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Interface RF pour la simulation de circuits RF

Conceptuellement, les émetteurs et les récepteurs sans fil peuvent être divisés en fréquences fondamentales et radiofréquences. La fréquence fondamentale comprend la gamme de fréquences du signal d'entrée de l'émetteur et du signal de sortie du récepteur. La bande passante de la fréquence fondamentale détermine le taux de base auquel les données circulent dans le système. La fréquence fondamentale est utilisée pour améliorer la fiabilité du flux de données et réduire la charge imposée par l'émetteur sur le support de transmission à un certain débit de transmission de données. Par conséquent, lors de la conception d'un circuit de fréquence fondamentale PCB, une grande connaissance de l'ingénierie de traitement du signal est nécessaire. Le circuit radiofréquence de l'émetteur convertit et élève le signal en bande de base Traité sur un canal déterminé et injecte le signal dans le milieu de transmission. Inversement, le circuit RF du récepteur peut prendre un signal du milieu de transmission et convertir et réduire la fréquence à la fréquence fondamentale.

Les transmetteurs ont deux objectifs principaux de conception de PCB: ils doivent émettre une puissance spécifique avec la consommation d'énergie la plus faible possible. Deuxièmement, ils ne peuvent pas perturber le fonctionnement normal des émetteurs - récepteurs dans les canaux adjacents. En ce qui concerne les récepteurs, les PCB sont conçus avec trois objectifs principaux: Tout d'abord, ils doivent récupérer avec précision les petits signaux; Deuxièmement, ils doivent pouvoir éliminer les signaux parasites en dehors du canal souhaité; Tout comme les émetteurs, ils doivent consommer très peu d'énergie.

Simulation de circuits radiofréquences pour signaux de grande interférence

Le récepteur doit être sensible aux petits signaux, même en présence de signaux perturbateurs importants (barrières). Cela se produit lorsque l'on tente de recevoir un signal d'émission faible ou lointain avec un puissant émetteur diffusant à proximité sur un canal adjacent. Le signal d'interférence peut être 60 ~ 70db plus grand que prévu, le signal normal peut être bloqué par la couverture massive de l'étage d'entrée du récepteur ou bloqué par le fait que le récepteur génère trop de bruit à l'étage d'entrée. Ces deux problèmes peuvent survenir si le récepteur est entraîné dans la zone non linéaire par la source d'interférence pendant la phase d'entrée. Pour éviter ces problèmes, l'extrémité avant du récepteur doit être très linéaire.

Par conséquent, la linéarité est également une considération importante lors de la conception d'un récepteur PCB. Parce que le récepteur est un circuit à fréquence étroite, la non - linéarité est mesurée en mesurant la « distorsion d'intermodulation». Cela consiste à piloter le signal d'entrée avec deux ondes sinusoïdales ou cosinus de fréquences similaires situées dans la bande centrale, puis à mesurer leurs produits d'intermodulation. Spice est généralement une simulation longue et coûteuse car elle doit effectuer de nombreuses boucles pour obtenir la résolution en fréquence nécessaire à la compréhension de la distorsion.

Petit signal désiré simulé par un circuit RF

Le récepteur doit être sensible à la détection de petits signaux d'entrée. En général, la puissance d'entrée du récepteur peut être aussi faible que 1°v. La sensibilité du récepteur est limitée par le bruit généré par son circuit d'entrée. Par conséquent, le bruit est une considération importante lors de la conception d'un récepteur PCB. De plus, la capacité d'anticiper le bruit à l'aide d'outils de simulation est indispensable. La figure 1 montre un Récepteur superhétérodyne typique. Le signal reçu est filtré et le signal d'entrée est amplifié par un amplificateur à faible bruit (LNA). Le signal est ensuite mélangé à un oscillateur local (lo) qui le convertit en fréquence intermédiaire (IF). L'efficacité sonore du circuit frontal dépend principalement du LNA, du mélangeur et du lo. Bien que le bruit LNA puisse être trouvé à l'aide de l'analyse de bruit Spice traditionnelle, cela est inutile pour les mélangeurs et Lo, car le bruit dans ces blocs est fortement affecté par un signal lo important.

Les petits signaux d'entrée nécessitent une capacité d'amplification très élevée du récepteur, typiquement avec un gain de 120 db. Avec un gain aussi élevé, tout signal couplé de la sortie à l'entrée peut poser problème. Une raison importante d'utiliser une architecture de Récepteur superhétérodyne est qu'elle permet de répartir le gain sur plusieurs fréquences afin de réduire les possibilités de couplage. Cela rend également la fréquence lo différente de la fréquence lo du signal d'entrée, empêchant les signaux perturbateurs importants de "contaminer" les petits signaux d'entrée.

Dans certains systèmes de communication sans fil, les architectures à conversion directe ou à différence nulle peuvent remplacer les architectures hyperhétérodynes pour différentes raisons. Dans cette architecture, le signal d'entrée RF est directement converti en fréquence fondamentale en une étape, de sorte que la majeure partie du gain est dans la fréquence fondamentale, lo étant la même fréquence que le signal d'entrée. Dans ce cas, il est nécessaire de comprendre l'impact de certains couplages et d'établir un modèle détaillé des "chemins de signaux parasites", par example par couplage du substrat, par couplage entre les broches d'encapsulation et les lignes de jonction, et par couplage des lignes d'alimentation.

Interférence des canaux adjacents dans la simulation de circuits radiofréquences

La distorsion joue également un rôle important dans l'émetteur. La non - linéarité de l'émetteur dans le circuit de sortie peut entraîner une extension de la bande passante du signal émis sur les canaux adjacents. Ce phénomène est appelé régénération spectrale. La bande passante du signal est limitée jusqu'à ce qu'il atteigne l'amplificateur de puissance (PA) de l'émetteur. Mais la "distorsion de modulation" dans le pa provoque une nouvelle augmentation de la bande passante. Si la bande passante augmente trop, l'émetteur ne sera pas en mesure de répondre aux exigences de puissance de ses canaux adjacents. Lorsqu'un signal modulé numériquement est transmis, il est pratiquement impossible pour Spice de prédire la régénération du spectre. L'analyse transitoire de Spice n'est pas pratique car il faut simuler environ 1000 transmissions de symboles pour obtenir un spectre représentatif et combiner les porteuses haute fréquence.