Questo articolo spiega le 4 caratteristiche di base dei circuiti RF da quattro aspetti: interfaccia RF, piccolo segnale previsto, grande segnale di interferenza e interferenza da canali adiacenti, e fornisce fattori importanti che richiedono particolare attenzione nel processo di progettazione del PCB.
Simulazione del circuito RF dell'interfaccia RF
Trasmettitore e ricevitore wireless nel concetto, possono essere divisi in due parti della frequenza fondamentale e della radiofrequenza.La frequenza fondamentale contiene la gamma di frequenza del segnale di ingresso del trasmettitore e la gamma di frequenza del segnale di uscita del ricevitore.La larghezza di banda della frequenza fondamentale determina la velocità di base alla quale i dati possono fluire nel sistema.La frequenza fondamentale viene utilizzata per migliorare l'affidabilità del flusso di dati e per ridurre il carico imposto dal trasmettitore sul mezzo di trasmissione ad una determinata velocità di dati.Pertanto, la progettazione PCB del circuito della frequenza fondamentale richiede una conoscenza approfondita dell'ingegneria dell'elaborazione del segnale.Il circuito RF del trasmettitore converte e converte il segnale di frequenza fondamentale elaborato in un canale specificato e inietta questo segnale nel mezzo di trasmissione.Al contrario, il circuito RF del ricevitore acquisisce il segnale dal mezzo di trasmissione e lo converte e lo riduce alla frequenza fondamentale.
I trasmettitori hanno due obiettivi principali nella progettazione del PCB: il primo è che devono trasmettere una quantità specifica di potenza consumando la minor quantità possibile.Il secondo è che non possono interferire con il normale funzionamento del ricetrasmettitore nei canali adiacenti.Per quanto riguarda il ricevitore, ci sono tre obiettivi principali nella progettazione del PCB: in primo luogo, devono ripristinare accuratamente i piccoli segnali;in secondo luogo, devono essere in grado di rimuovere i segnali di interferenza al di fuori del canale desiderato;l'ultimo punto è lo stesso del trasmettitore, devono consumare pochissima corrente.
Simulazione di circuiti RF di grandi segnali interferenti
I ricevitori devono essere sensibili ai piccoli segnali, anche in presenza di grandi segnali interferenti (bloccanti).Questa situazione si verifica quando si tenta di ricevere un segnale di trasmissione debole o distante con un potente trasmettitore che trasmette nel canale adiacente nelle vicinanze.Il segnale interferente può essere da 60 a 70 dB più grande del segnale previsto e può bloccare la ricezione del segnale normale nella fase di ingresso del ricevitore con una grande quantità di copertura o facendo sì che il ricevitore generi una quantità eccessiva di rumore nella fase di ingresso.Questi due problemi sopra menzionati possono verificarsi se il ricevitore, nello stadio di ingresso, viene portato nella regione di non linearità dalla sorgente di interferenza.Per evitare questi problemi, la parte frontale del ricevitore deve essere molto lineare.
Pertanto, anche la “linearità” è una considerazione importante quando si progetta il PCB del ricevitore.Poiché il ricevitore è un circuito a banda stretta, la non linearità serve a misurare la "distorsione di intermodulazione (distorsione di intermodulazione)" nelle statistiche.Ciò comporta l'utilizzo di due onde sinusoidali o coseno di frequenza simile e situate nella banda centrale (in banda) per pilotare il segnale di ingresso, quindi misurare il prodotto della sua distorsione di intermodulazione.Nel complesso, SPICE è un software di simulazione lungo e costoso perché deve eseguire molti cicli prima di poter ottenere la risoluzione di frequenza desiderata per comprendere la distorsione.
Simulazione del circuito RF di un piccolo segnale desiderato
Il ricevitore deve essere molto sensibile per rilevare piccoli segnali di ingresso.In generale, la potenza in ingresso del ricevitore può essere pari a 1 μV.la sensibilità del ricevitore è limitata dal rumore generato dal suo circuito di ingresso.Pertanto, il rumore è una considerazione importante quando si progetta un ricevitore per PCB.Inoltre, è essenziale avere la capacità di prevedere il rumore con strumenti di simulazione.La Figura 1 è un tipico ricevitore supereterodina (supereterodina).Il segnale ricevuto viene prima filtrato e poi il segnale di ingresso viene amplificato con un amplificatore a basso rumore (LNA).Il primo oscillatore locale (LO) viene quindi utilizzato per miscelarsi con questo segnale per convertire questo segnale in frequenza intermedia (IF).L'efficacia del rumore del circuito front-end (front-end) dipende principalmente da LNA, mixer (mixer) e LO.sebbene l'uso dell'analisi del rumore SPICE convenzionale, sia possibile cercare il rumore LNA, ma per il mixer e LO è inutile, perché il rumore in questi blocchi sarà un segnale LO molto grande gravemente compromesso.
Il piccolo segnale in ingresso richiede che il ricevitore sia estremamente amplificato, di solito richiedendo un guadagno fino a 120 dB.Con un guadagno così elevato, qualsiasi segnale accoppiato dall'uscita (coppie) all'ingresso può creare problemi.La ragione importante per utilizzare l'architettura del ricevitore super anomalo è che consente di distribuire il guadagno su diverse frequenze per ridurre la possibilità di accoppiamento.Ciò rende anche la prima frequenza LO diversa dalla frequenza del segnale di ingresso, può prevenire un grande “inquinamento” del segnale di interferenza sul piccolo segnale di ingresso.
Per diversi motivi, in alcuni sistemi di comunicazione wireless, l'architettura a conversione diretta (conversione diretta) o differenziale interna (omodina) può sostituire l'architettura differenziale ultra-esterna.In questa architettura, il segnale di ingresso RF viene convertito direttamente nella frequenza fondamentale in un unico passaggio, in modo che la maggior parte del guadagno sia nella frequenza fondamentale e il LO sia alla stessa frequenza del segnale di ingresso.In questo caso, è necessario comprendere l'impatto di una piccola quantità di accoppiamento e deve essere stabilito un modello dettagliato del "percorso del segnale disperso", come ad esempio: accoppiamento attraverso il substrato, accoppiamento tra l'impronta del contenitore e la linea di saldatura (bondwire) e accoppiamento tramite l'accoppiamento della linea elettrica.
Simulazione del circuito RF dell'interferenza del canale adiacente
Anche la distorsione gioca un ruolo importante nel trasmettitore.La non linearità generata dal trasmettitore nel circuito di uscita può causare la diffusione dell'ampiezza di frequenza del segnale trasmesso sui canali adiacenti.Questo fenomeno è chiamato “ricrescita spettrale”.Prima che il segnale raggiunga l'amplificatore di potenza (PA) del trasmettitore, la sua larghezza di banda è limitata;tuttavia, la “distorsione di intermodulazione” nel PA fa sì che la larghezza di banda aumenti nuovamente.Se la larghezza di banda aumenta troppo, il trasmettitore non sarà in grado di soddisfare i requisiti di potenza dei canali vicini.Quando si trasmette un segnale di modulazione digitale, è praticamente impossibile prevedere la ricrescita dello spettro con SPICE.Poiché è necessario simulare circa 1000 simboli digitali (simboli) dell'operazione di trasmissione per ottenere uno spettro rappresentativo e inoltre è necessario combinare la portante ad alta frequenza, questi renderanno impraticabile l'analisi transitoria SPICE.
Orario di pubblicazione: 31 marzo 2022