Leiterplatte Blog - Sortieren der Eigenschaften der HF-Schaltung der Leiterplatte

Interpretieren Sie die vier grundlegenden Eigenschaften von HF-Schaltungen aus vier Aspekten: HF-Schnittstelle, kleines gewünschtes Signal, großes Störsignal, und angrenzende Kanalstörungen, und geben wichtige Faktoren, die besondere Aufmerksamkeit in der Leiterplatte Entwurfsprozess.

1. HF-Schnittstelle der HF-Schaltungssimulation

Konzeptionell können drahtlose Sender und Empfänger in zwei Teile unterteilt werden: Grundfrequenz und Hochfrequenz. Die Grundfrequenz umfasst den Frequenzbereich des Eingangssignals des Senders und den Frequenzbereich des Ausgangssignals des Empfängers. Die Bandbreite der Grundfrequenz bestimmt die fundamentale Geschwindigkeit, mit der Daten im System fließen können. Die Basisfrequenz wird verwendet, um die Zuverlässigkeit des Datenstroms zu verbessern und die vom Sender auf das Übertragungsmedium bei einer bestimmten Datenrate auferlegte Last zu reduzieren. Daher sind viele Kenntnisse in der Signalverarbeitung erforderlich, wenn Sie eine grundlegende Frequenzschaltung auf einer Leiterplatte entwerfen. Die Hochfrequenzschaltung des Senders kann das bearbeitete Basisbandsignal in den angegebenen Kanal umwandeln und hochkonvertieren und dieses Signal in das Übertragungsmedium einspritzen. Umgekehrt kann die HF-Schaltung des Empfängers das Signal vom Übertragungsmedium aufnehmen und es in die Grundfrequenz umwandeln und herunterkonvertieren. Transmitter haben zwei Hauptziele im PCB-Design: Sie müssen eine bestimmte Menge an Leistung übertragen und dabei so wenig Strom wie möglich verbrauchen. Die zweite ist, dass sie den normalen Betrieb von Transceivern in benachbarten Kanälen nicht stören können. Was Empfänger betrifft, gibt es drei Hauptziele des Leiterplattendesigns: Erstens müssen sie kleine Signale genau reproduzieren; Zweitens müssen sie Störsignale außerhalb des gewünschten Kanals entfernen können; sehr klein.

2. Großes Störsignal in der HF-Schaltungssimulation

Der Empfänger muss empfindlich auf kleine Signale reagieren, auch in Gegenwart großer Störsignale (Blocker). Dies tritt auf, wenn versucht wird, eine schwache oder entfernte Übertragung zu empfangen, während ein nahe gelegener leistungsstarker Sender auf einem benachbarten Kanal sendet. Das Störsignal kann 60-70 dB größer als das gewünschte Signal sein und den normalen Signalempfang so blockieren, dass eine große Abdeckung an der Eingangsstufe des Empfängers auftritt, oder der Empfänger eine übermäßige Menge an Rauschen in der Eingangsstufe erzeugt. Wird der Empfänger während der Eingangsstufe vom Störer in den nichtlinearen Bereich getrieben, treten die beiden oben genannten Probleme auf. Um diese Probleme zu vermeiden, muss die Vorderseite des Empfängers sehr linear sein. Daher ist "Linearität" auch eine wichtige Überlegung beim Design eines Empfängers auf einer Leiterplatte. Da der Empfänger eine schmalbandige Schaltung ist, wird die Nichtlinearität als "Intermodulationsverzerrung" gemessen. Dabei wird das Eingangssignal mit zwei Sinus- oder Kosinuswellen angesteuert, die in der Frequenz nahe sind, im Band, und dann das Produkt ihrer Intermodulation gemessen. Im Allgemeinen ist SPICE eine zeitaufwendige und teure Simulationssoftware, da sie viele Schleifen ausführen muss, um die erforderliche Frequenzauflösung zu erhalten, um die Verzerrung zu verstehen.

3. Kleines erwartetes Signal für HF-Schaltungssimulation

Der Empfänger muss sehr empfindlich sein, um kleine Eingangssignale zu erkennen. Typischerweise kann die Eingangsleistung zum Empfänger bis zu 1 μV betragen. Die Empfindlichkeit des Empfängers wird durch das Rauschen der Eingangsschaltung begrenzt. Daher ist Rauschen eine wichtige Überlegung beim Design eines Empfängers auf einer Leiterplatte. 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. Dieses Signal wird dann mit einem lokalen Oszillator (LO) gemischt, um das Signal in eine Zwischenfrequenz (IF) umzuwandeln. Die Geräuschleistung der Frontend-Schaltung hängt hauptsächlich von LNA, Mischer und LO ab. Bei der traditionellen SPICE-Rauschanalyse ist es möglich, LNA-Rauschen zu finden, es ist für Mischer und LOs nutzlos, da das Rauschen in diesen Blöcken stark durch das große LO-Signal beeinflusst werden kann. Kleine Eingangssignale erfordern eine sehr große Verstärkung des Empfängers, in der Regel bis zu 120 dB. Bei solchen hohen Gewinnen kann jedes Signal, das vom Ausgang zurück zum Eingang gekoppelt wird, Probleme verursachen. Ein wichtiger Grund für die Verwendung einer superheterodynen Empfängerarchitektur ist, dass sie den Gain über mehrere Frequenzen verteilt, um die Wahrscheinlichkeit einer Kopplung zu verringern. Dadurch unterscheidet sich auch die Frequenz des LO von der des Eingangssignals und verhindert, dass große Störsignale das kleine Eingangssignal "kontaminieren". Aus verschiedenen Gründen können in einigen drahtlosen Kommunikationssystemen direkte Konversion oder homodyne Architekturen superheterodyne Architekturen 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 der LO die gleiche Frequenz wie das Eingangssignal ist. In diesem Fall muss der Einfluss einer kleinen Menge an Kopplung verstanden werden und ein detailliertes Modell von "Streuungssignalpfaden" wie Kopplung durch das Substrat, Paketpins und Bonddrähte muss etabliert werden (Bondwire)-Kopplung und Kopplung durch Stromleitungen.

4. Angrenzende Kanalstörung in der HF-Schaltungssimulation

Verzerrung spielt auch bei Sendern eine wichtige Rolle. Die Nichtlinearität, die durch den Sender an der Ausgangsschaltung erzeugt wird, kann die Bandbreite des übertragenen Signals über benachbarte Frequenzkanäle verteilen. Dieses Phänomen wird als "spektrales Nachwachsen" bezeichnet.. Before the signal reaches the power amplifier (PA) of the transmitter, seine Bandbreite ist begrenzt; Aber "Intermodulationsverzerrung" innerhalb der PA bewirkt eine erneute Erhöhung der Bandbreite. Wenn die Bandbreite zu stark erhöht wird, Der Sender wird nicht in der Lage sein, die Leistungsanforderungen seiner benachbarten Kanäle zu erfüllen. Bei der Übertragung digital modulierter Signale, Es ist praktisch unmöglich, mit SPICE spektrales Nachwachsen vorherzusagen. Weil Übertragungsvorgänge von ca. 1000 digitalen Symbolen simuliert werden müssen, um ein repräsentatives Spektrum zu erhalten und auch Hochfrequenzträger zu integrieren, Diese machen SPICE Transientenanalysen auf der Leiterplatte.