Leiterplattentechnisch - Eigenschaften der HF-Leiterplattenschaltung

ipcb stellt die vier grundlegenden Merkmale der HF-Leiterplattenschaltung aus vier Aspekten: HF-Schnittstelle, kleines erwartetes Signal, großes Interferenzsignal und Interferenzen von benachbarten Kanälen, und gibt die wichtigen Faktoren, die besondere Aufmerksamkeit im PCB-Designprozess benötigen.

HF-Schnittstelle von HF-Leiterplattenschaltung Simulation

Im Konzept 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 Basisrate des Datenflusses im System. Die Grundfrequenz wird verwendet, um die Zuverlässigkeit des Datenstroms zu verbessern und die Belastung zu verringern, die der Sender auf das Übertragungsmedium unter einer bestimmten Datenübertragungsrate ausübt. Daher ist viel Wissen in der Signalverarbeitung erforderlich, wenn der grundlegende Frequenzkreis der Leiterplatte entworfen wird. Die HF-Schaltung des Senders kann das verarbeitete Grundfrequenzsignal in den angegebenen Kanal umwandeln und das Signal in das Übertragungsmedium einspritzen. Im Gegenteil, die HF-Schaltung des Empfängers kann das Signal vom Übertragungsmedium erhalten und die Frequenz auf die Grundfrequenz umwandeln und reduzieren.

Transmitter haben zwei Hauptziele im PCB-Design: Sie müssen spezifische Leistung mit so wenig Leistung wie möglich übertragen. Zweitens können sie den normalen Betrieb von Transceivern in benachbarten Kanälen nicht stören. In Bezug auf Empfänger 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; und wie Sender müssen sie sehr wenig Strom verbrauchen.

Großes Störsignal in HF-Leiterplattenschaltung Simulation

Der Empfänger muss empfindlich auf kleine Signale reagieren, auch bei großen Störsignalen (Hindernissen). Dies tritt auf, wenn versucht wird, ein schwaches oder langes Übertragungssignal zu empfangen und ein starker Sender in der Nähe auf dem benachbarten Kanal sendet. Das Störsignal kann 60,70 dB größer als das erwartete Signal sein, und es kann den normalen Signalempfang durch eine große Abdeckung in der Eingangsphase des Empfängers blockieren oder den Empfänger dazu bringen, zu viel Rauschen in der Eingangsphase zu erzeugen. Wird der Empfänger in der Eingangsphase von einer Störquelle in einen 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 ein wichtiger Aspekt beim PCB-Empfängerdesign. Da der Empfänger eine schmalbandige Schaltung ist, wird die Nichtlinearität durch Messung der "Intermodulationsverzerrung" berechnet. Dazu werden zwei Sinus- oder Kosinuswellen mit ähnlichen Frequenzen verwendet, die sich im In-Band befinden, um das Eingangssignal anzutreiben und dann das Produkt seiner interaktiven Modulation zu messen. Im Allgemeinen ist spice eine zeitaufwendige und kostengünstige Simulationssoftware, da sie viele Zyklen ausführen muss, bevor sie die erforderliche Frequenzauflösung erhalten kann, um die Verzerrung zu verstehen.

HF-Leiterplattenschaltung

Geringes erwartetes Signal in HF-Leiterplattenschaltung Simulation

Der Empfänger muss empfindlich auf kleine Eingangssignale reagieren. Im Allgemeinen kann der Empfänger eine geringe Leistung von 1 μ v eingeben. Die Empfindlichkeit des Empfängers wird durch das Rauschen begrenzt, das durch seine Eingangsschaltung erzeugt wird. Daher ist Rauschen ein wichtiger Faktor im PCB-Empfängerdesign. Darüber hinaus ist es notwendig, Geräusche mit Simulationswerkzeugen vorherzusagen. Abbildung 1 ist ein typischer Superheterodynempfänger. Das empfangene Signal wird gefiltert und dann durch Low Noise Amplifier (LNA) verstärkt. Das Signal wird dann mit einem lokalen Oszillator (LO) gemischt, um das Signal in eine Zwischenfrequenz umzuwandeln (wenn). Die Geräuscheffizienz von Frontend-Schaltungen hängt hauptsächlich von LNA, Mischer und lo ab. Obwohl das Rauschen von LNA durch traditionelle Gewürzrauschanalyse gefunden werden kann, ist es für Mixer und Lo nutzlos, da das Rauschen in diesen Blöcken durch große LO-Signale stark beeinträchtigt wird.

Das kleine Eingangssignal erfordert eine große Verstärkungsfunktion des Empfängers, die normalerweise eine Verstärkung von 120 dB erfordert. Bei solch einem hohen Gain kann jedes Signal von der Kopplung zurück zum Eingang Probleme verursachen. Der wichtige Grund für die Verwendung der Superheterodyne-Empfängerarchitektur ist, dass sie den Gain über mehrere Frequenzen verteilen kann, um die Wahrscheinlichkeit der Kopplung zu verringern. Dadurch unterscheidet sich auch die Frequenz jedes Lo von der des Eingangssignals, was verhindern kann, dass das große Störsignal das kleine Eingangssignal "verschmutzt".

Aus verschiedenen Gründen kann in einigen drahtlosen Kommunikationssystemen eine direkte Umwandlung oder homodyne Architektur Superheterodyne Architektur 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 ist die gleiche Frequenz wie das Eingangssignal. In diesem Fall muss der Einfluss einer kleinen Menge an Kopplung verstanden werden, und das detaillierte Modell des "Streuungssignalpfades" muss festgelegt werden, wie Kopplung durch Substrat, Kopplung zwischen Paketstift und Bonddraht und Kopplung durch Stromleitung.

Störung benachbarter Kanäle in HF-Leiterplattenschaltung Simulation

Auch im Sender spielt Verzerrung eine wichtige Rolle. Die Nichtlinearität des Senders in der Ausgangsschaltung kann dazu führen, dass sich die Bandbreite des übertragenen Signals in benachbarten Kanälen ausbreitet. Dieses Phänomen wird als "Spektrumwachstum" bezeichnet. Bevor das Signal den Leistungsverstärker (PA) des Senders erreicht, ist seine Bandbreite begrenzt; Allerdings führt "Intermodulationsverzerrung" innerhalb der PA dazu, dass die Bandbreite wieder zunimmt. Erhöht sich die Bandbreite zu stark, kann der Sender den Strombedarf seiner benachbarten Kanäle nicht erfüllen. Bei der Übertragung digitaler Modulationssignale kann Spice nicht zur Vorhersage des Spektrumnachwuchs verwendet werden. Da etwa 1000-Symbole simuliert werden müssen, um ein repräsentatives Spektrum zu erhalten, und auch Hochfrequenzträger kombinieren müssen, machen diese Spice Transientenanalysen unpraktisch.