Thiết kế điện tử - Các tính năng cơ bản của mạch PCB RF là gì?

Ở đây, bốn đặc điểm cơ bản của mạch RF sẽ được giải thích từ bốn khía cạnh của giao diện RF, tín hiệu mong muốn nhỏ, tín hiệu gây nhiễu lớn và nhiễu kênh liền kề và các yếu tố quan trọng cần được chú ý đặc biệt trong quá trình thiết kế PCB sẽ được đưa ra.

Giao diện RF Mô phỏng mạch RF

Máy phát và máy thu không dây được chia thành hai phần: tần số cơ bản và tần số vô tuyến. Tần số cơ bản bao gồm dải tần số của tín hiệu đầu vào của máy phát và vùng tần số của tín hiệu đầu ra của máy thu. Băng thông của tần số cơ sở xác định tần số cơ sở mà dữ liệu chảy qua hệ thống. Tần số cơ bản được sử dụng để cải thiện độ tin cậy của luồng dữ liệu và giảm tải do máy phát đặt lên phương tiện truyền tải ở tốc độ truyền dữ liệu cụ thể. Do đó, cần rất nhiều kiến thức về kỹ thuật xử lý tín hiệu khi thiết kế mạch tần số cơ bản trên bảng mạch PCB. Mạch tần số vô tuyến của máy phát có thể chuyển đổi và biến tần tín hiệu băng cơ sở đã xử lý sang kênh được chỉ định và truyền tín hiệu này vào phương tiện truyền tải. Ngược lại, mạch RF của máy thu có thể nhận tín hiệu từ phương tiện truyền tải và chuyển đổi và giảm tần số xuống tần số cơ bản.

Máy phát có hai mục tiêu thiết kế PCB chính: đầu tiên là chúng phải truyền tải một lượng năng lượng cụ thể trong khi tiêu thụ ít năng lượng nhất có thể. Thứ hai là chúng không thể can thiệp vào hoạt động bình thường của bộ thu phát trong các kênh lân cận. Đối với người nhận, PCB được thiết kế với ba mục tiêu chính: đầu tiên, họ phải khôi phục chính xác các tín hiệu nhỏ; Thứ hai, họ phải có khả năng loại bỏ các tín hiệu nhiễu bên ngoài kênh mong muốn; Cuối cùng, giống như máy phát, chúng phải tiêu thụ một lượng năng lượng rất nhỏ.

Mô phỏng mạch RF cho tín hiệu nhiễu lớn

Người nhận phải rất nhạy cảm với các tín hiệu nhỏ, ngay cả khi có tín hiệu nhiễu lớn (chướng ngại vật). Điều này xảy ra khi cố gắng nhận tín hiệu truyền yếu hoặc đường dài trong khi một máy phát mạnh gần đó đang phát sóng trong các kênh lân cận. Tín hiệu gây nhiễu có thể lớn hơn 60~70dB so với tín hiệu dự kiến và có thể được sử dụng trong vùng phủ sóng lớn trong giai đoạn đầu vào của máy thu hoặc máy thu có thể tạo ra tiếng ồn quá mức trong giai đoạn đầu vào để chặn việc tiếp nhận tín hiệu bình thường. Hai vấn đề trên xảy ra nếu máy thu được điều khiển bởi một nguồn gây nhiễu đến một khu vực phi tuyến tính trong giai đoạn đầu vào. Để tránh những vấn đề này, mặt trước của máy thu phải rất tuyến tính.

Do đó, "tuyến tính" cũng là một cân nhắc quan trọng trong thiết kế PCB của máy thu. Vì máy thu là một mạch băng hẹp, phi tuyến tính được đo bằng cách đếm bằng cách đo "biến dạng điều chế (biến dạng điều chế)". Điều này bao gồm việc sử dụng hai sóng sin hoặc cosin có tần số tương tự nằm trong dải trung tâm để điều khiển tín hiệu đầu vào và sau đó đo tích của sự điều chế của nó. Nói chung, SPICE là một phần mềm mô phỏng tốn thời gian và tốn kém vì nó phải thực hiện nhiều hoạt động vòng lặp để có được độ phân giải tần số cần thiết để hiểu biến dạng.

Tín hiệu mong muốn nhỏ cho mô phỏng mạch RF

Người nhận phải rất nhạy cảm với việc phát hiện các tín hiệu đầu vào nhỏ. Nói chung, công suất đầu vào của máy thu có thể nhỏ tới 1 ° V. Độ nhạy của máy thu bị giới hạn bởi tiếng ồn được tạo ra bởi mạch đầu vào của nó. Do đó, tiếng ồn là một cân nhắc quan trọng trong thiết kế PCB của máy thu. Ngoài ra, khả năng dự đoán tiếng ồn bằng các công cụ mô phỏng là không thể thiếu. Hình 1 là một máy thu siêu khác biệt điển hình. Tín hiệu nhận được được lọc đầu tiên và sau đó khuếch đại tín hiệu đầu vào thông qua bộ khuếch đại tiếng ồn thấp (LNA). Sau đó, sử dụng bộ dao động cục bộ đầu tiên (LO) để trộn với tín hiệu này để chuyển đổi tín hiệu thành tần số trung bình (IF). Hiệu suất tiếng ồn của mạch phía trước phụ thuộc chủ yếu vào LNA, bộ trộn và LO. Mặc dù phân tích tiếng ồn SPICE truyền thống có thể tìm thấy tiếng ồn của LNA, nhưng nó không hữu ích cho máy trộn và LO vì tiếng ồn trong các khối này có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi tín hiệu LO lớn.

Các tín hiệu đầu vào nhỏ đòi hỏi bộ thu phải có khả năng khuếch đại lớn và thường đòi hỏi mức tăng 120dB. Với mức tăng cao như vậy, bất kỳ tín hiệu nào được ghép nối trở lại từ thiết bị đầu cuối đầu ra đều có thể gây ra vấn đề. Lý do quan trọng để sử dụng kiến trúc bộ thu siêu khác biệt là nó có thể phân phối độ lợi trên một số tần số để giảm cơ hội ghép nối. Điều này cũng làm cho tần số của LO đầu tiên khác với tần số của tín hiệu đầu vào, có thể ngăn chặn tín hiệu nhiễu lớn bị "ô nhiễm" bởi tín hiệu đầu vào nhỏ.

Vì những lý do khác nhau, trong một số hệ thống truyền thông không dây, chuyển đổi trực tiếp hoặc kiến trúc không khác biệt có thể thay thế kiến trúc siêu khác biệt. Trong kiến trúc này, tín hiệu đầu vào RF được chuyển đổi trực tiếp thành tần số cơ bản trong một bước duy nhất. Do đó, hầu hết các mức tăng đều ở tần số cơ bản và LO và tín hiệu đầu vào có cùng tần số. Trong trường hợp này, tác động của một lượng nhỏ khớp nối phải được hiểu và một mô hình chi tiết của "đường dẫn tín hiệu đi lạc" phải được thiết lập, chẳng hạn như bằng cách ghép nối các đường nối (đường nối) giữa các chất nền, chân đóng gói và khớp nối, và bằng cách ghép nối các đường dây điện.

Giao thoa kênh liền kề trong mô phỏng PCB RF

Biến dạng cũng đóng một vai trò quan trọng trong máy phát. Phi tuyến tính được tạo ra bởi máy phát trong mạch đầu ra có thể mở rộng băng thông của tín hiệu phát ra trong các kênh liền kề. Hiện tượng này được gọi là "tái tạo quang phổ". Băng thông của tín hiệu bị giới hạn cho đến khi nó đến bộ khuếch đại công suất (PA) của máy phát; Nhưng "biến dạng lẫn nhau" trong PA sẽ khiến băng thông tăng trở lại. Nếu băng thông tăng quá nhiều, máy phát sẽ không thể đáp ứng yêu cầu năng lượng của các kênh lân cận. Trên thực tế, SPICE không thể được sử dụng để dự đoán sự tăng trưởng hơn nữa của phổ tần khi truyền tín hiệu điều chế kỹ thuật số. Bởi vì việc truyền khoảng 1.000 ký hiệu (ký hiệu) phải được mô phỏng để có được phổ đại diện và cũng cần sóng mang tần số cao, điều này sẽ khiến phân tích thoáng qua SPICE không thực tế.