PCB 기술 - PCB 보드 설계를 위한 RF 인터페이스 및 RF 회로

PCB 설계에서 무선 주파수 회로의 많은 특수한 특성은 짧은 몇 마디로 설명하기 어렵고 SPICE와 같은 전통적인 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 분석할 수 없습니다.그러나 시장에서 일부 EDA 소프트웨어는 고조파 균형, 사격 방법 등과 같은 복잡한 알고리즘을 가지고 있어 빠르고 정확하게 무선 주파수 회로를 시뮬레이션할 수 있다.그러나 이러한 EDA 소프트웨어를 배우기 전에 무선 주파수 회로의 특성, 특히 일부 독점 용어와 물리적 현상의 의미를 먼저 이해해야합니다. 무선 주파수 공학의 기본 지식이기 때문입니다.

무선 주파수 인터페이스

무선 송신기와 수신기는 개념적으로 기본 주파수와 무선 주파수 두 부분으로 나뉜다.기본 주파수는 송신기의 입력 신호의 주파수 범위와 수신기의 출력 신호의 주파수 영역을 포함한다.기본 주파수의 대역폭은 데이터가 시스템 내에서 흐르는 기본 주파수를 결정합니다.기본 주파수는 데이터 흐름의 신뢰성을 높이고 특정 데이터 전송 속도에서 송신기가 전송 매체에 가하는 부하를 줄이는 데 사용된다.따라서 PCB에서 기본 주파수 회로를 설계할 때는 많은 신호 처리 공정 지식이 필요하다.송신기의 무선 주파수 회로는 처리된 베이스밴드 신호를 지정된 채널로 변환하여 전송 매체에 주입할 수 있습니다.반면 수신기의 무선 주파수 회로는 전송 매체에서 신호를 받아 주파수를 기본 주파수로 변환하고 낮출 수 있다.

컨버터에는 다음과 같은 두 가지 주요 PCB 설계 목표가 있습니다.

우선, 그들은 가능한 한 적은 전력을 소비하면서 일정량의 전력을 배출해야 한다.

두 번째는 인접 채널에서 트랜시버의 정상적인 작동을 방해할 수 없다는 것입니다.수신기의 경우 PCB의 설계 목표는 주로 세 가지입니다. 첫째, 그들은 작은 신호를 정확하게 복원해야합니다.

셋째, 그들은 기대 채널 이외의 간섭 신호를 제거할 수 있어야 한다;마지막으로, 송신기처럼 그들은 반드시 아주 적은 전력을 소모해야 한다.

작은 기대 신호

수신기는 작은 입력 신호를 매우 민감하게 감지해야 한다.일반적으로 수신기의 입력 전력은 1 ° V로 낮을 수 있습니다.수신기의 민감도는 입력 회로에서 발생하는 소음에 의해 제한됩니다.따라서 노이즈는 수신기의 PCB 설계에서 중요한 고려 사항입니다.또한 시뮬레이션 도구를 사용하여 노이즈를 예측하는 능력도 빼놓을 수 없습니다.수신 신호를 필터링한 다음 저소음증폭기(LNA)를 통해 입력 신호를 증폭합니다.그런 다음 첫 번째 로컬 발진기(LO)를 사용하여 신호와 혼합하여 중간 주파수(IF)로 변환합니다.프런트엔드 회로의 노이즈 성능은 주로 LNA, 믹서 및 LO에 따라 다릅니다.전통적인 SPICE 노이즈 분석은 LNA의 노이즈를 찾을 수 있지만 블록의 노이즈가 큰 LO 신호에 크게 영향을 받기 때문에 믹서와 LO에는 쓸모가 없습니다.

작은 입력 신호는 수신기가 큰 증폭 기능을 필요로 하며, 보통 120dB의 이득이 필요하다.이러한 높은 이득의 경우 출력 단자에서 입력 단자의 모든 신호를 결합하여 문제를 일으킬 수 있습니다.초외차 수신기 아키텍처를 사용하는 중요한 이유는 결합의 기회를 줄이기 위해 여러 주파수에 이득을 분산시킬 수 있기 때문입니다.이것은 또한 첫 번째 LO의 주파수와 입력 신호의 주파수를 다르게 하는데, 이는 큰 간섭 신호가 작은 입력 신호에 의해"오염"되는 것을 방지할 수 있다.

서로 다른 이유로 일부 무선 통신 시스템에서 직접 변환 또는 무차 아키텍처는 초외차 아키텍처를 대체할 수 있습니다.이 아키텍처에서 RF 입력 신호는 단일 단계에서 기본 주파수로 직접 변환됩니다.따라서 대부분의 이득은 기본 주파수에 있으며 LO와 입력 신호의 주파수는 동일합니다.이 경우 소량의 결합의 영향을 이해하고 라이닝, 패키징 핀, 결합 사이의 접합선 (접합선) 을 통해 결합하고 전원 코드를 통해 결합하는 "분산 신호 경로"의 상세한 모델을 만들어야 합니다.

대간섭 신호

수신기는 큰 간섭 신호 (장애물) 가 있더라도 작은 신호에 매우 민감해야 합니다.미약하거나 장거리의 전송 신호를 수신하려고 시도하고 근처의 강력한 송신기가 인접 채널에서 방송을 하고 있을 때 이런 상황이 발생한다.간섭 신호는 예상 신호보다 60~70dB 더 클 수 있으며 수신기의 입력 레벨 동안 많은 범위에서 사용할 수 있거나 수신기가 입력 레벨 동안 정상적인 신호의 수신을 막기 위해 너무 큰 소음을 낼 수 있습니다.수신기가 입력 레벨 동안 간섭 소스에 의해 비선형 영역으로 제어되는 경우 위의 두 가지 문제가 발생합니다.이러한 문제를 피하기 위해서는 수신기의 앞부분이 매우 선형적이어야 합니다.

따라서 PCB에서 수신기를 설계할 때"선형"도 중요한 고려 사항입니다.수신기는 협대역 회로이므로 상호 왜곡을 측정하여 비선형을 측정합니다.여기에는 입력 신호를 구동하기 위해 두 주파수가 비슷하고 중심 주파수 대역에 있는 정현파 또는 여현파를 사용한 다음 상호 조정된 곱셈을 측정하는 것이 포함됩니다.일반적으로 SPICE는 왜곡을 이해하기 위해 필요한 주파수 해상도를 얻기 위해 많은 주기를 수행해야 하기 때문에 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 드는 아날로그 소프트웨어입니다.

PCB 인접 채널 간섭

왜곡은 송신기에서도 중요한 역할을 한다.송신기가 출력 회로에서 발생하는 비선형은 인접 채널에서 송신하는 신호의 대역폭을 확장할 수 있다.이런 현상을 스펙트럼 재생이라고 한다.신호가 송신기의 전력 증폭기 (PA) 에 도달하기 전에는 대역폭이 제한되어 있습니다.그러나 PA의 상호 변조 왜곡은 대역폭을 다시 증가시킵니다.대역폭이 너무 많으면 송신기가 인접 채널의 전력 요구 사항을 충족할 수 없습니다.실제로 디지털 변조 신호를 전송할 때 스펙트럼의 추가 증가를 예측하기 위해 SPICE를 사용하는 것은 불가능합니다.약 1000개의 디지털 기호 (기호) 가 있기 때문에 대표적인 스펙트럼을 얻기 위해 전송 작업을 시뮬레이션해야 하며 고주파 반송파를 조합해야 하기 때문에 SPICE 순식간 분석이 비현실적일 수 있습니다.