Progettazione PCB - Quattro caratteristiche di base del circuito RF del circuito stampato PCB

Questo articolo interpreterà le quattro caratteristiche di base del PCB a radiofrequenza da quattro aspetti: interfaccia a radiofrequenza, piccolo segnale desiderato, grande segnale di interferenza e interferenza del canale adiacente e darà fattori importanti che necessitano di particolare attenzione nel processo di progettazione del PCB.

Interfaccia di radiofrequenza della simulazione del circuito di radiofrequenza

Il trasmettitore e il ricevitore wireless sono concettualmente divisi in due parti: frequenza base e frequenza radio. La frequenza fondamentale comprende la gamma di frequenza del segnale di ingresso del trasmettitore e la gamma di frequenza del segnale di uscita del ricevitore. La larghezza di banda della frequenza fondamentale determina la velocità fondamentale a cui i dati possono fluire nel sistema. La frequenza di base è utilizzata per migliorare l'affidabilità del flusso di dati e ridurre il carico imposto dal trasmettitore sul mezzo di trasmissione con una velocità di trasmissione dati specifica. Pertanto, è necessaria molta conoscenza ingegneristica dell'elaborazione del segnale quando si progetta un circuito di frequenza fondamentale su un PCB. Il circuito di radiofrequenza del trasmettitore può convertire e convertire il segnale della banda base elaborato in un canale designato e iniettare questo segnale nel mezzo di trasmissione. Al contrario, il circuito di radiofrequenza del ricevitore può ottenere il segnale dal mezzo di trasmissione e convertire e ridurre la frequenza alla frequenza di base.

Il trasmettitore ha due obiettivi principali di progettazione PCB: il primo è che devono trasmettere una potenza specifica mentre consumano la minore potenza possibile. Il secondo è che non possono interferire con il normale funzionamento dei ricetrasmettitori nei canali adiacenti.

Per quanto riguarda il ricevitore, ci sono tre obiettivi principali di progettazione PCB: in primo luogo, devono ripristinare accuratamente i piccoli segnali; in secondo luogo, devono essere in grado di rimuovere i segnali interferenti al di fuori del canale desiderato; E infine, come il trasmettitore, devono consumare energia molto piccola.

Il grande segnale di interferenza della simulazione del circuito di radiofrequenza

Il ricevitore deve essere molto sensibile ai piccoli segnali, anche quando ci sono grandi segnali di interferenza (ostruzioni). Questa situazione si verifica quando si cerca di ricevere un segnale di trasmissione debole o a lunga distanza e un potente trasmettitore nelle vicinanze sta trasmettendo in un canale adiacente. Il segnale interferente può essere 60 ~ 70 dB più grande del segnale previsto e può essere utilizzato in una grande quantità di copertura durante la fase di ingresso del ricevitore, o il ricevitore può generare rumore eccessivo durante la fase di ingresso per bloccare la ricezione dei segnali normali. Se il ricevitore viene guidato in una regione non lineare dalla sorgente di interferenza durante la fase di ingresso, si verificheranno i due problemi di cui sopra. Per evitare questi problemi, l'estremità anteriore del ricevitore deve essere molto lineare.

Pertanto, la "linearità" è anche una considerazione importante quando si progetta un ricevitore su un PCB. Poiché il ricevitore è un circuito a banda stretta, la non linearità è misurata misurando "distorsione di intermodulazione (distorsione di intermodulazione)" per contare. Ciò comporta l'utilizzo di due onde sinusoidali o onde coseno con frequenze simili e situate nella banda centrale per guidare il segnale in ingresso, e quindi misurare il prodotto della sua intermodulazione. In generale, SPICE è un software di simulazione che richiede molto tempo e costi, perché deve eseguire molti cicli per ottenere la risoluzione di frequenza richiesta per comprendere la distorsione.

Il piccolo segnale atteso della simulazione del circuito RF

Il ricevitore deve rilevare segnali di ingresso piccoli in modo molto sensibile. In generale, la potenza in ingresso del ricevitore può essere piccola fino a 1 μV. La sensibilità del ricevitore è limitata dal rumore generato dal suo circuito di ingresso. Pertanto, il rumore è una considerazione importante nella progettazione PCB del ricevitore. Inoltre, la capacità di prevedere il rumore con strumenti di simulazione è indispensabile. Il segnale ricevuto viene filtrato prima, e poi il segnale in ingresso viene amplificato da un amplificatore a basso rumore (LNA). Quindi utilizzare il primo oscillatore locale (LO) per mescolare con questo segnale per convertire questo segnale in una frequenza intermedia (IF). Le prestazioni acustiche del circuito front-end dipendono principalmente dal LNA, dal mixer e dallo LO. Anche se la tradizionale analisi del rumore SPICE può trovare il rumore del LNA, è inutile per il mixer e lo, perché il rumore in questi blocchi sarà gravemente influenzato dal grande segnale LO.

Il piccolo segnale di ingresso richiede che il ricevitore abbia una grande funzione di amplificazione, di solito è richiesto un guadagno di 120 dB. Con un guadagno così elevato, qualsiasi segnale accoppiato dal terminale di uscita al terminale di ingresso può causare problemi. Il motivo importante per utilizzare l'architettura del ricevitore supereterodina è che può distribuire il guadagno in più frequenze per ridurre la possibilità di accoppiamento. Questo rende anche la frequenza del primo LO diversa dalla frequenza del segnale in ingresso, che può impedire che i grandi segnali di interferenza vengano "contaminati" a piccoli segnali in ingresso.

Per motivi diversi, in alcuni sistemi di comunicazione wireless, la conversione diretta o l'architettura omodina possono sostituire l'architettura supereterodina. In questa architettura, il segnale di ingresso RF viene convertito direttamente nella frequenza fondamentale in un unico passo. Pertanto, la maggior parte del guadagno è nella frequenza fondamentale e la frequenza del LO e del segnale in ingresso è la stessa. In questo caso, l'influenza di una piccola quantità di accoppiamento deve essere compresa e deve essere stabilito un modello dettagliato del "percorso del segnale randagio", come ad esempio: accoppiamento attraverso il substrato, perni di pacchetto e fili di legame (Bondwire) tra l'accoppiamento e l'accoppiamento attraverso la linea elettrica.

Interferenza del canale adiacente nella simulazione del circuito a radiofrequenza

Anche la distorsione gioca un ruolo importante nel trasmettitore. La non linearità generata dal trasmettitore nel circuito di uscita può diffondere la larghezza di banda del segnale trasmesso nei canali adiacenti. Questo fenomeno è chiamato "ricrescita spettrale". Prima che il segnale raggiunga l'amplificatore di potenza del trasmettitore (PA), la sua larghezza di banda è limitata; ma la "distorsione dell'intermodulazione" nella PA farà aumentare di nuovo la larghezza di banda. Se la larghezza di banda è aumentata troppo, il trasmettitore non sarà in grado di soddisfare i requisiti di potenza dei suoi canali adiacenti. Quando si trasmettono segnali modulati digitalmente, infatti, è impossibile utilizzare SPICE per prevedere l'ulteriore crescita dello spettro. Poiché ci sono circa 1000 simboli digitali (simbolo) le operazioni di trasmissione devono essere simulate per ottenere uno spettro rappresentativo e devono anche combinare vettori ad alta frequenza, il che renderà l'analisi transitoria SPICE impraticabile.