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PCB新聞

PCB新聞 - PCB射頻電路特性梳理

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PCB射頻電路特性梳理

2021-11-06
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Author:Frank

用於射頻電路模擬的射頻介面

在概念上, 無線發射器和接收器可分為基頻和射頻. 基頻包括發射器輸入信號和接收器輸出信號的頻率範圍. 基頻頻寬决定了數據可以通過系統的基本速率. 基頻用於提高資料流程的可靠性,並减少發射器以特定資料傳輸速率施加在傳輸介質上的負載. 因此, 需要大量的信號處理工程知識 PCB設計 基頻電路. 發射器的射頻電路將處理後的基帶信號轉換並提升到指定通道,並將訊號注入傳輸介質. 相反, 接收器的射頻電路可以從傳輸介質中獲取訊號,並將頻率轉換為基頻.

印刷電路板

發射器有兩個主要的PCB設計目標:它們必須以盡可能低的功耗發射特定的功率。 其次,它們不能干擾相鄰通道中收發器的正常操作。 就接收器而言,有3個主要的PCB設計目標:第一,它們必須準確地恢復小訊號; 其次,它們必須能够消除所需通道之外的干擾訊號; 與發射器一樣,它們必須消耗很少的功率。

大干擾訊號的射頻電路模擬

接收器必須對小訊號敏感,即使存在大干擾訊號(屏障)。 當試圖用附近的强大發射器在相鄰通道上廣播接收微弱或遠距離發射訊號時,就會發生這種情況。 干擾訊號可能比預期訊號大60~70dB,正常訊號可能會被接收器輸入級的大量覆蓋或使接收器在輸入級產生過多雜訊所阻斷。 如果在輸入相位期間干擾源將接收器驅動到非線性區域,則會發生這兩個問題。 為了避免這些問題,接收器的前端必須非常線性。

囙此,在設計PCB接收器時,線性也是一個重要的考慮因素。 由於接收器是一個窄頻電路,囙此通過量測“互調失真”來量測非線性。 這涉及使用位於中心頻帶的兩個頻率相似的正弦波或余弦波驅動輸入信號,然後量測其互調乘積。 SPICE通常是一種耗時且昂貴的類比,因為它必須執行許多迴圈才能獲得理解失真所需的頻率分辯率。

射頻電路類比的小期望訊號

接收器必須敏感,以檢測小輸入信號。 一般來說,接收器的輸入功率可以小到1mV。接收器的靈敏度受到其輸入電路產生的雜訊的限制。 囙此,在設計PCB接收器時,雜訊是一個重要的考慮因素。 此外,使用類比工具預測雜訊的能力至關重要。 圖1顯示了一個典型的超外差接收器。 接收訊號經過濾波,輸入信號由低雜訊放大器(LNA)放大。 然後將訊號與本地振盪器(LO)混合,將其轉換為中頻(IF)。 前端電路的雜訊效率主要取決於低雜訊放大器、混頻器和本振。 雖然可以使用傳統的SPICE雜訊分析來發現低雜訊放大器雜訊,但對於混頻器和本振來說是無用的,因為這些塊中的雜訊嚴重受大本振訊號的影響。

小輸入信號要求接收器具有非常高的放大能力,通常增益為120 dB。 在如此高的增益下,從輸出到輸入的任何訊號耦合都可能導致問題。 使用超外差接收器架構的一個重要原因是,它可以將增益分佈在多個頻率上,以减少耦合的機會。 這也使得本振頻率不同於輸入信號的本振頻率,防止大干擾訊號“污染”小輸入信號。

出於不同的原因,在一些無線通訊系統中,直接轉換或零差架構可以取代超外差架構。 在這種架構中,射頻輸入信號在一個步驟中直接轉換為基頻,囙此大部分增益在基頻,本振與輸入信號頻率相同。 在這種情況下,必須瞭解一些耦合的影響,並建立“雜散訊號路徑”的詳細模型,例如通過基板的耦合、封裝引脚和鍵合線之間的耦合以及通過電源線的耦合。

射頻電路模擬中相鄰通道的干擾

失真在發射器中也起著重要作用。 輸出電路中發射器的非線性可能導致傳輸訊號的頻寬在相鄰通道中傳播。 這種現象稱為光譜再生。 訊號的頻寬在到達發射器的功率放大器(PA)之前是有限的。 但PA中的“調製失真”導致頻寬再次新增。 如果頻寬新增過多,發射器將無法滿足其相鄰通道的功率要求。 在傳輸數位調製訊號時,SPICE實際上無法預測頻譜的再生。 由於必須類比約1000個符號傳輸以獲得代表性頻譜,並結合高頻載波,囙此對SPICE進行瞬態分析是不切實際的。