Zde budou čtyři základní charakteristiky vysokofrekvenčních obvodů interpretovány ze čtyř hledisek: vysokofrekvenční rozhraní, malý požadovaný signál, velký interferenční signál a rušení sousedního kanálu a jsou uvedeny důležité faktory, které vyžadují zvláštní pozornost v procesu návrhu PCB.

Radiofrekvenční rozhraní simulace radiofrekvenčního obvodu

Bezdrátový vysílač a přijímač jsou koncepčně rozděleny do dvou částí: základní frekvence a rádiové frekvence. Základní frekvence zahrnuje frekvenční rozsah vstupního signálu vysílače a frekvenční rozsah výstupního signálu přijímače. Šířka pásma základní frekvence určuje základní rychlost, kterou mohou data proudit v systému. Základní frekvence se používá ke zlepšení spolehlivosti datového toku a snížení zátěže přenášené vysílačem na přenosové médium při určité přenosové rychlosti dat. Proto je při návrhu obvodu základní frekvence na desce plošných spojů vyžadováno mnoho inženýrských znalostí zpracování signálu. Radiofrekvenční obvod vysílače může konvertovat a up-konvertovat zpracovaný signál v základním pásmu na určený kanál a injektovat tento signál do přenosového média. Naopak radiofrekvenční obvod přijímače může získat signál z přenosového média a převést a snížit frekvenci na základní frekvenci.
Vysílač má dva hlavní cíle návrhu desky plošných spojů: Prvním je, že musí vysílat specifický výkon a přitom spotřebovávat co nejmenší energii. Druhým je, že nemohou rušit normální provoz transceiverů v sousedních kanálech. Pokud jde o přijímač, existují tři hlavní cíle návrhu PCB: za prvé musí přesně obnovit malé signály; za druhé musí být schopny odstranit rušivé signály mimo požadovaný kanál; a poslední, stejně jako vysílač, musí spotřebovávat energii velmi malé.

Velký rušivý signál simulace vysokofrekvenčního obvodu

Přijímač musí být velmi citlivý na malé signály, i když se vyskytují velké rušivé signály (překážky). K této situaci dochází, když se pokoušíte přijímat slabý nebo dálkový přenosový signál a v sousedním kanálu vysílá výkonný vysílač v blízkosti. Rušivý signál může být o 60 až 70 dB větší než očekávaný signál a může být ve velké míře pokryt během vstupní fáze přijímače, nebo může přijímač během vstupní fáze generovat nadměrný šum, který blokuje příjem normálních signálů. . Pokud je přijímač během vstupní fáze rušen zdrojem rušení do nelineární oblasti, nastanou dva výše uvedené problémy. Aby se předešlo těmto problémům, musí být přední konec přijímače velmi lineární.
Proto je „linearita“ také důležitým faktorem při návrhu PCB přijímače. Protože přijímač je úzkopásmový obvod, nelinearita se měří měřením „intermodulačního zkreslení“. To zahrnuje použití dvou sinusových nebo kosinusových vln s podobnými frekvencemi a umístěných ve středním pásmu k řízení vstupního signálu a poté měření produktu jeho intermodulace. Obecně řečeno, SPICE je časově a finančně náročný simulační software, protože musí provést mnoho výpočtů smyček, aby získal požadované frekvenční rozlišení pro pochopení zkreslení.

Malý očekávaný signál v simulaci RF obvodu

Přijímač musí být velmi citlivý, aby detekoval malé vstupní signály. Obecně lze říci, že vstupní výkon přijímače může být již od 1 μV. Citlivost přijímače je omezena šumem generovaným jeho vstupním obvodem. Proto je šum důležitým faktorem při návrhu PCB přijímače. Kromě toho je nepostradatelná schopnost předpovídat hluk pomocí simulačních nástrojů. Obrázek 1 je typický superheterodynní přijímač. Přijímaný signál je nejprve filtrován a poté je vstupní signál zesílen nízkošumovým zesilovačem (LNA). Poté použijte první lokální oscilátor (LO) ke smíchání s tímto signálem, aby se tento signál převedl na mezifrekvenční (IF). Šumový výkon předního obvodu závisí hlavně na LNA, směšovači a LO. Přestože tradiční analýza šumu SPICE dokáže najít šum LNA, je pro směšovač a LO k ničemu, protože šum v těchto blocích bude vážně ovlivněn velkým signálem LO.
Malý vstupní signál vyžaduje, aby měl přijímač velkou funkci zesílení a obvykle vyžaduje zisk 120 dB. S takto vysokým ziskem může jakýkoli signál připojený z výstupního konce zpět ke vstupnímu konci způsobit problémy. Důležitým důvodem pro použití architektury superheterodynního přijímače je to, že může distribuovat zisk do několika frekvencí, aby se snížila šance na vazbu. Tím se také frekvence prvního LO liší od frekvence vstupního signálu, což může zabránit „kontaminaci“ velkých rušivých signálů na malé vstupní signály.
Z různých důvodů může v některých bezdrátových komunikačních systémech přímá konverze nebo homodynní architektura nahradit superheterodynní architekturu. V této architektuře je vstupní RF signál přímo převeden na základní frekvenci v jediném kroku. Proto je většina zesílení v základní frekvenci a frekvence LO a vstupního signálu je stejná. V tomto případě je třeba porozumět vlivu malého množství vazby a je třeba vytvořit podrobný model „cesty bludného signálu“, jako je: spojení přes substrát, kolíky na obalu a spojovací dráty (Bondwire) mezi spojka a spojka přes elektrické vedení.

Rušení sousedního kanálu v simulaci vysokofrekvenčního obvodu

U vysílače hraje důležitou roli také zkreslení. Nelinearita generovaná vysílačem ve výstupním obvodu může šířit šířku pásma přenášeného signálu do sousedních kanálů. Tento jev se nazývá „spektrální opätovný růst“. Než signál dosáhne výkonového zesilovače (PA) vysílače, je jeho šířka pásma omezena; ale „intermodulační zkreslení“ v PA způsobí opětovné zvýšení šířky pásma. Pokud se šířka pásma příliš zvětší, vysílač nebude schopen splnit požadavky na napájení sousedních kanálů. Při přenosu digitálně modulovaných signálů ve skutečnosti nelze SPICE použít k predikci dalšího růstu spektra. Protože pro získání reprezentativního spektra musí být simulován přenos asi 1 000 symbolů (symbol) a musí se kombinovat vysokofrekvenční nosné vlny, což znemožní analýzu přechodových jevů SPICE.