L'actualité PCB - Quatre caractéristiques essentielles des circuits RF PCB

Cet article expose quatre caractéristiques essentielles d'un circuit radiofréquence à partir de quatre aspects: une interface radiofréquence, un petit signal désiré, un signal d'interférence important et une interférence de canal adjacent, et donne des facteurs importants qui nécessitent une attention particulière dans le processus de conception de PCB.

1. Interface de simulation de circuit RF

Conceptuellement, un émetteur et un récepteur sans fil peuvent être divisés en deux parties: la fréquence fondamentale et la fréquence radio. La fréquence fondamentale comprend la plage de fréquences du signal d'entrée de l'émetteur et la plage de fréquences du signal de sortie du récepteur. La bande passante de la fréquence fondamentale détermine le taux de base auquel les données circulent dans le système. La fréquence fondamentale est utilisée pour améliorer la fiabilité du flux de données et réduire la charge imposée par l'émetteur sur le support de transmission à un débit de transmission de données spécifique. Par conséquent, lors de la conception d'un circuit de fréquence fondamentale avec un PCB, une grande connaissance de l'ingénierie de traitement du signal est nécessaire. Le circuit radiofréquence de l'émetteur peut convertir et élever le signal de fréquence fondamentale Traité sur un canal déterminé et injecter le signal dans le milieu de transmission. Inversement, le circuit radiofréquence du récepteur permet d'obtenir un signal à partir du milieu de transmission, de convertir la fréquence et de la réduire à la fréquence fondamentale.

Le transmetteur a deux objectifs principaux de conception de PCB: le premier est de devoir transmettre une puissance spécifique avec une consommation minimale. Deuxièmement, ils ne peuvent pas perturber le fonctionnement normal des émetteurs - récepteurs dans les canaux adjacents. En ce qui concerne les récepteurs, les PCB sont conçus avec trois objectifs principaux: Tout d'abord, ils doivent récupérer avec précision les petits signaux; Deuxièmement, ils doivent pouvoir éliminer les signaux perturbateurs autres que le canal souhaité; Enfin, tout comme les émetteurs, ils doivent consommer très peu d'énergie.

2. Signal de grande interférence dans la simulation de circuit RF

Le récepteur doit être sensible aux petits signaux, même en présence de signaux perturbateurs importants (barrières). Cela se produit lorsque l'on tente de recevoir un signal de transmission faible ou longue distance et qu'il y a de puissants émetteurs à proximité qui diffusent dans les canaux adjacents. Le signal d'interférence peut être 60 ~ 70 DB plus grand que prévu, et la réception du signal normal peut être gênée par une couverture importante de l'étage d'entrée du récepteur ou par le fait que le récepteur génère trop de bruit dans l'étage d'entrée. Les deux problèmes ci - dessus se posent si le récepteur est piloté vers la zone non linéaire par une source d'interférence dans l'étage d'entrée. Pour éviter ces problèmes, l'extrémité avant du récepteur doit être très linéaire.

Par conséquent, la « linéarité» est également une considération importante dans la conception du récepteur PCB. Le récepteur étant un circuit à bande étroite, la non - linéarité est calculée en mesurant la « distorsion d'intermodulation ». Ceci consiste à piloter le signal d'entrée à l'aide de deux ondes sinusoïdales ou cosinus de fréquences similaires et situées dans la bande centrale, puis à mesurer le produit de leur modulation interactive. En général, spice est un logiciel de simulation chronophage et rentable, car il doit effectuer de nombreuses opérations cycliques pour obtenir la résolution de fréquence requise pour comprendre la distorsion.

3. Signal attendu plus petit pour la simulation de circuit RF

Le récepteur doit être très sensible pour détecter de petits signaux d'entrée. Typiquement, la puissance d'entrée du récepteur peut être aussi faible que 1°v. La sensibilité du récepteur est limitée par le bruit généré par son circuit d'entrée. Le bruit est donc une considération importante dans la conception d'un récepteur PCB. De plus, la capacité d'anticiper le bruit à l'aide d'outils de simulation est indispensable. La figure 1 est un Récepteur superhétérodyne typique. Le signal reçu est filtré puis amplifié par un amplificateur à faible bruit (LNA). Le premier oscillateur local (lo) est alors utilisé pour mélanger le signal pour le convertir en fréquence intermédiaire (IF). L'efficacité du bruit des circuits frontaux dépend principalement des amplificateurs à faible bruit, des mélangeurs et des amplificateurs à faible bruit. Bien qu'il soit possible de découvrir le bruit d'un LNA en utilisant une analyse de bruit Spice traditionnelle, il est inutile pour le mélangeur et Lo, car le bruit dans ces blocs peut être fortement affecté par un signal lo important.

Un petit signal d'entrée nécessite une grande capacité d'amplification du récepteur, ce qui nécessite généralement un gain de 120 db. Avec un tel gain élevé, tout signal couplé de la sortie à l'entrée peut poser problème. Une raison importante d'utiliser une architecture de Récepteur superhétérodyne est qu'elle permet de répartir le gain sur plusieurs fréquences afin de réduire la probabilité de couplage. Ceci permet également de différencier la fréquence du premier Lo de celle du signal d'entrée, ce qui permet d'éviter que de gros signaux perturbateurs "polluent" de petits signaux d'entrée.

Dans certains systèmes de communication sans fil, les architectures à conversion directe ou à différence nulle peuvent remplacer les architectures hyperhétérodynes pour différentes raisons. Dans cette architecture, le signal d'entrée RF est directement converti en fréquence fondamentale en une seule étape. La majorité du gain est donc à la fréquence fondamentale, lo étant identique à la fréquence du signal d'entrée. Dans ce cas, l'influence d'un petit nombre de couplages doit être comprise et un modèle détaillé de "chemins de signaux parasites" doit être établi, par example par le couplage du substrat, le couplage entre les broches d'encapsulation et les lignes de jonction, et le couplage par les lignes d'alimentation.

4. Interférence des canaux adjacents dans la simulation de circuits RF

La distorsion joue également un rôle important dans l'émetteur. Les non - linéarités générées par l'émetteur dans le circuit de sortie peuvent étendre la bande passante du signal émis dans les canaux adjacents. Ce phénomène est appelé « régénération spectrale ». La bande passante du signal est limitée jusqu'à ce qu'il atteigne l'amplificateur de puissance (PA) de l'émetteur; Cependant, la "distorsion d'intermodulation" dans le pa entraînera une nouvelle augmentation de la bande passante. Si la bande passante augmente trop, l'émetteur ne sera pas en mesure de répondre aux exigences de puissance de ses canaux adjacents. En effet, lors de la transmission d'un signal modulé numériquement, le Spice ne peut pas être utilisé pour prédire la régénération du spectre. Parce qu'il faut simuler l'émission d'environ 1000 symboles numériques pour obtenir un spectre représentatif, et qu'il faut aussi le combiner avec une porteuse haute fréquence, ce qui rendrait l'analyse transitoire du Spice peu pratique.