PCB-Neuigkeiten - Kartierung von HF-Schaltungseigenschaften für Leiterplatten

Rf-Schnittstelle für die Simulation von RF-Schaltkreisen

Im Konzept, Funksender und Empfänger können in Grundfrequenz und Hochfrequenz unterteilt werden. Die Grundfrequenz umfasst den Frequenzbereich des Eingangssignals des Senders und des Ausgangssignals des Empfängers. Die Bandbreite der Grundfrequenz bestimmt die Basisrate, mit der Daten durch das System fließen können. Die Grundfrequenz wird verwendet, um die Zuverlässigkeit des Datenstroms zu verbessern und die vom Sender auf das Übertragungsmedium mit einer bestimmten Datenübertragungsrate auferlegte Last zu reduzieren. Daher, viel Wissen in der Signalverarbeitung wird benötigt, wenn PCB-Design Grundfrequenzschaltung. Die RF-Schaltung des Senders wandelt und hebt das bearbeitete Basisbandsignal auf einen bestimmten Kanal und injiziert das Signal in das Übertragungsmedium. Im Gegensatz dazu, Die HF-Schaltung des Empfängers kann das Signal vom Übertragungsmedium erfassen und die Frequenz auf die Grundfrequenz umwandeln und reduzieren.

Transmitter haben zwei Hauptziele im PCB-Design: Sie müssen eine bestimmte Menge an Energie mit so wenig Stromverbrauch wie möglich abgeben. Zweitens können sie den normalen Betrieb von Transceivern in benachbarten Kanälen nicht stören. Was Empfänger betrifft, gibt es drei Hauptziele des PCB-Designs: Erstens müssen sie kleine Signale genau wiederherstellen; Zweitens müssen sie in der Lage sein, Störsignale außerhalb des gewünschten Kanals zu entfernen; Wie Sender müssen sie sehr wenig Strom verbrauchen.

Rf Schaltungssimulation großer Störsignale

Der Empfänger muss empfindlich auf kleine Signale reagieren, auch bei großen Störsignalen (Barrieren). Dies tritt auf, wenn versucht wird, ein schwaches oder entferntes Sendesignal mit einem leistungsstarken Sender in der Nähe zu empfangen, der auf einem benachbarten Kanal sendet. Das Störsignal kann 60~70 dB größer als das erwartete Signal sein, und das normale Signal kann durch eine große Menge an Abdeckung in der Eingangsstufe des Empfängers blockiert werden, oder indem der Empfänger zu viel Rauschen in der Eingangsstufe produziert. Beide Probleme können auftreten, wenn der Empfänger während der Eingangsphase von einer Störquelle in einen nichtlinearen Bereich getrieben wird. Um diese Probleme zu vermeiden, muss die Vorderseite des Empfängers sehr linear sein.

Daher ist Linearität auch ein wichtiger Aspekt bei der Konstruktion eines Leiterplattenempfängers. Da der Empfänger eine Schmalfrequenzschaltung ist, wird die Nichtlinearität durch Messung der "Intermodulationsverzerrung" gemessen. Dabei wird ein Eingangssignal mit zwei Sinus- oder Kosinuswellen ähnlicher Frequenz angetrieben, die sich im zentralen Frequenzband befinden, und dann das Produkt ihrer Intermodulation gemessen. SPICE war im Allgemeinen eine zeitaufwändige und kostspielige Simulation, da es viele Schleifen ausführen musste, um die Frequenzauflösung zu erhalten, die erforderlich war, um die Verzerrung zu verstehen.

Geringe erwartete Signale für die Simulation von RF-Schaltungen

Der Empfänger muss empfindlich sein, um kleine Eingangssignale zu erkennen. Generell kann die Eingangsleistung des Empfängers bis zu 1 μV betragen. Die Empfindlichkeit eines Empfängers wird durch das Rauschen seiner Eingangsschaltung begrenzt. Daher ist Rauschen eine wichtige Überlegung bei der Entwicklung eines PCB-Empfängers. Darüber hinaus ist die Fähigkeit, Geräusche mit Simulationswerkzeugen vorherzusagen, unerlässlich. Abbildung 1 zeigt einen typischen superheterodynen Empfänger. Das empfangene Signal wird gefiltert und das Eingangssignal durch einen rauscharmen Verstärker (LNA) verstärkt. Das Signal wird dann mit einem lokalen Oszillator (LO) gemischt, um es in eine Zwischenfrequenz (IF) umzuwandeln. Die Geräuscheffizienz von Frontend-Schaltungen hängt hauptsächlich von LNA, Mixer und LO ab. Obwohl es möglich ist, LNA-Rauschen mit traditioneller SPICE-Rauschanalyse zu finden, ist es für Mischer und LO nutzlos, da das Rauschen in diesen Blöcken stark durch das große LO-Signal beeinflusst wird.

Das kleine Eingangssignal erfordert eine sehr hohe Verstärkungsfähigkeit des Empfängers, in der Regel mit einer Verstärkung von 120 dB. Bei solch einem hohen Gain kann jede Signalkopplung vom Ausgang zurück zum Eingang Probleme verursachen. Ein wichtiger Grund für die Verwendung einer superheterodynen Empfängerarchitektur ist, dass sie den Gain über mehrere Frequenzen verteilen kann, um die Wahrscheinlichkeit einer Kopplung zu verringern. Dadurch unterscheidet sich auch die LO-Frequenz von der des Eingangssignals und verhindert, dass große Störsignale das kleine Eingangssignal "kontaminieren".

Aus verschiedenen Gründen kann die direkte Umwandlung oder homodyne Architektur die superheterodyne Architektur in einigen drahtlosen Kommunikationssystemen ersetzen. In dieser Architektur wird das HF-Eingangssignal in einem einzigen Schritt direkt in die Grundfrequenz umgewandelt, so dass der größte Teil der Verstärkung in der Grundfrequenz liegt und LO gleich der Eingangssignalfrequenz ist. In diesem Fall müssen die Auswirkungen einiger Kopplungen verstanden und ein detailliertes Modell des "Streuungsspfads", wie Kopplungen durch Substrat, Kopplungen zwischen Package Pins und Bondwire und Kopplungen durch Stromleitungen, etabliert werden.

Störung benachbarter Kanäle in der HF-Schaltungssimulation

Auch im Emitter spielt Verzerrung eine wichtige Rolle. Die Nichtlinearität des Senders in der Ausgangsschaltung kann dazu führen, dass die Bandbreite des übertragenen Signals über benachbarte Kanäle verteilt wird. Dieses Phänomen wird als spektrales Nachwachsen bezeichnet. Die Bandbreite des Signals ist begrenzt, bis es den Leistungsverstärker (PA) des Senders erreicht. Aber "Modulationsverzerrung" in PA führt dazu, dass die Bandbreite wieder zunimmt. Erhöht sich die Bandbreite zu stark, erfüllt der Sender nicht die Leistungsanforderungen seiner benachbarten Kanäle. Bei der Übertragung digitaler Modulationssignale ist SPICE praktisch unmöglich, das Nachwachsen des Spektrums vorherzusagen. Da etwa 1.000-Symbolübertragungen simuliert werden mussten, um ein repräsentatives Spektrum zu erhalten, und Hochfrequenzträger kombiniert, wäre eine transiente Analyse von SPICE nicht praktikabel.