PCBニュース - PCB RF回路の基本特性

RF回路の4つの観点からの4つの基本特性を解釈する, 期待信号, 大きな干渉信号と隣接チャネルの干渉, そして、プロセスの特別な注意を必要とする重要な要因を与える PCB デザイン.

RF回路シミュレーションのインタフェース

コンセプトでは、無線送信機と受信機は2つの部分に分けられる。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範囲とを含む。基本周波数の帯域幅は、データがシステム内で流れることができる基本レートを決定する。基本周波数は、データフローの信頼性を改善し、特定のデータ伝送速度の下で送信媒体上の送信機によって課される負荷を低減するために使用される。したがって，pcbを用いた基本周波数回路の設計においては，信号処理工学知識の多くが要求される。送信機のRF回路は、処理された基本周波数信号を所定のチャネルに変換して送出し、伝送媒体に信号を注入することができる。逆に、受信機のRF回路は、伝送媒体からの信号を得ることができ、周波数を基本周波数に変換および低減することができる。

送信機は2つの主要なPCB設計目標を持っています：最初は、彼らが最小の電力消費で特定の力を伝えなければならないということです。第2に、隣接チャネル内のトランシーバの通常の動作に干渉することはできない。受信機に関する限り、3つの主要なPCB設計目標があります：まず、彼らは正確に小さな信号を回復しなければなりません;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なければならない最後に、送信機のように、彼らはほとんど電力を消費しなければなりません。

RF回路シミュレーションにおける大きな干渉信号

大きな干渉信号（バリア）があるときでも、受信機は小さな信号に敏感でなければならない。これは、弱または長距離の送信信号を受信しようとするときに発生し、隣接するチャネルにおいて、近くに強力な送信機が存在する。干渉信号は期待信号よりも60〜70 dB大きいかもしれず、通常の信号の受信は、受信機の入力段における大量のカバレッジによってブロックされるか、または受信機に入力段において多すぎるノイズを発生させることによって阻止することができる。受信機が入力段の干渉源によって非線形領域に駆動される場合、上記2つの問題が生じる。これらの問題を回避するために、受信機のフロントエンドは非常に線形でなければならない。

したがって、「直線性」もPCB受信機設計において重要な考慮事項である。レシーバは狭帯域回路であるので、「相互変調歪み」を測定することによって非線形性をカウントする。これは、類似の周波数を有する2つのサインまたは余弦波を使用して、入力信号を駆動するために中央バンドに位置して、それらのインタラクティブ変調のプロダクトを測定することを含む。一般的に言えば、SPICEは時間がかかり、費用対効果の高いシミュレーションソフトウェアである。なぜなら、歪みを理解するために必要な周波数分解能を得ることができる前に、多くの周期的動作を実行しなければならないからである。

RF回路シミュレーションの小期待信号

受信機は、小さい入力信号を検出するのに非常に敏感でなければなりません。一般に、受信機の入力電力は、受信回路の発生する雑音によって制限される。したがって，雑音はpcb受信機設計において重要な考慮事項である。また，シミュレーションツールによる騒音予測能力が不可欠である。図1は典型的なスーパーヘテロダイン受信機である。受信信号は、フィルタリングされ、次いで低雑音増幅器（LNA）によって増幅される。次に、第1の局部発振器（LO）を信号と混合して信号を中間周波数（IF）に変換する。フロントエンド回路の雑音効率は主にlna，mixer，loに依存する。従来のSPICEノイズ解析を使用してLNAのノイズを見つけることができますが、これらのブロックのノイズは大きなLO信号によって深刻に影響を受けるので、ミキサとLOには役に立ちません。

小さな入力信号は、受信機が通常120 dBの利得を必要とする大きな増幅機能を有することを必要とする。このような高いゲインでは、出力から出力に結合された信号は、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用いる重要な理由は，結合の確率を減少させるためにいくつかの周波数で利得を分配できることである。これにより、第1のLOの周波数も入力信号の周波数とは異なり、大きな干渉信号が小さな入力信号を「汚染」するのを防止することができる。

異なる理由により、いくつかの無線通信システムでは、ダイレクトコンバージョンまたはホモダイン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、1ステップで基本周波数に直接変換される。したがって、利得の大部分は基本周波数であり、LOは入力信号の周波数と同じである。この場合、少量のカップリングの影響を理解しなければならず、基板を介したカップリング、パッケージピンとボンドワイヤとの結合、および電力線を介した結合などの「漂流信号経路」の詳細なモデルを確立しなければならない。

RF回路シミュレーションにおける隣接チャネルの干渉

歪は送信機においても重要な役割を果たしている。出力回路内の送信機によって生成される非線形性は、隣接するチャネルに送信信号の帯域幅を広げることができる。この現象を「スペクトル再成長」と呼ぶ。信号が送信機の電力増幅器（PA）に達する前に、その帯域幅は制限されるしかし、PAの「相互変調歪み」は帯域幅を再び増加させます。帯域幅が増加しすぎると、送信機は隣接チャネルの電力要件を満たさない。デジタル変調信号を送信する場合、実際には、スペクトルの再成長を予測するために、SPICEを使用することができない。代表的なスペクトルを得るためには約1000個のデジタルシンボルの伝送をシミュレートしなければならず，また高周波キャリアと組み合わせる必要があり，spiceの過渡解析は非実用的である。