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PCBボードのRF回路の特性の選別について
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PCBボードのRF回路の特性の選別について

PCBボードのRF回路の特性の選別について

2022-09-21
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Author:iPCB

RF回路の4つの観点からの4つの基本特性を解釈する:RFインタフェイス, 小さな望ましい信号, 大きな干渉信号, 隣接チャネル干渉, そして、重要な要素を与えます PCBボード 設計プロセス.


RF回路シミュレーションのRFインターフェイス

概念的には、無線送信機および受信機は、2つの部分に分けられることができる。基本周波数は、送信機の入力信号の周波数範囲と受信機の出力信号の周波数範囲とを含む。基本周波数の帯域幅は、データがシステム内で流れることができる基本的なレートを決定する。ベース周波数は、データストリームの信頼性を改善し、与えられたデータレートで送信媒体上の送信機によって課される負荷を低減するために使用される。したがって,pcbボード上の基本周波数回路を設計する際,多くの信号処理工学知識が要求される。送信機の無線周波数回路は、処理されたベースバンド信号を指定されたチャネルに変換してアップコンバートすることができ、この信号を伝送媒体に注入することができる。逆に、受信機のRF回路は、送信媒体からの信号を受け取り、それを基本周波数に変換してダウンコンバートすることができる。送信機は2つの主要なPCB設計目標を持っています:彼らは可能な限り少ない電力を消費しながら、特定の量の電力を送信しなければなりません。第2の理由は、隣接チャネル内のトランシーバの通常の動作に干渉することができないということである。受信機に関する限り、3つの主要なPCBボード設計目標があります:まず、彼らは正確に小さな信号を再生しなければなりません;第2に、所望のチャネルの外側に干渉信号を除去することができなければならない非常に小さい。

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RF回路シミュレーションにおける大きな干渉信号

受信機は大きな干渉信号(遮断器)の存在下でさえ小さい信号に敏感でなければならない。近くの強力な送信機が隣接したチャンネルで放送している間、弱いか遠い伝送を受信しようとするとき、これは起こります。干渉信号は、所望の信号よりも60〜70 dB大きい場合があり、受信機の入力段において大量のカバレッジが発生するように、通常の信号受信をブロックすることができ、あるいは受信機は入力段で過度のノイズを発生する。受信機が入力段の間、干渉器によって非線形領域に駆動される場合、上記の2つの問題は生じる。これらの問題を回避するために、受信機のフロントエンドは非常に線形でなければならない。したがって、PCBボード上のレシーバを設計するとき、「直線性」も重要な考慮事項である。受信機は狭帯域回路であるので、非線形性は「相互変調歪み」として測定される。これは周波数に近い2つの正弦波または余弦波で入力信号を駆動することを含み、帯域内で、それらの相互変調の積を測定する。一般に、SPICEは、歪みを理解するために必要な周波数分解能を得るために多くのループを実行しなければならないので、時間がかかり、高価なシミュレーションソフトウェアである。


RF回路シミュレーションのための小期待信号

受信機は、小さい入力信号を検出するのに非常に敏感でなければなりません。典型的には、受信機への入力電力は、1×1/4 Vである。受信機の感度は、その入力回路によって生成されるノイズによって制限される。したがって、PCBボード上のレシーバを設計するとき、ノイズは重要な考慮事項である。さらに、シミュレーションツールでノイズを予測する能力が不可欠です。典型的なスーパーヘテロダイン受信機を示す。受信信号はフィルタリングされ、入力信号は低雑音増幅器(LNA)によって増幅される。次いで、この信号は、局部発振器(LO)と混合され、信号を中間周波数(IF)に変換する。フロントエンド回路の雑音性能は、主にLNA、ミキサ、LOに依存する。従来のSPICEノイズ解析を使用している間、LNAノイズを見つけることが可能ですが、これらのブロックのノイズが大きなLO信号によって大きく影響を受けることができるので、ミキサとロスには役に立ちません。小さな入力信号は、受信機が通常120 dBと非常に大きな増幅を有することを必要とする。そのような高い利得では、入力から出力に結合された信号は、問題を引き起こす可能性がある。スーパーヘテロダイン受信機アーキテクチャを使用することの重要な理由は、結合の機会を減らすためにいくつかの周波数にわたって利得を分配することである。これはまた、入力信号のLOの周波数とは異なり、大きな干渉信号が小さな入力信号を「汚染する」ことを防止する。異なる理由により、いくつかの無線通信システムでは、ダイレクトコンバージョンまたはホモダインアーキテクチャがスーパーヘテロダインアーキテクチャに代わることができる。このアーキテクチャでは、RF入力信号は、1ステップで基本周波数に直接変換されるので、利得の大部分は基本周波数であり、LOは入力信号と同じ周波数である。この場合、少量の結合の影響を理解しなければならず、基板、パッケージピン及びボンディングワイヤを介してのカップリングなどの「漂流信号経路」の詳細なモデルを確立しなければならない(結合する)。


RF回路シミュレーションにおける隣接チャネル干渉

歪みもトランスミッタで重要な役割を果たします. 出力回路において送信器によって生成された非線形性は、隣接する周波数チャネル全体に送信された信号の帯域幅を広げることができる. この現象を「スペクトル再成長」と呼ぶ. 信号が送信機の電力増幅器(PA)に達する前に、その帯域幅は限られていますしかし、PAの中の「相互変調歪み」は、帯域幅を再び増加させます. 帯域幅が増加するならば, 送信機は隣接チャネルの電力要求を満たすことができない. ディジタル変調信号を送信するとき, スペクトル再成長を予測するのに実際にはSPICEを使用することは不可能である. 代表的なスペクトルを得るために約1000個のデジタルシンボルの送信動作をシミュレートしなければならず、また、高周波キャリアを組み込む必要があるので, これらは、SPICE過渡解析 PCBボード.