W tym artykule wyjaśniono 4 podstawowe cechy obwodów RF z czterech aspektów: interfejs RF, mały oczekiwany sygnał, duży sygnał zakłócający i zakłócenia z sąsiednich kanałów, a także podano ważne czynniki, które wymagają szczególnej uwagi w procesie projektowania PCB.
Symulacja obwodu RF interfejsu RF
Bezprzewodowy nadajnik i odbiornik w koncepcji można podzielić na dwie części: częstotliwość podstawową i częstotliwość radiową.Częstotliwość podstawowa zawiera zakres częstotliwości sygnału wejściowego nadajnika i zakres częstotliwości sygnału wyjściowego odbiornika.Szerokość pasma częstotliwości podstawowej określa podstawową szybkość przepływu danych w systemie.Częstotliwość podstawowa wykorzystywana jest w celu poprawy niezawodności przepływu danych oraz zmniejszenia obciążenia medium transmisyjnego przy danej szybkości transmisji danych przez nadajnik.Dlatego projekt PCB obwodu częstotliwości podstawowej wymaga rozległej wiedzy z zakresu inżynierii przetwarzania sygnałów.Obwód RF nadajnika konwertuje i skaluje przetworzony sygnał częstotliwości podstawowej do określonego kanału i wprowadza ten sygnał do medium transmisyjnego.I odwrotnie, obwód RF odbiornika odbiera sygnał z medium transmisyjnego, przetwarza go i skaluje w dół do częstotliwości podstawowej.
Przetworniki mają dwa główne cele podczas projektowania płytek PCB: po pierwsze, muszą przesyłać określoną ilość mocy, zużywając przy tym możliwie najmniejszą ilość energii.Po drugie, nie mogą zakłócać normalnej pracy transceivera w sąsiednich kanałach.Jeśli chodzi o odbiornik, istnieją trzy główne cele projektowania PCB: po pierwsze, muszą one dokładnie odtwarzać małe sygnały;po drugie, muszą być w stanie usunąć sygnały zakłócające poza żądanym kanałem;ostatni punkt jest taki sam jak nadajnik, muszą zużywać bardzo mało energii.
Symulacja obwodu RF dużych sygnałów zakłócających
Odbiorniki muszą być wrażliwe na małe sygnały, nawet jeśli obecne są duże sygnały zakłócające (blokery).Taka sytuacja ma miejsce, gdy próbujesz odebrać słaby lub odległy sygnał nadawczy za pomocą silnego nadajnika nadawanego w sąsiednim kanale.Sygnał zakłócający może być od 60 do 70 dB większy od sygnału oczekiwanego i może blokować odbiór normalnego sygnału w fazie wejściowej odbiornika przy dużym pokryciu lub powodować generowanie przez odbiornik nadmiernej ilości szumów w faza wejściowa.Te dwa problemy, o których mowa powyżej, mogą wystąpić, jeśli odbiornik w stopniu wejściowym zostanie wprowadzony w obszar nieliniowości przez źródło zakłóceń.Aby uniknąć tych problemów, przód odbiornika musi być bardzo liniowy.
Dlatego też „liniowość” jest również ważnym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu płytki drukowanej odbiornika.Ponieważ odbiornik jest obwodem wąskopasmowym, więc nieliniowość polega na mierzeniu „zniekształceń intermodulacyjnych (zniekształceń intermodulacyjnych)” w statystyce.Polega to na wykorzystaniu dwóch fal sinusoidalnych lub cosinusoidalnych o podobnej częstotliwości, znajdujących się w środkowym paśmie (w paśmie) do sterowania sygnałem wejściowym, a następnie zmierzeniu iloczynu jego zniekształceń intermodulacyjnych.Ogólnie rzecz biorąc, SPICE jest czasochłonnym i kosztownym oprogramowaniem symulacyjnym, ponieważ musi wykonać wiele cykli, zanim będzie mógł uzyskać żądaną rozdzielczość częstotliwości, aby zrozumieć zniekształcenia.
Symulacja obwodu RF małego pożądanego sygnału
Odbiornik musi być bardzo czuły, aby wykryć małe sygnały wejściowe.Ogólnie rzecz biorąc, moc wejściowa odbiornika może wynosić zaledwie 1 μV.czułość odbiornika jest ograniczona przez szum generowany przez jego obwód wejściowy.Dlatego też hałas jest ważnym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu odbiornika do PCB.Co więcej, niezbędna jest umiejętność przewidywania hałasu za pomocą narzędzi symulacyjnych.Rysunek 1 przedstawia typowy odbiornik superheterodynowy (superheterodynowy).Odebrany sygnał jest najpierw filtrowany, a następnie sygnał wejściowy jest wzmacniany za pomocą wzmacniacza niskoszumnego (LNA).Następnie używany jest pierwszy lokalny oscylator (LO) do mieszania tego sygnału w celu konwersji tego sygnału na częstotliwość pośrednią (IF).Efektywność szumów obwodu front-end (front-end) zależy głównie od LNA, miksera (miksera) i LO.chociaż przy użyciu konwencjonalnej analizy szumu SPICE można szukać szumu LNA, ale w przypadku miksera i LO jest to bezużyteczne, ponieważ szum w tych blokach będzie miał poważny wpływ na bardzo duży sygnał LO.
Mały sygnał wejściowy wymaga znacznego wzmocnienia odbiornika, co zwykle wymaga wzmocnienia nawet do 120 dB.Przy tak wysokim wzmocnieniu każdy sygnał sprzężony z wyjścia (par) z powrotem na wejście może powodować problemy.Ważnym powodem stosowania architektury odbiornika superodstającego jest to, że pozwala ona na rozłożenie wzmocnienia na kilka częstotliwości, aby zmniejszyć ryzyko sprzężenia.To również sprawia, że pierwsza częstotliwość LO różni się od częstotliwości sygnału wejściowego, co może zapobiec „zanieczyszczaniu” dużego sygnału zakłócającego małym sygnałem wejściowym.
Z różnych powodów w niektórych systemach komunikacji bezprzewodowej architektura bezpośredniej konwersji (bezpośrednia konwersja) lub wewnętrzna architektura różnicowa (homodyna) może zastąpić ultrazewnętrzną architekturę różnicową.W tej architekturze sygnał wejściowy RF jest bezpośrednio konwertowany na częstotliwość podstawową w jednym kroku, tak że większość wzmocnienia przypada na częstotliwość podstawową, a LO ma tę samą częstotliwość co sygnał wejściowy.W takim przypadku należy zrozumieć wpływ niewielkiej ilości sprzężenia i ustalić szczegółowy model „ścieżki sygnału błądzącego”, taki jak: sprzężenie przez podłoże, sprzężenie pomiędzy obrysem opakowania a linią lutowniczą (drutem łączącym). i sprzęganie poprzez sprzęgło linii energetycznej.
Symulacja obwodu RF zakłóceń sąsiedniego kanału
Zniekształcenia również odgrywają ważną rolę w nadajniku.Nieliniowość generowana przez nadajnik w obwodzie wyjściowym może powodować rozproszenie szerokości częstotliwości nadawanego sygnału na sąsiednie kanały.Zjawisko to nazywane jest „odrostem widmowym”.Zanim sygnał dotrze do wzmacniacza mocy nadajnika (PA), jego szerokość pasma jest ograniczona;jednakże „zniekształcenie intermodulacyjne” w systemie PA powoduje ponowne zwiększenie szerokości pasma.Jeżeli szerokość pasma wzrośnie zbyt mocno, nadajnik nie będzie w stanie sprostać wymaganiom mocy sąsiadujących kanałów.Podczas transmisji sygnału modulacji cyfrowej praktycznie nie da się przewidzieć ponownego wzrostu widma za pomocą SPICE.Ponieważ w celu uzyskania reprezentatywnego widma należy symulować około 1000 cyfrowych symboli (symbolów) operacji transmisji, a także połączyć nośną wysokiej częstotliwości, spowoduje to, że analiza stanów przejściowych SPICE stanie się niepraktyczna.
Czas publikacji: 31 marca 2022 r