Αυτό το άρθρο εξηγεί τα 4 βασικά χαρακτηριστικά των κυκλωμάτων RF από τέσσερις πτυχές: διεπαφή RF, μικρό αναμενόμενο σήμα, μεγάλο σήμα παρεμβολής και παρεμβολές από γειτονικά κανάλια και δίνει σημαντικούς παράγοντες που χρειάζονται ιδιαίτερη προσοχή στη διαδικασία σχεδιασμού PCB.
Προσομοίωση κυκλώματος RF της διεπαφής RF
Ασύρματος πομπός και δέκτης στην έννοια, μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη της βασικής συχνότητας και ραδιοσυχνότητας.Η βασική συχνότητα περιέχει το εύρος συχνοτήτων του σήματος εισόδου του πομπού και το εύρος συχνοτήτων του σήματος εξόδου του δέκτη.Το εύρος ζώνης της βασικής συχνότητας καθορίζει τον βασικό ρυθμό με τον οποίο μπορούν να ρέουν τα δεδομένα στο σύστημα.Η βασική συχνότητα χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της αξιοπιστίας της ροής δεδομένων και για τη μείωση του φορτίου που επιβάλλεται από τον πομπό στο μέσο μετάδοσης με δεδομένο ρυθμό δεδομένων.Επομένως, ο σχεδιασμός PCB του κυκλώματος θεμελιωδών συχνοτήτων απαιτεί εκτεταμένη γνώση της μηχανικής επεξεργασίας σήματος.Το κύκλωμα ραδιοσυχνοτήτων του πομπού μετατρέπει και αναβαθμίζει το επεξεργασμένο σήμα βασικής συχνότητας σε ένα καθορισμένο κανάλι και εγχέει αυτό το σήμα στο μέσο μετάδοσης.Αντίθετα, το κύκλωμα ραδιοσυχνοτήτων του δέκτη αποκτά το σήμα από το μέσο μετάδοσης και το μετατρέπει και μειώνει την κλίμακα στη βασική συχνότητα.
Οι πομποί έχουν δύο κύριους στόχους σχεδιασμού PCB: ο πρώτος είναι ότι πρέπει να μεταδίδουν μια συγκεκριμένη ποσότητα ισχύος ενώ καταναλώνουν τη μικρότερη δυνατή ποσότητα ενέργειας.Το δεύτερο είναι ότι δεν μπορούν να παρεμβαίνουν στην κανονική λειτουργία του πομποδέκτη σε παρακείμενα κανάλια.Όσον αφορά τον δέκτη, υπάρχουν τρεις κύριοι στόχοι σχεδιασμού PCB: πρώτον, πρέπει να αποκαθιστούν με ακρίβεια μικρά σήματα.Δεύτερον, πρέπει να μπορούν να αφαιρούν σήματα παρεμβολής έξω από το επιθυμητό κανάλι.το τελευταίο σημείο είναι το ίδιο με τον πομπό, πρέπει να καταναλώνουν πολύ λίγη ισχύ.
Προσομοίωση κυκλώματος RF μεγάλων σημάτων παρεμβολής
Οι δέκτες πρέπει να είναι ευαίσθητοι σε μικρά σήματα, ακόμη και όταν υπάρχουν μεγάλα σήματα παρεμβολής (μπλοκαρίσματα).Αυτή η κατάσταση προκύπτει όταν προσπαθείτε να λάβετε ένα αδύναμο ή μακρινό σήμα εκπομπής με έναν ισχυρό πομπό που εκπέμπει στο διπλανό κανάλι που βρίσκεται κοντά.Το σήμα παρεμβολής μπορεί να είναι 60 έως 70 dB μεγαλύτερο από το αναμενόμενο σήμα και μπορεί να εμποδίσει τη λήψη του κανονικού σήματος στη φάση εισόδου του δέκτη με μεγάλη κάλυψη ή προκαλώντας τον δέκτη να δημιουργήσει υπερβολική ποσότητα θορύβου στο φάση εισόδου.Αυτά τα δύο προβλήματα που αναφέρονται παραπάνω μπορεί να προκύψουν εάν ο δέκτης, στο στάδιο εισόδου, οδηγηθεί στην περιοχή της μη γραμμικότητας από την πηγή παρεμβολής.Για να αποφύγετε αυτά τα προβλήματα, το μπροστινό άκρο του δέκτη πρέπει να είναι πολύ γραμμικό.
Ως εκ τούτου, η "γραμμικότητα" είναι επίσης μια σημαντική παράμετρος κατά το σχεδιασμό του PCB του δέκτη.Καθώς ο δέκτης είναι ένα κύκλωμα στενής ζώνης, έτσι η μη γραμμικότητα είναι να μετρηθεί η «παραμόρφωση ενδοδιαμόρφωσης (παραμόρφωση ενδοδιαμόρφωσης)» στα στατιστικά στοιχεία.Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση δύο ημιτονοειδών ή συνημιτονικών κυμάτων παρόμοιας συχνότητας και που βρίσκονται στην κεντρική ζώνη (στη ζώνη) για την κίνηση του σήματος εισόδου και στη συνέχεια τη μέτρηση του γινομένου της παραμόρφωσης ενδοδιαμόρφωσής του.Σε γενικές γραμμές, το SPICE είναι ένα χρονοβόρο και δαπανηρό λογισμικό προσομοίωσης επειδή πρέπει να εκτελέσει πολλούς κύκλους για να μπορέσει να αποκτήσει την επιθυμητή ανάλυση συχνότητας για να κατανοήσει την παραμόρφωση.
Προσομοίωση κυκλώματος RF μικρού επιθυμητού σήματος
Ο δέκτης πρέπει να είναι πολύ ευαίσθητος για να ανιχνεύει μικρά σήματα εισόδου.Γενικά, η ισχύς εισόδου του δέκτη μπορεί να είναι τόσο μικρή όσο 1 μV.η ευαισθησία του δέκτη περιορίζεται από τον θόρυβο που δημιουργείται από το κύκλωμα εισόδου του.Επομένως, ο θόρυβος είναι σημαντικός παράγοντας κατά το σχεδιασμό ενός δέκτη για PCB.Επιπλέον, η ικανότητα πρόβλεψης θορύβου με εργαλεία προσομοίωσης είναι απαραίτητη.Το σχήμα 1 είναι ένας τυπικός δέκτης υπερετερόδυνης (υπερετερόδυνης).Το λαμβανόμενο σήμα αρχικά φιλτράρεται και στη συνέχεια το σήμα εισόδου ενισχύεται με έναν ενισχυτή χαμηλού θορύβου (LNA).Ο πρώτος τοπικός ταλαντωτής (LO) χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να αναμιχθεί με αυτό το σήμα για να μετατρέψει αυτό το σήμα σε ενδιάμεση συχνότητα (IF).Η αποτελεσματικότητα του θορύβου του κυκλώματος στο μπροστινό μέρος (μπροστινό άκρο) εξαρτάται κυρίως από το LNA, το μείκτη (μίξερ) και το LO.Αν και η χρήση της συμβατικής ανάλυσης θορύβου SPICE, μπορείτε να ψάξετε για το θόρυβο LNA, αλλά για το μίξερ και το LO, είναι άχρηστο, επειδή ο θόρυβος σε αυτά τα μπλοκ, θα επηρεαστεί σοβαρά από ένα πολύ μεγάλο σήμα LO.
Το μικρό σήμα εισόδου απαιτεί ο δέκτης να είναι εξαιρετικά ενισχυμένος, που συνήθως απαιτεί κέρδος έως και 120 dB.Σε τόσο υψηλό κέρδος, οποιοδήποτε σήμα που συνδέεται από την έξοδο (ζευγάρια) πίσω στην είσοδο μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα.Ο σημαντικός λόγος για τη χρήση της αρχιτεκτονικής σούπερ ακραίου δέκτη είναι ότι επιτρέπει την κατανομή του κέρδους σε πολλές συχνότητες για να μειωθεί η πιθανότητα σύζευξης.Αυτό κάνει επίσης την πρώτη συχνότητα LO να είναι διαφορετική από τη συχνότητα του σήματος εισόδου, μπορεί να αποτρέψει τη «ρύπανση» του σήματος μεγάλης παρεμβολής στο μικρό σήμα εισόδου.
Για διαφορετικούς λόγους, σε ορισμένα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας, η αρχιτεκτονική άμεσης μετατροπής (άμεση μετατροπή) ή εσωτερική διαφορική (homodyne) αρχιτεκτονική μπορεί να αντικαταστήσει την αρχιτεκτονική υπερ-εξωτερικών διαφορικών.Σε αυτήν την αρχιτεκτονική, το σήμα εισόδου RF μετατρέπεται απευθείας στη θεμελιώδη συχνότητα σε ένα μόνο βήμα, έτσι ώστε το μεγαλύτερο μέρος του κέρδους να βρίσκεται στη θεμελιώδη συχνότητα και το LO να είναι στην ίδια συχνότητα με το σήμα εισόδου.Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να γίνει κατανοητή η επίδραση μιας μικρής ποσότητας ζεύξης και να καθοριστεί ένα λεπτομερές μοντέλο της «διαδρομής αδέσποτου σήματος», όπως: σύζευξη μέσω του υποστρώματος, σύζευξη μεταξύ του αποτυπώματος της συσκευασίας και της γραμμής συγκόλλησης (σύρμα σύνδεσης) , και σύζευξη μέσω της ζεύξης της γραμμής ισχύος.
Προσομοίωση κυκλώματος RF παρεμβολών παρακείμενου καναλιού
Η παραμόρφωση παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στον πομπό.Η μη γραμμικότητα που δημιουργείται από τον πομπό στο κύκλωμα εξόδου μπορεί να προκαλέσει την εξάπλωση του πλάτους συχνότητας του εκπεμπόμενου σήματος στα γειτονικά κανάλια.Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται «φασματική αναγέννηση».Πριν το σήμα φτάσει στον ενισχυτή ισχύος του πομπού (PA), το εύρος ζώνης του είναι περιορισμένο.Ωστόσο, η «παραμόρφωση ενδοδιαμόρφωσης» στο PA προκαλεί το εύρος ζώνης να αυξάνεται ξανά.Εάν το εύρος ζώνης αυξηθεί πάρα πολύ, ο πομπός δεν θα μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις ισχύος των γειτονικών καναλιών του.Κατά τη μετάδοση ενός ψηφιακού σήματος διαμόρφωσης, είναι πρακτικά αδύνατο να προβλεφθεί η εκ νέου ανάπτυξη του φάσματος με το SPICE.Επειδή περίπου 1000 ψηφιακά σύμβολα (σύμβολο) της λειτουργίας μετάδοσης πρέπει να προσομοιωθούν για να ληφθεί ένα αντιπροσωπευτικό φάσμα, και πρέπει επίσης να συνδυαστεί ο φορέας υψηλής συχνότητας, αυτά θα καταστήσουν μη πρακτική την παροδική ανάλυση SPICE.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-31-2022