PCB廠家講解PCB畫(huà)板知識(shí)-射頻電路

本文從射頻接口、期望信號(hào)小、干擾信號(hào)大、鄰道干擾四個(gè)方面解讀了射頻電路的四個(gè)基本特征，并給出了PCB設(shè)計(jì)中需要特別注意的重要因素。

射頻電路仿真的射頻接口

從概念上講，無(wú)線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以分為基頻和射頻兩部分。 基頻包括發(fā)射機(jī)輸入信號(hào)的頻率范圍和接收機(jī)輸出信號(hào)的頻率范圍。 基頻的帶寬決定了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動(dòng)的基本速率。 基帶用于提高數(shù)據(jù)流的可靠性，減少發(fā)射機(jī)在特定數(shù)據(jù)傳輸速率下對(duì)傳輸介質(zhì)施加的負(fù)載。 因此，在PCB上設(shè)計(jì)基頻電路時(shí)需要大量的信號(hào)處理工程知識(shí)。 發(fā)射機(jī)的射頻電路可以將處理后的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換升級(jí)到指定的通道，并將此信號(hào)注入到傳輸介質(zhì)中。 相反，接收器的射頻電路可以從傳輸介質(zhì)中獲取信號(hào)，并將頻率轉(zhuǎn)換并降低到基頻。

發(fā)射器有兩個(gè)主要的 PCB 設(shè)計(jì)目標(biāo)：首先，它們必須以最小的功耗傳輸特定的功率。 其次，它們不會(huì)干擾相鄰信道中收發(fā)器的正常操作。 就接收器而言，PCB設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有三個(gè)：首先，必須準(zhǔn)確地恢復(fù)小信號(hào)； 其次，它們必須能夠消除所需信道之外的干擾信號(hào)； 最后，像發(fā)射器一樣，它們必須消耗很少的功率。

射頻電路仿真中的小預(yù)期信號(hào)

接收器必須靈敏地檢測(cè)小輸入信號(hào)。 一般來(lái)說(shuō)，接收器的輸入功率可小至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，噪聲是接收器PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要考慮因素。 此外，利用仿真工具預(yù)測(cè)噪聲的能力也是必不可少的。 圖 1 顯示了典型的超外差接收機(jī)。 首先對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波，然后通過(guò)低噪聲放大器（LNA）對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大。 然后使用第一個(gè)本地振蕩器 (LO) 與該信號(hào)混合，以將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻 (IF)。 前端電路的噪聲效率主要取決于LNA、混頻器和LO。 雖然使用傳統(tǒng)的 SPICE 噪聲分析可以找到 LNA 噪聲，但這對(duì)于混頻器和 LO 來(lái)說(shuō)是無(wú)用的，因?yàn)檫@些模塊中的噪聲會(huì)受到大 LO 信號(hào)的嚴(yán)重影響。

小輸入信號(hào)要求接收器具有很大的放大功能，通常需要高達(dá)120 dB的增益。 在如此高的增益下，任何從輸出耦合回輸入的信號(hào)都可能導(dǎo)致問(wèn)題。 采用超外差接收機(jī)架構(gòu)的重要原因是它可以將增益分布在幾個(gè)頻率上以降低耦合的概率。 這也使得第一個(gè)LO的頻率與輸入信號(hào)的頻率不同，這樣可以防止大的干擾信號(hào)“污染”小輸入信號(hào)。

由于不同的原因，在一些無(wú)線通信系統(tǒng)中，直接變頻或零差架構(gòu)可以替代超外差架構(gòu)。 在該架構(gòu)中，射頻輸入信號(hào)直接一步轉(zhuǎn)換到基頻，因此大部分增益位于基頻，LO 與輸入信號(hào)的頻率相同。 在這種情況下，必須了解少量耦合的影響，并且必須建立“雜散信號(hào)路徑”的詳細(xì)模型，例如通過(guò)基板的耦合、封裝引腳與鍵合線之間的耦合以及 通過(guò)電源線耦合。

射頻電路仿真中的大干擾信號(hào)

即使存在較大的干擾信號(hào)（阻塞信號(hào)），接收器也必須對(duì)小信號(hào)敏感。 當(dāng)您嘗試接收微弱或遙遠(yuǎn)的傳輸信號(hào)，并且附近有一個(gè)強(qiáng)大的發(fā)射器在相鄰頻道中廣播時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。 干擾信號(hào)可能比預(yù)期信號(hào)大60~70dB，它可以通過(guò)在接收機(jī)輸入相位大量覆蓋，或者使接收機(jī)產(chǎn)生過(guò)多的噪聲來(lái)阻擋正常信號(hào)的接收。 在輸入階段。 如果接收機(jī)在輸入階段被干擾源驅(qū)動(dòng)進(jìn)入非線性區(qū)，就會(huì)出現(xiàn)上述兩個(gè)問(wèn)題。 為了避免這些問(wèn)題，接收器的前端必須非常線性。

因此，“線性度”也是PCB設(shè)計(jì)接收器時(shí)的一個(gè)重要考慮因素。 由于接收器是窄帶電路，因此非線性通過(guò)“互調(diào)失真”來(lái)測(cè)量。 這涉及到用中心頻帶中頻率相似的兩個(gè)正弦波或余弦波驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)，然后測(cè)量它們的互調(diào)乘積。 一般來(lái)說(shuō)，SPICE是一種耗時(shí)且成本高昂的仿真軟件，因?yàn)樗仨殘?zhí)行多次循環(huán)運(yùn)算才能獲得所需的頻率分辨率以了解失真情況。

射頻電路仿真中相鄰?fù)ǖ赖母蓴_

失真在發(fā)射機(jī)中也起著重要作用。 發(fā)射機(jī)在輸出電路中產(chǎn)生的非線性可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)射信號(hào)的帶寬分散在相鄰?fù)ǖ乐小?這種現(xiàn)象稱(chēng)為“頻譜再生”。 在信號(hào)到達(dá)發(fā)射機(jī)的功率放大器（PA）之前，其帶寬是有限的； 然而，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，發(fā)射機(jī)將無(wú)法滿足其相鄰信道的功率要求。 在傳輸數(shù)字調(diào)制信號(hào)時(shí)，實(shí)際上不能使用SPICE來(lái)預(yù)測(cè)頻譜的重新增長(zhǎng)。 由于大約有1000個(gè)數(shù)字符號(hào)傳輸作業(yè)必須進(jìn)行仿真以獲得代表性頻譜，并且還需要組合高頻載波，這些將使SPICE的瞬態(tài)分析變得不切實(shí)際。 

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