PCBニュース - 4種類のPCB無線周波数回路の特性

4種類のPCB無線周波数回路の特性

無線周波数回路シミュレーションの小期待信号

受信機は非常に敏感に小さな入力信号を検出しなければならない。一般に、受信機の入力電力は1°Vまで小さくすることができる。受信機の感度は、その入力回路によって生成されるノイズによって制限される。したがって、受信機のPCB設計において、ノイズは重要な考慮要素である。また、シミュレーションツールを用いてノイズを予測する能力は不可欠である。【図1】典型的なスーパーヘテロダイン受信機である。最初に受信信号をフィルタリングし、次に低雑音増幅器（LNA）を介して入力信号を増幅する。次いで、信号を中間周波数（IF）に変換するために、第1の局部発振器（LO）を用いて信号と混合する。フロントエンド回路のノイズ性能は主にLNA、ミキサ、LOに依存する。従来のSPICEノイズ解析ではLNAのノイズを見つけることができたが、これらのブロックのノイズは大きなLO信号によって深刻な影響を受けるため、ミキサとLOにとっては無用である。

小さな入力信号には受信機に大きな増幅機能が必要であり、通常は120 dBの利得が必要である。このような高利得の場合、出力端子から入力端子に結合された任意の信号が問題を引き起こす可能性がある。スーパーヘテロダイン受信機アーキテクチャを使用する重要な理由は、結合の機会を減らすために利得をいくつかの周波数に分散できることである。これにより、第1のLOの周波数が入力信号の周波数と異なるようになり、大干渉信号が小入力信号によって「汚染される」ことを防止することができる。

異なる理由から、一部の無線通信システムでは、直接変換またはゼロ差分アーキテクチャがスーパーヘテロダインアーキテクチャに取って代わることができる。このアーキテクチャでは、RF入力信号は、単一のステップで直接ベース周波数に変換される。したがって、利得の大部分は基本周波数にあり、LOと入力信号の周波数は同じである。この場合、少量の結合の影響を理解し、基板、パッケージピン、結合間のボンディングワイヤ（Bondwire）による結合、電源ワイヤによる結合など、「スプリアス信号経路」の詳細なモデルを構築する必要があります。

無線周波数回路シミュレーションにおける大干渉信号

受信機は、大きな干渉信号（障害物）が存在しても、小さな信号に非常に敏感でなければならない。これは、微弱または長距離の送信信号を受信しようとして、近くの強力な送信機が隣接チャネルでブロードキャストしている場合に発生します。干渉信号は、予想される信号よりも60 ~ 70 dB大きく、受信機の入力段の間に大量のカバレッジ範囲内で使用することができ、または受信機は、入力段の間に通常の信号の受信を妨げるために過剰なノイズを発生することができる。受信機が入力段の間に干渉源によって非線形領域に駆動されると、上記の2つの問題が発生する。これらの問題を回避するためには、受信機のフロントエンドは非常に線形である必要があります。

したがって、PCB上で受信機を設計する際には、「線形」も重要な考慮要素である。受信機は狭帯域回路であるため、「相互変調歪（相互変調歪）」を測定してカウントすることで非線形性を測定する。これには、入力信号を駆動するために2つの周波数が類似し、中心周波数帯域に位置する正弦波または余弦波を使用して、その相互変調の積を測定することが含まれます。一般的にSPICEは、歪みを理解するために必要な周波数解像度を得るには、多くのサイクルを実行する必要があるため、時間がかかり、コストがかかるシミュレーションソフトウェアです。

無線周波数回路シミュレーションにおける隣接チャネル干渉

歪みは送信機においても重要な役割を果たしている。出力回路において送信機が生成する非線形性は、隣接チャネルにおける送信信号の帯域幅を拡張することができる。この現象を「スペクトル再生」と呼ぶ。信号が送信機の電力増幅器（PA）に到達する前に、その帯域幅は有限であり、しかし、PAにおける「相互変調歪み」は、帯域幅を再び増加させることになる。帯域幅が増えすぎると、送信機はその隣接チャネルの電力要件を満たすことができなくなります。実際、デジタル変調信号を伝送する場合、スペクトルのさらなる成長を予測するためにSPICEを使用することはできません。約1000個のデジタルシンボル（シンボル）があるため、代表的なスペクトルを得るためにはアナログ伝送動作が必要であり、高周波搬送波を結合する必要があり、SPICEの過渡解析を非現実的にすることになる。

無線周波数回路シミュレーション用無線周波数インタフェース

無線送信機と受信機は、基本周波数と無線周波数の2つの部分に概念的に分けられる。基本周波数は、送信機の入力信号の周波数範囲と受信機の出力信号の周波数領域とを含む。基本周波数の帯域幅は、システムを流れるデータの基本周波数を決定する。基本周波数は、データストリームの信頼性を高め、特定のデータ伝送速度で送信機が伝送媒体に与える負荷を低減するために使用される。そのため、PCB上に基本周波数回路を設計する際には大量の信号処理工学知識が必要である。送信機の無線周波数回路は、処理されたベースバンド信号を指定されたチャネルに変換およびアップコンバートし、送信媒体に注入することができる。逆に、受信機の無線周波数回路は、送信媒体から信号を取得し、周波数を基本周波数に変換して低減することができる。

トランスミッタには2つの主要なPCBボード設計目標があります。1つ目は、特定の電力を放出しながら、できるだけ少ない電力を消費しなければならないことです。2つ目は、隣接するチャネル内のトランシーバの通常の動作を妨げることができないことです。受信機にとって、PCBの設計目標は主に3つある：まず、それらは正確に小さい信号を回復しなければならない、第2に、それらは所望のチャネル以外の干渉信号を除去することができる必要がある、最後に、送信機のように、非常に小さな電力を消費しなければなりません。