Technologie PCB - Caractéristiques des interfaces RF et des circuits RF dans la conception de PCB

De nombreuses caractéristiques particulières des circuits RF sont difficiles à expliquer en quelques mots et ne peuvent pas être analysées à l'aide de logiciels de simulation traditionnels tels que spice. Cependant, il existe sur le marché des logiciels EDA dotés d'algorithmes sophistiqués tels que l'équilibrage harmonique, les méthodes de tir, etc., qui simulent rapidement et avec précision les circuits RF. Mais avant d'apprendre ces logiciels Eda, vous devez d'abord comprendre les caractéristiques des circuits RF, en particulier la signification de certains termes propriétaires et phénomènes physiques, car c'est une connaissance de base de l'ingénierie RF.

Interface RF

Les émetteurs et récepteurs sans fil sont conceptuellement divisés en deux parties: la fréquence fondamentale et la fréquence radio. La fréquence fondamentale comprend la plage de fréquences du signal d'entrée de l'émetteur et la plage de fréquences 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 débit de transmission de données spécifique. Par conséquent, lors de la conception d'un circuit de fréquence fondamentale sur un PCB nécessite une grande connaissance de l'ingénierie de traitement du signal. Le circuit radiofréquence de l'émetteur peut convertir et monter en fréquence le signal en bande de base traité dans un canal déterminé et injecter ce signal dans le milieu de transmission. Inversement, le circuit radiofréquence du récepteur peut obtenir un signal à partir du milieu de transmission et convertir et réduire la fréquence à la fréquence fondamentale.

Les émetteurs ont deux objectifs principaux de conception de PCB: le premier est qu'ils doivent transmettre une puissance spécifique tout en consommant le moins d'énergie possible. La seconde est qu'ils ne peuvent pas interférer avec 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; Enfin, tout comme les émetteurs, ils doivent consommer très peu d'énergie.

Petit signal d'attente

Le récepteur doit être très 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 dans la conception de PCB d'un récepteur. De plus, la capacité d'anticiper le bruit à l'aide d'outils de simulation est indispensable. La figure 1 est un Récepteur superhétérodyne typique. Le signal reçu est d'abord filtré puis amplifié par un amplificateur à faible bruit (LNA). Ce signal est ensuite mélangé à l'aide d'un premier oscillateur local (lo) pour le convertir en fréquence intermédiaire (IF). La performance sonore du circuit frontal dépend principalement du LNA, du mélangeur et du lo. Bien que l'analyse de bruit Spice traditionnelle puisse trouver le bruit du LNA, elle est inutile pour les mélangeurs et Lo, car le bruit dans ces blocs peut être fortement affecté par un signal lo important.

Un petit signal d'entrée nécessite une grande capacité d'amplification du récepteur et nécessite généralement un gain de 120 db. Dans ce cas de gain 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. Ceci permet également de différencier la fréquence du premier Lo de celle du signal d'entrée, ce qui permet d'éviter que de gros signaux perturbateurs ne soient "pollués" par de 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 seule étape. La majorité du gain est donc dans la fréquence fondamentale et les fréquences de lo et du signal d'entrée sont identiques. Dans ce cas, il est nécessaire de comprendre l'influence d'un petit nombre de couplages et d'établir un modèle détaillé du "chemin de signal parasite", par example: le couplage par le substrat, les broches d'encapsulation et les lignes de jonction entre les couplages (lignes de jonction), et le couplage par les lignes d'alimentation.

Signal de grande interférence

Le récepteur doit être très sensible aux petits signaux, même en présence de signaux perturbateurs importants (obstacles). C'est le cas lorsque l'on tente de recevoir un signal de transmission faible ou longue distance alors qu'un puissant émetteur à proximité diffuse dans un canal adjacent. Le signal d'interférence peut être 60 ~ 70 DB plus grand que prévu et peut être utilisé dans une large couverture pendant l'étage d'entrée du récepteur, ou le récepteur peut générer trop de bruit pendant l'étage d'entrée pour bloquer la réception du signal normal. Les deux problèmes ci - dessus se posent si le récepteur est entraîné dans la zone non linéaire par la source d'interférence pendant l'étage 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 sur un PCB. Le récepteur étant un circuit à bande étroite, la non - linéarité est mesurée en mesurant la « distorsion d'intermodulation ». Ceci consiste à piloter le signal d'entrée à l'aide de deux ondes sinusoïdales ou cosinus de fréquences similaires et situées dans la bande centrale, puis à mesurer le produit de leur Intermodulation. En général, spice est un logiciel de simulation long et coûteux, car il doit effectuer de nombreux cycles pour obtenir la résolution de fréquence requise pour comprendre la distorsion.

Interférence de canal adjacent

La distorsion joue également un rôle important dans l'émetteur. Les non - linéarités générées par l'émetteur dans le circuit de sortie peuvent étendre la bande passante du signal émis dans 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 d'intermodulation" dans le pa entraînera 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. En effet, spice ne peut pas être utilisé pour prédire une nouvelle croissance du spectre lors de la transmission de signaux modulés numériquement. Du fait qu'il y a environ 1000 symboles numériques (symboles), il faut simuler les opérations de transmission pour obtenir un spectre représentatif, mais aussi combiner les porteuses haute fréquence, ce qui rendrait l'analyse des transitoires Spice peu pratique.