PCB技術 - プリント基板設計用RFインターフェースとRF回路

イン PCB設計, RF回路の多くの特別な特性は、短い短い文で説明するのが難しい, 伝統的なシミュレーションソフトウェアを用いて分析することもできない, スパイスなど. しかし, ハーモニックバランスのような複雑なアルゴリズムを持つ市場にはいくつかのEDAソフトウェアがあります, 撮影方法, etc., 無線周波数回路を迅速かつ正確にシミュレートできる. しかし、これらのEDAソフトウェアを学ぶ前に, まず無線周波数回路の特性を理解しなければならない, 特に適切な用語と物理現象の意味, これが無線周波数工学の基礎知識だからです.

RF界面

無線送信機および受信機は概念的に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的なレートを決定する。ベース周波数は、データストリームの信頼性を改善し、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。このため，pcb上の基本周波数回路を設計する際，多くの信号処理工学知識が要求される。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してアップコンバートし、この信号を伝送媒体に注入する。これに対し、受信機の高周波回路は、送信媒体からの信号を得ることができ、周波数をベース周波数に変換して低減することができる。

送信機は2つのメイン PCB設計目標:

第一は、可能な限り少ない電力を消費しながら、一定量の電力を放出しなければならないということである。

第2の理由は、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ができないということである。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3に、所望のチャネルの外側に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。

小期待信号

受信機は、非常に敏感に小さい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、1×4分の1 Vと小さいことができる。受信機の感度は、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、ノイズは、受信機のPCB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。受信信号は最初にフィルタリングされ、次いで入力信号は低雑音増幅器（LNA）によって増幅される。次に、この信号を中間周波数（IF）に変換するために、この信号と混合するために、第1の局部発振器（LO）を使用する。フロントエンド回路の雑音性能は、主にLNA、ミキサ、LOに依存する。従来のSPICEノイズ解析はLNAの雑音を見つけることができるが、これらのブロックの雑音が大きなLO信号によってひどく影響されるので、ミキサとLOには役に立たない。

小さい入力信号は、受信機が大きな増幅機能を有することを必要とし、通常120 dBの利得が要求される。このような高利得では、出力端子から入力端子に結合された信号は、問題を引き起こす可能性がある。超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、結合の機会を減らすためにいくつかの周波数で利得を分配することができるということである。これにより、第1 LOの周波数は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に「汚染」され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および入力信号の周波数は同じである。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、例えば、基板間の結合、パッケージピン、結合間のボンディングワイヤ（ボンディングワイヤ）、および電力線を通る結合のような、わずかな結合の影響を理解しなければならない。

大きい干渉信号

大きな干渉信号（障害）があるときでも、受信機は小さい信号に非常に敏感でなければなりません。この状況は、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、隣接するチャネルでは、強力な送信機がブロードキャストされる。干渉信号は、予想される信号よりも60〜70 dB大きい場合があり、受信機の入力段において大量のカバレッジで使用することができ、または受信機は、通常の信号の受信を阻止するために入力段の間に過度のノイズを生成することができる。レシーバが入力ステージの間、干渉源によって、非線形領域に駆動される場合、上記の2つの問題は生じる。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」は、PCB上の受信機を設計する際にも重要な考慮事項である。受信機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測定する。これは、類似の周波数を有する2つの正弦波または余弦波を使用して、入力信号を駆動するために中心バンドに位置し、次に、その相互変調の積を測定する。一般的に言えば、SPICEは、歪みを理解するために必要な周波数分解能を得るために多くのサイクルを実行しなければならないので、時間がかかり、コストのかかるシミュレーションソフトウェアである。

隣接するPCB チャネル干渉

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た非線形性は、隣接するチャネル内の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るでしょう。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すことができない。デジタル変調信号を送信するとき、実際には、スペクトルのさらなる成長を予測するために、SPICEを使用することは不可能である。代表的なスペクトルを得るために約1000個のデジタルシンボル（記号）伝送操作をシミュレートしなければならず、また、高周波キャリアを結合する必要があり、これはSPICE過渡解析を非現実的にする。