Teknik PCB - Karakteristik antaramuka RF dan litar RF dalam rekaan PCB

Banyak ciri-ciri khas sirkuit RF sukar dijelaskan dalam beberapa kalimat pendek, dan tidak dapat dianalisis menggunakan perisian simulasi tradisional, seperti SPICE. Namun, ada beberapa perisian EDA di pasar yang mempunyai algoritma kompleks seperti keseimbangan harmonik, kaedah tembakan, dll., yang boleh simulasi sirkuit frekuensi radio dengan cepat dan tepat. Tetapi sebelum mempelajari perisian EDA ini, anda mesti pertama-tama memahami ciri-ciri sirkuit frekuensi radio, terutama makna beberapa terma yang betul dan fenomena fizik, kerana ini adalah pengetahuan asas jurutera frekuensi radio.

Antaramuka RF

Penghantar tanpa wayar dan penerima secara konsep dibahagi kepada dua bahagian: frekuensi asas dan frekuensi radio. Frekuensi asas termasuk julat frekuensi isyarat input penghantar dan julat frekuensi isyarat output penerima. Lebar jalur frekuensi dasar menentukan kadar dasar yang mana data boleh mengalir dalam sistem. Frekuensi asas digunakan untuk meningkatkan kepercayaan aliran data dan mengurangkan muatan yang ditetapkan oleh penghantar pada medium penghantaran dibawah kadar penghantaran data khusus. Oleh itu, banyak pengetahuan teknik pemprosesan isyarat diperlukan bila merancang sirkuit frekuensi asas pada PCB. Sirkuit frekuensi radio penghantar boleh tukar dan tukar-naik isyarat band dasar yang diproses ke saluran yang ditentukan, dan suntik isyarat ini ke dalam medium penghantaran. Sebaliknya, sirkuit frekuensi radio penerima boleh mendapatkan isyarat dari media transmisi, dan mengubah dan mengurangkan frekuensi ke frekuensi asas.

Penghantar mempunyai dua tujuan utama rancangan PCB: yang pertama adalah bahawa mereka mesti menghantar kuasa tertentu sementara memakan kuasa yang paling sedikit yang mungkin. Kedua ialah mereka tidak boleh mengganggu operasi normal penerima dalam saluran bersebelahan. Apabila penerima berkaitan, terdapat tiga tujuan utama desain PCB: pertama, mereka mesti mengembalikan isyarat kecil dengan tepat; kedua, mereka mesti dapat menghapuskan isyarat yang mengganggu diluar saluran yang diinginkan; dan akhirnya, seperti pemancar, mereka mesti memakan kuasa yang sangat kecil.

Isyarat jangkaan kecil

Penerima mesti mengesan isyarat input kecil dengan sensitif. Secara umum, kuasa input penerima boleh sama kecil dengan 1 μV. Kesensitiviti penerima terhad oleh bunyi yang dijana oleh litar input. Oleh itu, bunyi adalah pertimbangan penting dalam rancangan PCB penerima. Lagipun, kemampuan untuk meramalkan bunyi dengan alat simulasi adalah tidak diperlukan. Figure 1 adalah penerima superheterodyne biasa. Isyarat yang diterima ditapis dahulu, kemudian isyarat input ditambah oleh penambah bunyi rendah (LNA). Kemudian gunakan oscilator setempat pertama (LO) untuk campuran dengan isyarat ini untuk tukar isyarat ini ke frekuensi sementara (IF). Performasi bunyi sirkuit bahagian depan bergantung pada LNA, mixer dan LO. Walaupun analisis bunyi tradisional SPICE boleh mencari bunyi LNA, ia tidak berguna untuk campuran dan LO, kerana bunyi dalam blok ini akan terkena kesan berat oleh isyarat LO besar.

Isyarat input kecil memerlukan penerima untuk mempunyai fungsi amplifikasi besar, biasanya pendapatan 120 dB diperlukan. Dengan keuntungan yang tinggi, mana-mana isyarat tersambung dari terminal output kembali ke terminal input boleh menyebabkan masalah. Alasan penting untuk menggunakan arkitektur penerima superheterodyn adalah bahawa ia boleh mengedarkan keuntungan dalam beberapa frekuensi untuk mengurangkan peluang untuk menyambung. Ini juga membuat frekuensi LO pertama berbeza dari frekuensi isyarat input, yang boleh menghalang isyarat gangguan besar daripada "terkontaminasi" kepada isyarat input kecil.

Untuk sebab yang berbeza, dalam beberapa sistem komunikasi tanpa wayar, pertukaran langsung atau arkitektur homodina boleh menggantikan arkitektur superheterodyne. Dalam arkitektur ini, isyarat input RF diubah secara langsung ke frekuensi dasar dalam satu langkah. Oleh itu, kebanyakan keuntungan adalah dalam frekuensi dasar, dan frekuensi LO dan isyarat input adalah sama. Dalam kes ini, pengaruh sejumlah kecil sambungan mesti dipahami, dan model terperinci "laluan isyarat sesat" mesti ditetapkan, seperti: sambungan melalui substrat, pin pakej, dan wayar ikatan (wayar ikatan) antara sambungan, dan sambungan melalui garis kuasa.

isyarat gangguan besar

Penerima mesti sangat sensitif kepada isyarat kecil, walaupun ada isyarat gangguan besar (penghalang). Situasi ini berlaku apabila cuba menerima isyarat penghantaran yang lemah atau jarak jauh, dan penghantar kuat di dekat adalah menyiarkan dalam saluran bersebelahan. Isyarat yang mengganggu mungkin 60~70 dB lebih besar daripada isyarat yang dijangka, dan ia boleh digunakan dalam jumlah besar penyamaran semasa tahap input penerima, atau penerima boleh menghasilkan bunyi berlebihan semasa tahap input untuk menghalang penerimaan isyarat normal. Jika penerima dipandu ke kawasan bukan linear oleh sumber gangguan semasa tahap input, dua masalah di atas akan berlaku. Untuk menghindari masalah ini, bahagian depan penerima mesti sangat linear.

Oleh itu, "lineariti" juga merupakan pertimbangan penting bila merancang penerima pada PCB. Oleh kerana penerima adalah sirkuit jangkauan sempit, non-lineariti diukur dengan mengukur "gangguan intermodulasi". Ini melibatkan menggunakan dua gelombang sinus atau gelombang kosinus dengan frekuensi yang sama dan ditempatkan dalam band tengah untuk memandu isyarat input, dan kemudian mengukur produk intermodulasinya. Secara umum, SPICE merupakan perisian simulasi yang memakan masa dan memanfaatkan biaya, kerana ia perlu melakukan banyak siklus untuk mendapatkan resolusi frekuensi yang diperlukan untuk memahami kerosakan.

Gandakan saluran tambahan

Penggangguan juga bermain peran penting dalam penghantar. Bukan-lineariti yang dijana oleh penghantar dalam sirkuit output boleh menyebar lebar bandwidth bagi isyarat yang dihantar dalam saluran bersebelahan. Fenomen ini dipanggil "pertumbuhan semula spektral". Sebelum isyarat mencapai penyembah kuasa penghantar (PA), lebar bandnya terhad; tetapi "gangguan intermodulasi" dalam PA akan menyebabkan lebar band meningkat lagi. Jika lebar kawasan ditambah terlalu banyak, penghantar tidak akan dapat memenuhi keperluan kuasa saluran sebelah. Apabila menghantar isyarat modulasi secara digital, sebenarnya, mustahil menggunakan SPICE untuk meramalkan pertumbuhan lanjut spektrum. Kerana terdapat kira-kira 1000 operasi pemindahan simbol digital (simbol) mesti disimulasi untuk mendapatkan spektrum mewakili, dan juga perlu menggabungkan pembawa frekuensi tinggi, yang akan membuat analisis SPICE sementara tidak praktik.