PCB部落格 - 梳理PCB板射頻電路的特點

從四個方面解釋射頻電路的四個基本特徵：射頻介面, 小期望訊號, 大干擾訊號, 和鄰道干擾, 並在 PCB電路板 設計過程.

1.射頻電路模擬的射頻介面

從概念上講，無線發射機和接收機可分為兩部分：基頻和射頻。 基頻包括發射機輸入信號的頻率範圍和接收機輸出信號的頻率區域。 基頻頻寬决定了數據在系統中流動的基本速率。 基頻用於提高資料流程的可靠性，並在給定的資料速率下减少發射機對傳輸介質施加的負載。 囙此，在PCB板上設計基頻電路時，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並上變頻到指定通道，然後將該訊號注入傳輸介質。 相反，接收器的射頻電路可以接收來自傳輸介質的訊號，並將其轉換和下變頻為基頻。 發射機有兩個主要的PCB設計目標：它們必須傳輸特定的功率，同時消耗盡可能少的功率。 第二，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板的設計主要有三個目標：首先，它們必須準確地再現小訊號； 其次，它們必須能够消除所需通道之外的干擾訊號； 非常小。

2.射頻電路模擬中的大干擾訊號

接收器必須對小訊號敏感，即使存在大干擾訊號（阻斷劑）。 當附近强大的發射機在相鄰頻道上廣播時，試圖接收微弱或遠距離傳輸時，就會發生這種情況。 干擾訊號可能比所需訊號大60-70 dB，並且可能會封锁正常訊號接收，從而導致接收機的輸入級出現大量覆蓋，或者接收機在輸入級產生過多雜訊。 如果接收機在輸入階段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，接收器的前端必須非常線性。 囙此，在PCB板上設計接收器時，“線性”也是一個重要的考慮因素。 由於接收器是一個窄帶電路，非線性被量測為“互調失真”。 這包括用頻率相近的兩個正弦或余弦波驅動輸入信號，然後量測其互調的乘積。 通常，SPICE是一個耗時且昂貴的模擬軟件，因為它必須執行許多迴圈才能獲得所需的頻率分辯率，以瞭解失真。

3、射頻電路模擬期望訊號小

接收器必須非常靈敏，以檢測小的輸入信號。 通常，接收器的輸入功率可以小到1¼V。 接收器的靈敏度受到輸入電路產生的雜訊的限制。 囙此，在PCB板上設計接收器時，雜訊是一個重要的考慮因素。 此外，使用模擬工具預測雜訊的能力至關重要。 圖1顯示了一個典型的超外差接收機。 接收訊號經過濾波，輸入信號由低雜訊放大器（LNA）放大。 然後，該訊號與本地振盪器（LO）混合，以將訊號轉換為中頻（IF）。 前端電路的雜訊效能主要取決於LNA、混頻器和LO。 雖然使用傳統的SPICE雜訊分析可以找到LNA雜訊，但它對混頻器和LO是無用的，因為這些塊中的雜訊會受到較大LO訊號的嚴重影響。 小輸入信號要求接收器具有非常大的放大，通常高達120 dB。 在如此高的增益下，任何從輸出耦合回輸入的訊號都可能導致問題。 使用超外差接收機結構的一個重要原因是，它將增益分佈在幾個頻率上，以减少耦合的機會。 這也使得本振頻率與輸入信號的頻率不同，防止大干擾訊號“污染”小輸入信號。 由於不同的原因，在一些無線通訊系統中，直接轉換或零差結構可以取代超外差結構。 在這種架構中，射頻輸入信號在一個步驟中直接轉換為基頻，囙此大部分增益位於基頻，本振頻率與輸入信號頻率相同。 在這種情況下，必須瞭解少量耦合的影響，必須建立“雜散訊號路徑”的詳細模型，例如通過基板、封裝引脚和鍵合線的耦合（鍵合線）耦合，以及通過電源線的耦合。

4.射頻電路模擬中的鄰道干擾

失真在發射機中也起著重要作用. 發射機在輸出電路處產生的非線性可能會將傳輸訊號的頻寬擴展到相鄰的頻率通道. 這種現象稱為“光譜再生”. Before the signal reaches the power amplifier (PA) of the transmitter, 其頻寬有限； 但是PA內的“互調失真”導致頻寬再次新增. 如果頻寬新增太多, 發射機將無法滿足其相鄰通道的功率要求. 傳輸數位調製訊號時, 使用SPICE預測光譜再生實際上是不可能的. 因為必須類比大約1000個數位記號的傳輸操作，以獲得代表性頻譜，還需要合併高頻載波, 這使得SPICE瞬態分析在 PCB板.