PCB新聞 - 四種PCB射頻電路的特性

四種PCB射頻電路的特性

射頻電路模擬的小期望訊號

接收器必須非常靈敏地檢測小的輸入信號。 一般來說，接收器的輸入功率可以小到1°V。 接收器的靈敏度受到其輸入電路產生的雜訊的限制。 囙此，在接收器的PCB設計中，雜訊是一個重要的考慮因素。 此外，使用類比工具預測雜訊的能力是必不可少的。 圖1是一個典型的超外差接收機。 首先對接收到的訊號進行濾波，然後通過低雜訊放大器（LNA）對輸入信號進行放大。 然後使用第一本地振盪器（LO）與該訊號混合，以將該訊號轉換為中頻（IF）。 前端電路的雜訊效能主要取決於LNA、混頻器和LO。 儘管傳統的SPICE雜訊分析可以找到LNA的雜訊，但對於混頻器和LO來說是無用的，因為這些塊中的雜訊會受到大LO訊號的嚴重影響。

小的輸入信號要求接收機具有很大的放大功能，通常需要120dB的增益。 在這種高增益的情况下，從輸出端子耦合回輸入端子的任何訊號都可能引起問題。 使用超外差接收機架構的重要原因是它可以將增益分佈在幾個頻率上，以减少耦合的機會。 這也使得第一LO的頻率與輸入信號的頻率不同，這可以防止大干擾訊號被小輸入信號“污染”。

由於不同的原因，在一些無線通訊系統中，直接轉換或零差架構可以取代超外差架構。 在該架構中，RF輸入信號在單個步驟中被直接轉換為基頻。 囙此，大部分增益在基頻中，並且LO和輸入信號的頻率相同。 在這種情況下，必須瞭解少量耦合的影響，並建立“雜散訊號路徑”的詳細模型，例如：通過襯底、封裝引脚和耦合之間的鍵合線（Bondwire）進行耦合，以及通過電源線進行耦合。

射頻電路模擬中的大干擾訊號

接收器必須對小訊號非常敏感，即使存在大干擾訊號（障礙物）。 當試圖接收微弱或長距離的傳輸訊號，而附近的强大發射機正在相鄰通道中進行廣播時，就會出現這種情況。 干擾訊號可能比預期訊號大60~70dB，並且可以在接收器的輸入級期間在大量覆蓋範圍內使用，或者接收器可以在輸入級期間產生過多的雜訊以阻擋正常訊號的接收。 如果接收機在輸入級期間被干擾源驅動到非線性區域，則會出現上述兩個問題。 為了避免這些問題，接收器的前端必須是非常線性的。

囙此，在PCB上設計接收器時，“線性”也是一個重要的考慮因素。 由於接收器是窄帶電路，囙此通過量測“互調失真（互調失真）”進行計數來量測非線性。 這包括使用兩個頻率相似且位於中心頻帶的正弦波或余弦波來驅動輸入信號，然後量測其互調的乘積。 一般來說，SPICE是一個耗時且成本密集的類比軟體，因為它必須執行許多週期才能獲得所需的頻率分辯率來理解失真。

射頻電路模擬中的相鄰通道干擾

失真在發射機中也起著重要作用。 發射機在輸出電路中產生的非線性可以擴展相鄰通道中發射訊號的頻寬。 這種現象被稱為“光譜再生”。 在訊號到達發射機的功率放大器（PA）之前，其頻寬是有限的； 但是PA中的“互調失真”將導致頻寬再次新增。 如果頻寬新增過多，發射機將無法滿足其相鄰通道的功率要求。 事實上，在傳輸數位調製訊號時，無法使用SPICE來預測頻譜的進一步增長。 因為大約有1000個數位記號（符號），必須類比傳輸操作才能獲得具有代表性的頻譜，而且還需要組合高頻載波，這將使SPICE瞬態分析不切實際。

射頻電路模擬的射頻介面

無線發射機和接收機在概念上分為兩部分：基頻和射頻。 基頻包括發射機的輸入信號的頻率範圍和接收機的輸出信號的頻率區域。 基頻的頻寬决定了數據在系統中流動的基頻。 基頻用於提高資料流程的可靠性，並在特定的資料傳輸速率下减少發射機對傳輸介質施加的負載。 囙此，在PCB上設計基頻電路時需要大量的信號處理工程知識。 發射機的射頻電路可以將處理後的基帶信號轉換和上變頻到指定的通道，並將該訊號注入傳輸介質。 相反，接收機的射頻電路可以從傳輸介質中獲得訊號，並將頻率轉換和降低到基頻。

變送器有兩個主要的PCB板設計目標：第一個是它們必須發射特定的功率，同時消耗盡可能少的功率。 第二是它們不能干擾相鄰通道中收發器的正常操作。 就接收器而言，PCB的設計目標主要有三個：首先，它們必須準確地恢復小訊號； 第二，它們必須能够去除期望通道之外的干擾訊號； 最後，就像發射機一樣，它們必須消耗非常小的功率。