উচ্চ-গতির ডেটা কনভার্টার এবং 5G রেডিও ডিজাইনে, ফ্রিকোয়েন্সি উত্সগুলি প্রায়ই লুকানো বাধা হয়ে থাকে। যেহেতু ডেটা ট্রান্সমিশন রেট বেড়ে যায় এবং 5G উচ্চতর ব্যান্ডে চলে যায়, পারফরম্যান্সের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করা আরও কঠিন হয়ে পড়ে। প্রয়োজনীয়তার তালিকা ক্রমাগত বাড়তে থাকে এবং এর দিকনির্দেশ প্রায়শই কর্মক্ষমতা উদ্দেশ্যের সাথে বিরোধিতা করে।
একটি বিল্ডিংয়ের ভিত্তির মতো, ফ্রিকোয়েন্সি উত্সের উপর নির্মিত সবকিছু পরিবর্তন হলে প্রভাবিত হবে। ঘড়ি বা স্থানীয় ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত অসিলেটর (VCO) হল সেই ভিত্তি, যার যেকোনো অস্থিরতা পুরো সিস্টেম জুড়ে ছড়িয়ে পড়ে, অন্য অংশগুলি যতই ভালভাবে ডিজাইন করা হোক না কেন।
প্রতিটি ফ্রিকোয়েন্সি সিন্থেসাইজারের মূল একটি ফেজ-লকড লুপ (এর পরে পিএলএল হিসাবে উল্লেখ করা হয়)। পিএলএল হল আউটপুট ফ্রিকোয়েন্সি একটি সুনির্দিষ্ট রেফারেন্সে লক করার এবং এটিকে ধ্রুবক ধরে রাখার পদ্ধতি। এটি একটি ড্রিফট অসিলেটর থেকে একটি স্থিতিশীল, নিয়ন্ত্রণযোগ্য ফ্রিকোয়েন্সি উৎসকে আলাদা করে।
আধুনিক অ্যাপ্লিকেশন যেমন রেডিও, রাডার, পর্যায়ক্রমে অ্যারে, মাল্টিব্যান্ড পরীক্ষার সরঞ্জাম এবং ওয়্যারলেস অবকাঠামোতে হস্তক্ষেপ এড়াতে, মাল্টিচ্যানেল সমর্থন করতে বা ইলেকট্রনিকভাবে বীম মডুলেশন সম্পাদন করতে বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সির মধ্যে অবিরাম হপিং প্রয়োজন। প্রতিবার সিস্টেমের ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করার সময়, এর PLL পুনরায় লক করা আবশ্যক। এর আগে, সংকেতটি অস্থির এবং মূলত অব্যবহৃত ছিল। পুনরায় লক সময় সরাসরি সমগ্র পণ্যের প্রতিক্রিয়া গতি প্রভাবিত করে।
ডেটা কনভার্টারগুলি সুনির্দিষ্ট, নিয়মিত বিরতিতে ইনপুট সংকেত পরিমাপ করে কাজ করে, সাধারণত প্রতি সেকেন্ডে লক্ষ লক্ষ বার। ঘড়ি প্রতিটি পরিমাপের সময় নির্ধারণ করে। ঘড়িতে যেকোনো সময়ের অনিশ্চয়তা (এছাড়াও জিটার নামে পরিচিত) মানে পরিমাপটি ভুল সময়ে ঘটে, এইভাবে ত্রুটিগুলি প্রবর্তন করে, যা আউটপুটে শব্দ হিসাবে দেখানো হয়। সংকেত যত দ্রুত হবে, প্রভাব তত তীব্র হবে।
5G রেডিওতে, একই সমস্যা বিভিন্ন আকারে ঘটে। স্থানীয় অসিলেটর সঠিকভাবে রেডিও সংকেতকে সঠিক ফ্রিকোয়েন্সিতে রাখে। ঘড়ির উৎসের ফেজ নয়েজ স্যাম্পলিং জীটারে রূপান্তরিত হয়, যা সরাসরি রূপান্তরকারীর SNR সীমাবদ্ধ করে এবং অবশেষে সিস্টেম-স্তরের সূচক যেমন ত্রুটি ভেক্টর প্রশস্ততা (EVM) প্রভাবিত করে।
উভয় ক্ষেত্রেই, ফলাফল একই: ফ্রিকোয়েন্সি উত্সের অনিশ্চয়তা একটি ত্রুটির দিকে নিয়ে যাবে যা নীচের দিকে সংশোধন করা যাবে না। চমৎকার গতিশীল কর্মক্ষমতা সহ রূপান্তরকারী শুধুমাত্র তার লক্ষ্য কর্মক্ষমতা সূচক অর্জন করতে পারে যখন এটি চালানো ঘড়ি সমানভাবে নির্ভুল হয়।
প্রকৃতপক্ষে, সিন্থেসাইজারের ফেজ নয়েজ নির্ধারণ করে যে ঘড়ির সংকেতে কতটা সময়ের অনিশ্চয়তা জমা হয়েছে (আরএমএস জিটার দ্বারা উপস্থাপিত, যা এই সময়ের ত্রুটিগুলির গড় আকারের প্রতিনিধিত্ব করে একটি একক মান), এবং এইভাবে সিগন্যালটি ডিজিটাইজ করার আগে কনভার্টারের কতটা শব্দ এবং বিকৃতি বাজেট গ্রহণ করা হয়েছে তা নির্ধারণ করে।
নকশা বিবেচনা
উচ্চ-গতির ডেটা রূপান্তরকারী এবং 5G অ্যাপ্লিকেশন ডিজাইন করার সময়, কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করতে পারে এমন বিভিন্ন ট্রেড-অফগুলি অবশ্যই বিবেচনা করা উচিত:
ফেজ নয়েজ ব্যাকগ্রাউন্ডের শব্দ নির্ধারণ করে এবং সর্বোত্তম সংকেত রেজোলিউশন নির্ধারণ করতে গতিশীল পরিসরের ঊর্ধ্ব সীমা সেট করে যা অন্য দিক থেকে যতই অসামান্য হোক না কেন। 5G রেডিওতে, এটি নির্ধারণ করে যে মডুলেশন স্কিমটি রিসিভারে ডিকোড করা যাবে কিনা।
ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা নমনীয়তা নির্ধারণ করে। বাহ্যিক ফ্রিকোয়েন্সি দ্বিগুণ বা বিভাজন ছাড়াই টার্গেট ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডকে কভার করতে পারে এমন একটি সিন্থেসাইজার নকশাটিকে সহজ করতে পারে, উপাদানের সংখ্যা কমাতে পারে এবং এই অতিরিক্ত ক্যাসকেডগুলির দ্বারা প্রবর্তিত গোলমাল এবং জটিলতা দূর করতে পারে।
লক টাইম নির্ধারণ করে যে সিস্টেমটি কত দ্রুত চ্যানেলগুলি পরিবর্তন করতে পারে বা গতিশীল অবস্থার প্রতিক্রিয়া জানাতে পারে - ফ্রিকোয়েন্সি হপিং এবং বিম স্টিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অপরিহার্য।
পিএলএল তার আউটপুটকে রেফারেন্সের সাথে ক্রমাগত তুলনা এবং সংশোধন করে একটি ফ্রিকোয়েন্সিতে তার আউটপুটকে লক করে। এই সংশোধন প্রক্রিয়াটি ফিডব্যাক লুপ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, যেটি যেকোন ফিডব্যাক লুপের মতোই স্থিতিশীল হতে সময় লাগে কারণ আউটপুট ব্যবহার করার আগে লুপটিকে অবশ্যই ত্রুটি সনাক্ত করতে হবে, প্রতিক্রিয়া জানাতে হবে এবং স্থিতিশীল করতে হবে।
ঐতিহ্যগত ডিজাইনে, লুপ ব্যান্ডউইথ যা পিএলএল প্রতিক্রিয়া গতি নির্ধারণ করে তা সরাসরি ফেজ নয়েজ কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। লকটির গতি বাড়ানোর জন্য লুপটি প্রসারিত করা ফেজ নয়েজকে খারাপ করবে। ফেজ নয়েজ উন্নত করতে লুপ সঙ্কুচিত করা লক সময়কে নেতিবাচকভাবে প্রভাবিত করতে পারে। এই মৌলিক ট্রেড-অফের অর্থ হল ডিজাইনারদের অবশ্যই বেছে নিতে হবে কোনটি তাদের প্রয়োগের জন্য বেশি গুরুত্বপূর্ণ - এবং এই পছন্দের পরিণতি বহন করতে হবে।
ইন্টিগ্রেটেড ভগ্নাংশ N-বিভাগ ফ্রিকোয়েন্সি সিন্থেসাইজারের সর্বশেষ প্রজন্ম সরাসরি এই ট্রেড-অফগুলি সমাধান করে। প্রাথমিক সমাধানগুলি ডিজাইনারদের ফেজ নয়েজ পারফরম্যান্স এবং ইন্টিগ্রেশনের মধ্যে বেছে নিতে বাধ্য করেছিল, যখন নতুন ডিভাইসগুলি আল্ট্রা-লো ফেজ নয়েজ, ওয়াইড ফ্রিকোয়েন্সি কভারেজ, দ্রুত লক টাইম এবং কমপ্যাক্ট প্যাকেজিংকে একত্রিত করে, যে অংশগুলিকে একক সমাধানে আগে একাধিক পৃথক উপাদানের প্রয়োজন ছিল।
ডেটা কনভার্টার ঘড়ির জন্য, এর মানে হল যে ফ্রিকোয়েন্সি উত্সের পটভূমির শব্দ আর সিস্টেমের গতিশীল পরিসরের সীমাবদ্ধতা নয়। 5G রেডিও ডিজাইনের জন্য, এর মানে হল যে ডিমান্ডিং এরর ভেক্টর অ্যামপ্লিটিউড টার্গেটগুলি অর্জন করা একটি মীমাংসিত ফ্রিকোয়েন্সি সোর্স সমস্যা হয়ে দাঁড়ায়, বরং এটির চারপাশে প্রকৌশলী হওয়া উচিত।
আধুনিক আরএফ সিস্টেমগুলি সাধারণত একটি নমুনা ঘড়ি এবং একটি স্থানীয় অসিলেটর তৈরি করতে একটি ভগ্নাংশ এন-ডিভিশন পিএলএল সিন্থেসাইজার ব্যবহার করে। যদিও এই আর্কিটেকচারগুলি অত্যন্ত সূক্ষ্ম ফ্রিকোয়েন্সি রেজোলিউশনের অনুমতি দেয়, তবে ফ্রিকোয়েন্সি বিভাগের অনুপাতের মড্যুলেশন পরিমাণগত শব্দ এবং ভগ্নাংশের স্ফুরিয়াস প্রবর্তন করে, যা সামগ্রিক ফেজ নয়েজ বক্ররেখাকে প্রভাবিত করে। পরিবর্ধক বা ফিল্টার দ্বারা উত্পাদিত শব্দ সংকেতকে প্রভাবিত করবে, তবে ফ্রিকোয়েন্সি উত্স দ্বারা উত্পাদিত শব্দ রেফারেন্সকে ধ্বংস করবে, যখন দুর্বল রেফারেন্স রেফারেন্সের উপর নির্ভরশীল সমস্ত মডিউলকে ধ্বংস করবে।
অন-চিপ VCO সার্কিট বোর্ড ডিজাইনকে সহজ করে
ব্রডব্যান্ড ফ্রিকোয়েন্সি সংশ্লেষণ ঐতিহ্যগতভাবে বিযুক্ত উপাদান (বাহ্যিক VCO, PLL, বাফার, ইত্যাদি) সহ সংকেত চেইনের সমাবেশকে বোঝায় এবং এর ফলে বিন্যাস সংক্রান্ত অসুবিধা। Analog Devices, Inc. (ADI) একটি চিপ সলিউশনে VCO সংহত করে, পুরো সিগন্যাল চেইনকে একটি ডিভাইসে একীভূত করে এবং 5G রেডিও এবং হাই-স্পিড ডেটা কনভার্টার ডিজাইনের জন্য প্রয়োজনীয় ফেজ নয়েজ এবং জিটার পারফরম্যান্সকে ত্যাগ না করে ফ্রিকোয়েন্সি হপিংয়ের জন্য দ্রুত ক্রমাঙ্কন ক্ষমতা প্রদান করে সার্কিট বোর্ড ডিজাইনকে সহজ করে।
ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিং এক স্ট্রোকে করা হয় না। যখন পিএলএল একটি নতুন ফ্রিকোয়েন্সিতে স্যুইচ করার কমান্ড পায়, তখন আউটপুটটি একটি উপলব্ধ ফ্রিকোয়েন্সিতে পরিবর্তন করার আগে এটিকে তিনটি ভিন্ন পর্যায়ে যেতে হবে। প্রাথমিকভাবে, এটি একটি সুইচ কমান্ড পায়। এটি তারপর প্রয়োজনীয় ফ্রিকোয়েন্সি তৈরি করার জন্য উপযুক্ত সেটিংসের জন্য অভ্যন্তরীণভাবে অনুসন্ধান করে; এই অনুসন্ধান পর্বটি হল সবচেয়ে ধীর অংশ, সাধারণত আধুনিক ব্রডব্যান্ড ডিভাইসে 100 থেকে 250 মাইক্রোসেকেন্ড। অবশেষে, আউটপুট যথেষ্ট পরিচ্ছন্ন এবং উপলব্ধ তা নিশ্চিত করতে এটি স্থির হয়ে যায়।
ADI-এর ADF4382 সিরিজ সরাসরি ধীর মধ্যবর্তী লিঙ্কগুলির সমস্যার সমাধান করে। দ্রুত ক্রমাঙ্কনের জন্য, প্রতিবার একটি ফ্রিকোয়েন্সি সুইচের অনুরোধ করা হলে এটিকে আবার অনুসন্ধান করার প্রয়োজন নেই, তবে পরিবর্তে একটি অন-চিপ লুকআপ টেবিল ব্যবহার করে যাতে 32টি ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জে পরিচিত পয়েন্টগুলির জন্য প্রাক-গণনা করা সেটিংস রয়েছে। যখন একটি নতুন ফ্রিকোয়েন্সি প্রয়োজন হয়, তখন এটি দুটি নিকটতম স্টোরেজ পয়েন্ট খুঁজে পায় এবং তাদের মধ্যে ইন্টারপোলেট করে যাতে সঠিক সেটিংস প্রায় সঙ্গে সঙ্গে পাওয়া যায়। এইভাবে, সর্বনিম্ন 2 মাইক্রোসেকেন্ড সহ মোট লক সময় 10 মাইক্রোসেকেন্ডের মধ্যে হ্রাস করা যেতে পারে।