Dati PCB - Sortare le caratteristiche del circuito RF della scheda PCB

Interpretare le quattro caratteristiche di base dei circuiti RF da quattro aspetti: interfaccia RF, piccolo segnale desiderato, grande segnale di interferenza e interferenza del canale adiacente e dare fattori importanti che richiedono particolare attenzione nel processo di progettazione della scheda PCB.

1. Interfaccia RF di simulazione del circuito RF

Concettualmente, trasmettitori e ricevitori wireless possono essere suddivisi in due parti: frequenza fondamentale e radiofrequenza. 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 ad una data velocità di dati. Pertanto, è necessaria molta conoscenza ingegneristica dell'elaborazione del segnale quando si progetta un circuito di frequenza fondamentale su una scheda PCB. Il circuito di radiofrequenza del trasmettitore può convertire e upconvert il segnale di banda base elaborato al canale designato e iniettare questo segnale nel mezzo di trasmissione. Al contrario, il circuito RF del ricevitore può prendere il segnale dal mezzo di trasmissione e convertirlo e convertirlo alla frequenza fondamentale. I trasmettitori hanno due obiettivi principali di progettazione PCB: devono trasmettere una quantità specifica di potenza consumando meno energia possibile. Il secondo è che non possono interferire con il normale funzionamento dei ricetrasmettitori nei canali adiacenti. Per quanto riguarda i ricevitori, ci sono tre obiettivi principali di progettazione della scheda PCB: in primo luogo, devono riprodurre accuratamente piccoli segnali; in secondo luogo, devono essere in grado di rimuovere i segnali interferenti al di fuori del canale desiderato; molto piccolo.

2. Grande segnale di interferenza nella simulazione del circuito RF

Il ricevitore deve essere sensibile a piccoli segnali, anche in presenza di grandi segnali interferenti (bloccanti). Ciò si verifica quando si cerca di ricevere una trasmissione debole o distante mentre un potente trasmettitore nelle vicinanze trasmette su un canale adiacente. Il segnale di interferenza può essere 60-70 dB più grande del segnale desiderato e può bloccare la ricezione normale del segnale in modo che una grande quantità di copertura si verifica nella fase di ingresso del ricevitore, o il ricevitore genera una quantità eccessiva di rumore nella fase di ingresso. Se il ricevitore viene guidato nella regione non lineare dall'interferente durante la fase di ingresso, si verificheranno i due problemi sopra menzionati. 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 una scheda PCB. Poiché il ricevitore è un circuito a banda stretta, la non linearità è misurata come "distorsione di intermodulazione". Ciò comporta la guida del segnale in ingresso con due onde sinusoidali o coseno che sono vicine in frequenza, in banda, e quindi misurare il prodotto della loro intermodulazione. In generale, SPICE è un software di simulazione dispendioso e costoso perché deve eseguire molti loop per ottenere la risoluzione di frequenza richiesta per comprendere la distorsione.

3. Piccolo segnale atteso per la simulazione del circuito RF

Il ricevitore deve essere molto sensibile per rilevare piccoli segnali di ingresso. In genere, l'alimentazione in ingresso al ricevitore può essere piccola fino a 1 μV. La sensibilità del ricevitore è limitata dal rumore generato dai circuiti di ingresso. Pertanto, il rumore è una considerazione importante quando si progetta un ricevitore su una scheda PCB. Inoltre, la capacità di prevedere il rumore con strumenti di simulazione è essenziale. La figura 1 mostra un tipico ricevitore supereterodina. Il segnale ricevuto viene filtrato e il segnale in ingresso viene amplificato da un amplificatore a basso rumore (LNA). Questo segnale viene quindi miscelato con un oscillatore locale (LO) per convertire il segnale in una frequenza intermedia (IF). Le prestazioni acustiche del circuito front-end dipendono principalmente dal LNA, dal mixer e dallo LO. Utilizzando la tradizionale analisi del rumore SPICE è possibile trovare il rumore LNA, è inutile per mixer e LO perché il rumore in questi blocchi può essere pesantemente influenzato dal grande segnale LO. I piccoli segnali di ingresso richiedono che il ricevitore abbia un'amplificazione molto grande, solitamente fino a 120 dB. A guadagni così elevati, qualsiasi segnale accoppiato dall'uscita all'ingresso può causare problemi. Un motivo importante per utilizzare un'architettura di ricevitore supereterodina è che distribuisce il guadagno su più frequenze per ridurre la possibilità di accoppiamento. Questo rende anche la frequenza del LO diversa da quella del segnale in ingresso, impedendo ai grandi segnali interferenti di "contaminare" il piccolo segnale in ingresso. Per motivi diversi, in alcuni sistemi di comunicazione wireless, le architetture di conversione diretta o omodina possono sostituire le architetture supereterodine. In questa architettura, il segnale di ingresso RF viene convertito direttamente alla frequenza fondamentale in un singolo passo, quindi la maggior parte del guadagno è nella frequenza fondamentale e il LO è la stessa frequenza del segnale di ingresso. In questo caso, l'influenza di una piccola quantità di accoppiamento deve essere compresa e deve essere stabilito un modello dettagliato di "percorsi del segnale vagante" come l'accoppiamento attraverso il substrato, i perni del pacchetto e i fili di legame (bondwire), e l'accoppiamento attraverso linee elettriche.

4. Interferenza del canale adiacente nella simulazione del circuito RF

Anche la distorsione gioca un ruolo importante nei trasmettitori. La non linearità creata dal trasmettitore nel circuito di uscita può diffondere la larghezza di banda del segnale trasmesso attraverso canali di frequenza adiacenti. Questo fenomeno è chiamato "ricrescita spettrale". Prima che il segnale raggiunga l'amplificatore di potenza (PA) del trasmettitore, la sua larghezza di banda è limitata; ma la "distorsione dell'intermodulazione" all'interno della PA fa 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, è praticamente impossibile utilizzare SPICE per prevedere la ricrescita spettrale. Poiché le operazioni di trasmissione di circa 1000 simboli digitali devono essere simulate per ottenere uno spettro rappresentativo e devono anche incorporare vettori ad alta frequenza, queste rendono l'analisi transitoria SPICE impraticabile sulla scheda PCB.