora a frequência fundamental do clock Dmic seja 2,4 MHz, seus harmônicos podem ocorrer perto de 45 MHz.