本文從四個(gè)方面解釋了射頻電路的四個(gè)基本特征:射頻接口,小的預(yù)期信號,大的干擾信號和來自相鄰?fù)ǖ赖母蓴_,并提供了在PCB設(shè)計(jì)過程中需要特別注意的重要因素。
用于射頻電路仿真的射頻接口
無線發(fā)射器和接收器在概念上分為兩部分:基本頻率和射頻?;绢l率包含發(fā)射器輸入信號的頻率范圍以及接收器輸出信號的頻率范圍?;绢l率的帶寬決定了數(shù)據(jù)可以流經(jīng)系統(tǒng)的基本速率?;绢l率用于提高數(shù)據(jù)流的可靠性,并減少發(fā)送器在特定數(shù)據(jù)傳輸速率下施加在傳輸介質(zhì)上的負(fù)載。
因此,在設(shè)計(jì)基頻電路時(shí),PCB設(shè)計(jì)需要大量的信號處理工程知識。發(fā)射器的RF電路將經(jīng)過處理的基帶信號轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換為指定的通道,然后將該信號注入傳輸介質(zhì)。相反,接收器的RF電路可以從傳輸介質(zhì)中獲取信號,并將其轉(zhuǎn)換并降低為基頻。
變送器具有PCB設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要目標(biāo):
它們應(yīng)在消耗最少電量的同時(shí)傳輸盡可能多的電量。
它們不會(huì)干擾相鄰?fù)ǖ乐惺瞻l(fā)器的正常工作。
關(guān)于接收器,PCB設(shè)計(jì)的三個(gè)主要目標(biāo)是:首先,它們必須準(zhǔn)確地恢復(fù)小信號;其次,它們必須能夠消除所需信道之外的干擾信號;最后一點(diǎn),像發(fā)送器一樣,應(yīng)消耗非常小的功率。
大型射頻電路模擬干擾信號
即使存在較大的干擾信號(障礙),接收器也必須對小信號敏感。當(dāng)試圖通過在相鄰頻道附近廣播的強(qiáng)大發(fā)射機(jī)來接收微弱或遠(yuǎn)距離傳輸信號時(shí),會(huì)發(fā)生這種情況。干擾信號可能比預(yù)期信號大60至70 dB,并且可能在接收器的輸入相位中通過大量覆蓋范圍阻止正常信號的接收,或?qū)е陆邮掌髟谠撓辔黄陂g產(chǎn)生過多的噪聲輸入如果接收器處于輸入階段,并且干擾源傳導(dǎo)到非線性區(qū)域,則會(huì)發(fā)生上述兩個(gè)問題。為避免這些問題,接收器的前端必須非常線性。
因此,在設(shè)計(jì)PCB接收器時(shí),“線性”也是重要的考慮因素。由于接收器是窄帶電路,因此可以通過測量“失真器上TI上的互調(diào)”來測量非線性。這意味著使用兩個(gè)相似頻率的正弦或余弦波,它們位于中心頻帶中,以控制輸入信號,然后測量其互調(diào)的乘積。通常,SPI CE是一種昂貴且緩慢的仿真軟件,因?yàn)槟仨殘?zhí)行許多循環(huán)操作才能獲得了解失真所需的頻率分辨率。射頻電路仿真的預(yù)期信號很小
接收器必須敏感以檢測小的輸入信號。通常,接收器的輸入功率可以小至1μV。接收器的靈敏度受到其輸入電路產(chǎn)生的噪聲的限制。因此,在為PCB設(shè)計(jì)接收器時(shí),噪聲是重要的考慮因素。此外,使用仿真工具預(yù)測噪聲的能力是必不可少的。
圖1是典型的超外差受體。首先對接收到的信號進(jìn)行濾波,然后用低噪聲放大器(LNA)進(jìn)行放大。使用第一本地振蕩器(LO)將信號與該信號混合,以將該信號轉(zhuǎn)換為中頻(IF)。
前電路的噪聲性能主要取決于LNA,混頻器和LO。盡管可以使用傳統(tǒng)的SPICE噪聲分析來找到LNA噪聲,但它對于混頻器和LO沒有用,因?yàn)檫@些模塊中的噪聲會(huì)受到較大的LO信號的嚴(yán)重影響。
小輸入信號要求接收器具有非常大的放大功能,通常需要120 dB的增益。在如此高的增益下,任何從輸出耦合到輸入的信號都會(huì)引起問題。使用超外差接收機(jī)架構(gòu)的一個(gè)重要原因是,它在多個(gè)頻率之間分配了增益,以減少耦合的可能性。這也導(dǎo)致第一LO的頻率不同于輸入信號的頻率,從而防止大的干擾信號被“污染”為小的輸入信號。
由于不同的原因,在某些無線通信系統(tǒng)中,直接或零差對話體系結(jié)構(gòu)可以替代超外差體系結(jié)構(gòu)。在這種架構(gòu)中,RF輸入信號可在一個(gè)步驟中直接轉(zhuǎn)換為基頻,因此大部分增益位于基頻中,而LO與輸入信號的頻率相同。
在這種情況下,必須知道少量耦合的影響,并且必須建立“寄生信號路徑”的詳細(xì)模型,例如:通過基板,封裝引腳和連接線進(jìn)行耦合。 (焊線)與通過電源線耦合之間的耦合。
相鄰射頻電路仿真通道的干擾
失真在發(fā)射機(jī)中也起著重要作用。發(fā)送器在輸出電路中產(chǎn)生的非線性可以擴(kuò)展在相鄰?fù)ǖ郎习l(fā)送的信號的帶寬。這種現(xiàn)象稱為“光譜再生”。在信號到達(dá)發(fā)送器的功率放大器(PA)之前,其帶寬受到限制,但是,PA中的“互調(diào)失真”會(huì)導(dǎo)致帶寬再次增加。如果帶寬增加太多,則發(fā)射機(jī)將無法滿足其相鄰信道的功率要求。傳輸數(shù)字調(diào)制信號時(shí),SPICE無法用于預(yù)測新頻譜的增長。因?yàn)楸仨毮M大約1000個(gè)數(shù)字符號傳輸作業(yè)才能獲得代表性頻譜,并且還必須合并高頻載波,所以這將使SPICE瞬態(tài)分析變得不切實(shí)際。