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PCB射频电路四大基础特性

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点击次数:185 更新时间:2020年04月12日00:18:50 打印此页 关闭

本文从射频界面、小的期望信号、大的干扰信号、相邻频道的干扰四个方面解读射频电路四大基础特性亚博体彩官网登录,并给出了在PCB设计过程中需要特别注意的重要因素亚博体彩官网登录。

一亚博体彩官网登录、射频电路仿真之射频的界面

无线发射器和接收器在概念上,可分为基频与射频两个部份?;蛋⑸淦鞯氖淙胄藕胖德史段?,也包含接收器的输出信号之频率范围?;档钠悼砭龆耸菰谙低持锌闪鞫幕舅俾?亚博体彩官网登录?;凳怯美锤纳剖萘鞯目煽慷?,并在特定的数据传输率之下,减少发射器施加在传输媒介(transmission medium)的负荷亚博体彩官网登录。因此,PCB设计基频电路时,需要大量的信号处理工程知识。发射器的射频电路能将已处理过的基频信号转换、升频至指定的频道中,并将此信号注入至传输媒体中。相反的,接收器的射频电路能自传输媒体中取得信号亚博体彩官网登录,并转换、降频成基频。

发射器有两个主要的PCB设计目标:第一是它们必须尽可能在消耗最少功率的情况下,发射特定的功率。第二是它们不能干扰相邻频道内的收发机之正常运作亚博体彩官网登录亚博体彩官网登录。就接收器而言,有三个主要的PCB设计目标:首先亚博体彩官网登录亚博体彩官网登录,它们必须准确地还原小信号亚博体彩官网登录;第二,它们必须能去除期望频道以外的干扰信号;最后一点与发射器一样,它们消耗的功率必须很小。

二、射频电路仿真之大的干扰信号

接收器必须对小的信号很灵敏,即使有大的干扰信号(阻挡物)存在时。这种情况出现在尝试接收一个微弱或远距的发射信号,而其附近有强大的发射器在相邻频道中广播亚博体彩官网登录。干扰信号可能比期待信号大60~70 dB,且可以在接收器的输入阶段以大量覆盖的方式,或使接收器在输入阶段产生过多的噪声量亚博体彩官网登录,来阻断正常信号的接收亚博体彩官网登录。如果接收器在输入阶段,被干扰源驱使进入非线性的区域,上述的那两个问题就会发生。为避免这些问题,接收器的前端必须是非常线性的亚博体彩官网登录。

因此,“线性”也是PCB设计接收器时的一个重要考虑因素。由于接收器是窄频电路亚博体彩官网登录,所以非线性是以测量“交调失真(intermodulation distortion)”来统计的。这牵涉到利用两个频率相近,并位于中心频带内(in band)的正弦波或余弦波来驱动输入信号,然后再测量其交互调变的乘积。大体而言,SPICE是一种耗时耗成本的仿真软件,因为它必须执行许多次的循环运算以后,才能得到所需要的频率分辨率,以了解失真的情形。

三亚博体彩官网登录、射频电路仿真之小的期望信号

接收器必须很灵敏地侦测到小的输入信号。一般而言,接收器的输入功率可以小到1 μV亚博体彩官网登录。接收器的灵敏度被它的输入电路所产生的噪声所限制。因此亚博体彩官网登录,噪声是PCB设计接收器时的一个重要考虑因素。而且,具备以仿真工具来预测噪声的能力是不可或缺的。附图一是一个典型的超外差(superheterodyne)接收器。接收到的信号先经过滤波,再以低噪声放大器(LNA)将输入信号放大。然后利用第一个本地振荡器(LO)与此信号混合亚博体彩官网登录,以使此信号转换成中频(IF)。前端(front-end)电路的噪声效能主要取决于LNA、混合器(mixer)和LO。虽然使用传统的SPICE噪声分析,可以寻找到LNA的噪声,但对于混合器和LO而言,它却是无用的,因为在这些区块中的噪声,会被很大的LO信号严重地影响。

小的输入信号要求接收器必须具有极大的放大功能亚博体彩官网登录,通常需要120 dB这么高的增益。在这么高的增益下亚博体彩官网登录,任何自输出端耦合(couple)回到输入端的信号都可能产生问题。使用超外差接收器架构的重要原因是亚博体彩官网登录,它可以将增益分布在数个频率里,以减少耦合的机率。这也使得第一个LO的频率与输入信号的频率不同亚博体彩官网登录,可以防止大的干扰信号“污染”到小的输入信号。

因为不同的理由,在一些无线通讯系统中,直接转换(direct conversion)或内差(homodyne)架构可以取代超外差架构。在此架构中,射频输入信号是在单一步骤下直接转换成基频,因此亚博体彩官网登录,大部份的增益都在基频中,而且LO与输入信号的频率相同。在这种情况下,必须了解少量耦合的影响力,并且必须建立起“杂散信号路径(stray signal path)”的详细模型亚博体彩官网登录,譬如:穿过基板(substrate)的耦合、封装脚位与焊线(bondwire)之间的耦合、和穿过电源线的耦合亚博体彩官网登录亚博体彩官网登录。

四亚博体彩官网登录、射频电路仿真之相邻频道的干扰

失真也在发射器中扮演着重要的角色。发射器在输出电路所产生的非线性,可能使传送信号的频宽散布于相邻的频道中。这种现象称为“频谱的再成长(spectral regrowth)”。在信号到达发射器的功率放大器(PA)之前,其频宽被限制着;但在PA内的“交调失真”会导致频宽再次增加亚博体彩官网登录。如果频宽增加的太多,发射器将无法符合其相邻频道的功率要求。当传送数字调变信号时,实际上亚博体彩官网登录,是无法用SPICE来预测频谱的再成长。因为大约有1000个数字符号(symbol)的传送作业必须被仿真亚博体彩官网登录,以求得代表性的频谱,并且还需要结合高频率的载波,这些将使SPICE的瞬态分析变得不切实际亚博体彩官网登录。

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