Εδώ, τα τέσσερα βασικά χαρακτηριστικά των κυκλωμάτων ραδιοσυχνοτήτων θα ερμηνευθούν από τέσσερις πτυχές: διεπαφή ραδιοσυχνοτήτων, μικρό επιθυμητό σήμα, σήμα μεγάλου παρεμβολών και παρεμβολή παρακείμενου καναλιού, και δίνονται οι σημαντικοί παράγοντες που χρειάζονται ιδιαίτερη προσοχή στη διαδικασία σχεδιασμού PCB.
Διεπαφή ραδιοσυχνοτήτων προσομοίωσης κυκλώματος ραδιοσυχνοτήτων
Ο ασύρματος πομπός και ο δέκτης χωρίζονται εννοιολογικά σε δύο μέρη: συχνότητα βάσης και ραδιοσυχνότητα. Η βασική συχνότητα περιλαμβάνει 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 θεμελιώδη ρυθμό με τον οποίο τα δεδομένα μπορούν να ρέουν στο σύστημα. Η βασική συχνότητα χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της αξιοπιστίας της ροής δεδομένων και τη μείωση του φορτίου που επιβάλλεται από τον πομπό στο μέσο μετάδοσης κάτω από έναν συγκεκριμένο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων. Επομένως, απαιτούνται πολλές γνώσεις μηχανικής επεξεργασίας σήματος κατά το σχεδιασμό ενός κυκλώματος θεμελιωδών συχνοτήτων σε ένα PCB. Το κύκλωμα ραδιοσυχνοτήτων του πομπού μπορεί να μετατρέψει και να μετατρέψει προς τα πάνω το επεξεργασμένο σήμα ζώνης βάσης σε ένα καθορισμένο κανάλι και να εγχύσει αυτό το σήμα στο μέσο μετάδοσης. Αντίθετα, το κύκλωμα ραδιοσυχνοτήτων του δέκτη μπορεί να λάβει το σήμα από το μέσο μετάδοσης, και να μετατρέψει και να μειώσει τη συχνότητα στη συχνότητα βάσης.
Ο πομπός έχει δύο κύριους στόχους σχεδιασμού PCB: Ο πρώτος είναι ότι πρέπει να μεταδίδει μια συγκεκριμένη ισχύ ενώ καταναλώνει τη λιγότερη δυνατή ισχύ. Το δεύτερο είναι ότι δεν μπορούν να παρεμποδίσουν την κανονική λειτουργία των πομποδεκτών σε παρακείμενα κανάλια. Όσον αφορά τον δέκτη, υπάρχουν τρεις κύριοι στόχοι σχεδιασμού PCB: πρώτον, πρέπει να επαναφέρουν με ακρίβεια μικρά σήματα. Δεύτερον, πρέπει να μπορούν να αφαιρούν παρεμβολικά σήματα έξω από το επιθυμητό κανάλι. και τελευταίο, όπως ο πομπός, πρέπει να καταναλώνουν ρεύμα Πολύ μικρή.
Μεγάλο σήμα παρεμβολής προσομοίωσης κυκλώματος ραδιοσυχνοτήτων
Ο δέκτης πρέπει να είναι πολύ ευαίσθητος σε μικρά σήματα, ακόμα και όταν υπάρχουν μεγάλα σήματα παρεμβολής (εμπόδια). Αυτή η κατάσταση συμβαίνει όταν προσπαθείτε να λάβετε ένα αδύναμο ή μεγάλης απόστασης σήμα μετάδοσης και ένας ισχυρός πομπός που βρίσκεται κοντά εκπέμπει σε ένα παρακείμενο κανάλι. Το σήμα παρεμβολής μπορεί να είναι 60 έως 70 dB μεγαλύτερο από το αναμενόμενο σήμα και μπορεί να καλυφθεί σε μεγάλη ποσότητα κατά τη φάση εισόδου του δέκτη ή ο δέκτης μπορεί να δημιουργήσει υπερβολικό θόρυβο κατά τη φάση εισόδου για να εμποδίσει τη λήψη κανονικών σημάτων . Εάν ο δέκτης οδηγηθεί σε μια μη γραμμική περιοχή από την πηγή παρεμβολής κατά τη διάρκεια του σταδίου εισόδου, θα προκύψουν τα δύο παραπάνω προβλήματα. 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 στο σχεδιασμό PCB του δέκτη. Δεδομένου ότι ο δέκτης είναι ένα κύκλωμα στενής ζώνης, η μη γραμμικότητα μετράται με τη μέτρηση της «παραμόρφωσης ενδοδιαμόρφωσης». Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση δύο ημιτονοειδών κυμάτων ή συνημιτονικών κυμάτων με παρόμοιες συχνότητες και βρίσκονται στην κεντρική ζώνη για την κίνηση του σήματος εισόδου και στη συνέχεια μέτρηση του γινομένου της ενδοδιαμόρφωσής του. Σε γενικές γραμμές, το SPICE είναι ένα χρονοβόρο και δαπανηρό λογισμικό προσομοίωσης, επειδή πρέπει να εκτελέσει πολλούς υπολογισμούς βρόχου για να πάρει την απαιτούμενη ανάλυση συχνότητας για να κατανοήσει την παραμόρφωση.
Μικρό αναμενόμενο σήμα στην προσομοίωση κυκλώματος RF
Ο δέκτης πρέπει να είναι πολύ ευαίσθητος για να ανιχνεύει μικρά σήματα εισόδου. Σε γενικές γραμμές, 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 στο σχεδιασμό PCB του δέκτη. Επιπλέον, η δυνατότητα πρόβλεψης θορύβου με εργαλεία προσομοίωσης είναι απαραίτητη. Το Σχήμα 1 είναι ένας τυπικός υπερετερόδυνος δέκτης. Το λαμβανόμενο σήμα φιλτράρεται πρώτα και στη συνέχεια το σήμα εισόδου ενισχύεται από έναν ενισχυτή χαμηλού θορύβου (LNA). Στη συνέχεια χρησιμοποιήστε τον πρώτο τοπικό ταλαντωτή (LO) για να αναμίξετε με αυτό το σήμα για να μετατρέψετε αυτό το σήμα σε μια ενδιάμεση συχνότητα (IF). Η απόδοση θορύβου του μπροστινού κυκλώματος εξαρτάται κυρίως από το LNA, το μίκτη και το LO. Παρόλο που η παραδοσιακή ανάλυση θορύβου SPICE μπορεί να βρει τον θόρυβο του LNA, είναι άχρηστη για τον μίκτη και το LO, επειδή ο θόρυβος σε αυτά τα μπλοκ θα επηρεαστεί σοβαρά από το μεγάλο σήμα LO.
Ένα μικρό σήμα εισόδου απαιτεί από τον δέκτη να έχει εξαιρετική λειτουργία ενίσχυσης και συνήθως απαιτεί κέρδος 120 dB. Με τόσο υψηλό κέρδος, οποιοδήποτε σήμα που συνδέεται από το άκρο εξόδου πίσω στο άκρο εισόδου μπορεί να προκαλέσει προβλήματα. Ο σημαντικός λόγος για τη χρήση της αρχιτεκτονικής υπερετερόδυνων δέκτη είναι ότι μπορεί να κατανείμει το κέρδος σε πολλές συχνότητες για να μειώσει την πιθανότητα σύζευξης. Αυτό κάνει επίσης τη συχνότητα του πρώτου LO να διαφέρει από τη συχνότητα του σήματος εισόδου, γεγονός που μπορεί να αποτρέψει τα μεγάλα σήματα παρεμβολής από το να «μολύνονται» σε μικρά σήματα εισόδου.
Για διαφορετικούς λόγους, σε ορισμένα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας, η αρχιτεκτονική άμεσης μετατροπής ή ομοδύνης μπορεί να αντικαταστήσει την αρχιτεκτονική υπερετερόδυνης. Σε αυτήν την αρχιτεκτονική, το σήμα εισόδου RF μετατρέπεται απευθείας στη θεμελιώδη συχνότητα σε ένα μόνο βήμα. Επομένως, το μεγαλύτερο μέρος του κέρδους βρίσκεται στη θεμελιώδη συχνότητα και η συχνότητα του LO και του σήματος εισόδου είναι η ίδια. Σε αυτήν 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, ακίδων συσκευασίας και καλωδίων συγκόλλησης (Bondwire) μεταξύ των σύζευξη και η σύζευξη μέσω του ηλεκτρικού αγωγού.
Παρεμβολή παρακείμενου καναλιού στην προσομοίωση κυκλώματος ραδιοσυχνοτήτων
Η παραμόρφωση παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στον πομπό. Η μη γραμμικότητα που δημιουργείται από τον πομπό στο κύκλωμα εξόδου μπορεί να εξαπλώσει το εύρος ζώνης του εκπεμπόμενου σήματος σε παρακείμενα κανάλια. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται «φασματική αναγέννηση». Πριν το σήμα φτάσει στον ενισχυτή ισχύος του πομπού (PA), το εύρος ζώνης του είναι περιορισμένο. αλλά η «παραμόρφωση ενδοδιαμόρφωσης» στο PA θα προκαλέσει ξανά αύξηση του εύρους ζώνης. Εάν το εύρος ζώνης αυξηθεί πάρα πολύ, ο πομπός δεν θα μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις ισχύος των παρακείμενων καναλιών του. Κατά τη μετάδοση ψηφιακά διαμορφωμένων σημάτων, στην πραγματικότητα, το SPICE δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της περαιτέρω ανάπτυξης του φάσματος. Επειδή η μετάδοση περίπου 1.000 συμβόλων (σύμβολο) πρέπει να προσομοιωθεί για να ληφθεί ένα αντιπροσωπευτικό φάσμα και πρέπει να συνδυαστούν φέροντα κύματα υψηλής συχνότητας, γεγονός που θα κάνει την ανάλυση παροδικής SPICE μη πρακτική.