Dit artikel legt de vier basiskenmerken van RF-circuits uit vanuit vier aspecten: RF-interface, klein verwacht signaal, groot interferentiesignaal en interferentie van aangrenzende kanalen, en geeft belangrijke factoren die speciale aandacht behoeven in het PCB-ontwerpproces.
RF-circuitsimulatie van de interface van RF
Draadloze zender en ontvanger kunnen in het concept worden onderverdeeld in twee delen: de fundamentele frequentie en de radiofrequentie.De grondfrequentie omvat het frequentiebereik van het ingangssignaal van de zender en het frequentiebereik van het uitgangssignaal van de ontvanger.De bandbreedte van de fundamentele frequentie bepaalt de basissnelheid waarmee gegevens in het systeem kunnen stromen.De fundamentele frequentie wordt gebruikt om de betrouwbaarheid van de datastroom te verbeteren en om de belasting die de zender op het transmissiemedium uitoefent bij een gegeven datasnelheid te verminderen.Daarom vereist het PCB-ontwerp van het fundamentele frequentiecircuit uitgebreide kennis van signaalverwerkingstechniek.Het RF-circuit van de zender converteert en schaalt het verwerkte grondfrequentiesignaal op naar een gespecificeerd kanaal en injecteert dit signaal in het transmissiemedium.Omgekeerd verwerft het RF-circuit van de ontvanger het signaal van de transmissiemedia en converteert het naar de fundamentele frequentie.
Zenders hebben twee belangrijke PCB-ontwerpdoelen: de eerste is dat ze een specifieke hoeveelheid stroom moeten overbrengen terwijl ze zo min mogelijk stroom verbruiken.De tweede is dat ze de normale werking van de zendontvanger in aangrenzende kanalen niet kunnen verstoren.Wat de ontvanger betreft, zijn er drie belangrijke PCB-ontwerpdoelen: ten eerste moeten ze kleine signalen nauwkeurig herstellen;ten tweede moeten ze stoorsignalen buiten het gewenste kanaal kunnen verwijderen;het laatste punt is hetzelfde als de zender, ze moeten heel weinig stroom verbruiken.
RF-circuitsimulatie van grote interfererende signalen
Ontvangers moeten gevoelig zijn voor kleine signalen, ook als er grote stoorsignalen (blokkers) aanwezig zijn.Deze situatie doet zich voor wanneer u probeert een zwak of ver weg zendsignaal te ontvangen met een krachtige zender die uitzendt op het aangrenzende kanaal in de buurt.Het stoorsignaal kan 60 tot 70 dB groter zijn dan het verwachte signaal en kan de ontvangst van het normale signaal in de ingangsfase van de ontvanger blokkeren met een grote dekking of doordat de ontvanger te veel ruis genereert in de ontvangstfase. ingangsfase.De twee hierboven genoemde problemen kunnen optreden als de ontvanger in de ingangstrap door de interferentiebron in het gebied van niet-lineariteit wordt gedreven.Om deze problemen te voorkomen, moet de voorkant van de ontvanger zeer lineair zijn.
Daarom is “lineariteit” ook een belangrijke overweging bij het ontwerpen van de ontvanger-PCB.Omdat de ontvanger een smalbandcircuit is, is de niet-lineariteit bedoeld om de "intermodulatievervorming (intermodulatievervorming)" te meten in de statistieken.Dit omvat het gebruik van twee sinus- of cosinusgolven met een vergelijkbare frequentie en gelegen in de middenband (in band) om het ingangssignaal aan te sturen, en vervolgens het product van de intermodulatievervorming te meten.Over het algemeen is SPICE een tijdrovende en dure simulatiesoftware, omdat het vele cycli moet uitvoeren voordat het de gewenste frequentieresolutie kan verkrijgen om de vervorming te begrijpen.
RF-circuitsimulatie van een klein gewenst signaal
De ontvanger moet zeer gevoelig zijn om kleine ingangssignalen te detecteren.Over het algemeen kan het ingangsvermogen van de ontvanger zo klein zijn als 1 μV.de gevoeligheid van de ontvanger wordt beperkt door de ruis die door het ingangscircuit wordt gegenereerd.Daarom is ruis een belangrijke overweging bij het ontwerpen van een ontvanger voor PCB's.Bovendien is het essentieel om ruis te kunnen voorspellen met simulatietools.Figuur 1 is een typische superheterodyne (superheterodyne) ontvanger.Het ontvangen signaal wordt eerst gefilterd en vervolgens wordt het ingangssignaal versterkt met een ruisarme versterker (LNA).De eerste lokale oscillator (LO) wordt vervolgens gebruikt om met dit signaal te mengen en dit signaal om te zetten naar een middenfrequentie (IF).De effectiviteit van front-end (front-end) circuitruis hangt voornamelijk af van de LNA, mixer (mixer) en LO.Hoewel je bij conventionele SPICE-ruisanalyse kunt zoeken naar de LNA-ruis, maar voor de mixer en LO is het nutteloos, omdat de ruis in deze blokken een zeer groot LO-signaal ernstig zal beïnvloeden.
Het kleine ingangssignaal vereist dat de ontvanger extreem wordt versterkt, waarbij doorgaans een versterking van wel 120 dB nodig is.Bij zo'n hoge versterking kan elk signaal dat van de uitgang (koppelt) terug naar de ingang wordt gekoppeld, problemen veroorzaken.De belangrijke reden voor het gebruik van de super-outlier-ontvangerarchitectuur is dat de versterking hierdoor over meerdere frequenties kan worden verdeeld om de kans op koppeling te verkleinen.Dit zorgt er ook voor dat de eerste LO-frequentie verschilt van de frequentie van het ingangssignaal, wat kan voorkomen dat grote interferentiesignalen “vervuiling” krijgen op het kleine ingangssignaal.
Om verschillende redenen kan in sommige draadloze communicatiesystemen directe conversie (directe conversie) of interne differentiële (homodyne) architectuur de ultra-buitenste differentiële architectuur vervangen.In deze architectuur wordt het RF-ingangssignaal in één stap direct omgezet naar de fundamentele frequentie, zodat het grootste deel van de versterking zich in de fundamentele frequentie bevindt en de LO zich op dezelfde frequentie bevindt als het ingangssignaal.In dit geval moet de impact van een kleine hoeveelheid koppeling worden begrepen en moet een gedetailleerd model van het “strooisignaalpad” worden opgesteld, zoals: koppeling door het substraat, koppeling tussen de footprint van de verpakking en de soldeerlijn (bondwire) en koppeling via de powerline-koppeling.
RF-circuitsimulatie van interferentie van aangrenzende kanalen
Ook bij de zender speelt vervorming een belangrijke rol.De niet-lineariteit die door de zender in het uitgangscircuit wordt gegenereerd, kan ervoor zorgen dat de frequentiebreedte van het verzonden signaal zich over aangrenzende kanalen verspreidt.Dit fenomeen wordt “spectrale hergroei” genoemd.Voordat het signaal de eindversterker (PA) van de zender bereikt, is de bandbreedte beperkt;“intermodulatievervorming” in de PA zorgt er echter voor dat de bandbreedte weer toeneemt.Als de bandbreedte te veel toeneemt, kan de zender niet voldoen aan de stroomvereisten van de aangrenzende kanalen.Bij het verzenden van een digitaal modulatiesignaal is het vrijwel onmogelijk om de hergroei van het spectrum met SPICE te voorspellen.Omdat ongeveer 1000 digitale symbolen (symbool) van de transmissiebewerking moeten worden gesimuleerd om een representatief spectrum te verkrijgen, en ook de hoogfrequente draaggolf moeten combineren, zullen deze de SPICE-transiëntanalyse onpraktisch maken.
Posttijd: 31 maart 2022