Aquí, las cuatro características básicas de los circuitos de radiofrecuencia se interpretarán desde cuatro aspectos: interfaz de radiofrecuencia, señal deseada pequeña, señal de interferencia grande e interferencia del canal adyacente, y se darán los factores importantes que necesitan atención especial en el proceso de diseño de PCB.
Interfaz de radiofrecuencia de simulación de circuito de radiofrecuencia.
El transmisor y el receptor inalámbricos se dividen conceptualmente en dos partes: frecuencia base y radiofrecuencia. La frecuencia fundamental incluye el rango de frecuencia de la señal de entrada del transmisor y el rango de frecuencia de la señal de salida del receptor. El ancho de banda de la frecuencia fundamental determina la velocidad fundamental a la que los datos pueden fluir en el sistema. La frecuencia base se utiliza para mejorar la confiabilidad del flujo de datos y reducir la carga impuesta por el transmisor en el medio de transmisión bajo una velocidad de transmisión de datos específica. Por lo tanto, se requiere mucho conocimiento de ingeniería de procesamiento de señales al diseñar un circuito de frecuencia fundamental en una PCB. El circuito de radiofrecuencia del transmisor puede convertir y elevar la señal de banda base procesada a un canal designado e inyectar esta señal en el medio de transmisión. Por el contrario, el circuito de radiofrecuencia del receptor puede obtener la señal del medio de transmisión y convertir y reducir la frecuencia a la frecuencia base.
El transmisor tiene dos objetivos principales en el diseño de PCB: el primero es que deben transmitir una potencia específica y consumir la menor energía posible. La segunda es que no pueden interferir con el funcionamiento normal de los transceptores en canales adyacentes. En lo que respecta al receptor, existen tres objetivos principales en el diseño de PCB: primero, deben restaurar con precisión las señales pequeñas; en segundo lugar, deben poder eliminar las señales perturbadoras fuera del canal deseado; y por último, al igual que el transmisor, deben consumir energía muy pequeña.
Gran señal de interferencia de simulación de circuito de radiofrecuencia.
El receptor debe ser muy sensible a señales pequeñas, incluso cuando hay grandes señales de interferencia (obstrucciones). Esta situación ocurre cuando se intenta recibir una señal de transmisión débil o de larga distancia y un transmisor potente cercano está transmitiendo en un canal adyacente. La señal de interferencia puede ser de 60 a 70 dB mayor que la señal esperada y puede cubrirse en gran medida durante la fase de entrada del receptor, o el receptor puede generar ruido excesivo durante la fase de entrada para bloquear la recepción de señales normales. . Si la fuente de interferencia conduce el receptor a una región no lineal durante la etapa de entrada, se producirán los dos problemas anteriores. Para evitar estos problemas, la parte frontal del receptor debe ser muy lineal.
Por lo tanto, la "linealidad" también es una consideración importante en el diseño de PCB del receptor. Dado que el receptor es un circuito de banda estrecha, la no linealidad se mide midiendo la "distorsión de intermodulación". Esto implica utilizar dos ondas sinusoidales u ondas coseno con frecuencias similares y ubicadas en la banda central para impulsar la señal de entrada, y luego medir el producto de su intermodulación. En términos generales, SPICE es un software de simulación que consume mucho tiempo y dinero, porque tiene que realizar muchos cálculos de bucle para obtener la resolución de frecuencia requerida para comprender la distorsión.
Pequeña señal esperada en la simulación de circuitos de RF
El receptor debe ser muy sensible para detectar pequeñas señales de entrada. En términos generales, la potencia de entrada del receptor puede ser tan pequeña como 1 μV. La sensibilidad del receptor está limitada por el ruido generado por su circuito de entrada. Por lo tanto, el ruido es una consideración importante en el diseño de PCB del receptor. Además, la capacidad de predecir el ruido con herramientas de simulación es indispensable. La Figura 1 es un receptor superheterodino típico. La señal recibida se filtra primero y luego la señal de entrada se amplifica mediante un amplificador de bajo ruido (LNA). Luego use el primer oscilador local (LO) para mezclar con esta señal y convertirla en una frecuencia intermedia (IF). El rendimiento del ruido del circuito frontal depende principalmente del LNA, el mezclador y el LO. Aunque el análisis de ruido tradicional de SPICE puede encontrar el ruido del LNA, es inútil para el mezclador y el LO, porque el ruido en estos bloques se verá seriamente afectado por la gran señal del LO.
Una señal de entrada pequeña requiere que el receptor tenga una gran función de amplificación y normalmente requiere una ganancia de 120 dB. Con una ganancia tan alta, cualquier señal acoplada desde el extremo de salida al extremo de entrada puede causar problemas. La razón importante para utilizar la arquitectura del receptor superheterodino es que puede distribuir la ganancia en varias frecuencias para reducir la posibilidad de acoplamiento. Esto también hace que la frecuencia del primer LO difiera de la frecuencia de la señal de entrada, lo que puede evitar que las señales de interferencia grandes se “contaminen” con señales de entrada pequeñas.
Por diferentes razones, en algunos sistemas de comunicación inalámbrica, la conversión directa o la arquitectura homodina pueden reemplazar a la arquitectura superheterodina. En esta arquitectura, la señal de entrada de RF se convierte directamente a la frecuencia fundamental en un solo paso. Por lo tanto, la mayor parte de la ganancia está en la frecuencia fundamental y la frecuencia del LO y la señal de entrada son las mismas. En este caso, se debe comprender la influencia de una pequeña cantidad de acoplamiento y se debe establecer un modelo detallado de la "ruta de señal parásita", como por ejemplo: acoplamiento a través del sustrato, pines del paquete y cables de unión (Bondwire) entre los acoplamiento, y el acoplamiento a través de la línea eléctrica.
Interferencia de canales adyacentes en la simulación de circuitos de radiofrecuencia.
La distorsión también juega un papel importante en el transmisor. La no linealidad generada por el transmisor en el circuito de salida puede extender el ancho de banda de la señal transmitida en canales adyacentes. Este fenómeno se llama "recrecimiento espectral". Antes de que la señal llegue al amplificador de potencia (PA) del transmisor, su ancho de banda es limitado; pero la “distorsión de intermodulación” en el PA hará que el ancho de banda aumente nuevamente. Si el ancho de banda aumenta demasiado, el transmisor no podrá satisfacer los requisitos de potencia de sus canales adyacentes. De hecho, cuando se transmiten señales moduladas digitalmente, SPICE no se puede utilizar para predecir un mayor crecimiento del espectro. Porque se debe simular la transmisión de aproximadamente 1000 símbolos (símbolo) para obtener un espectro representativo y se deben combinar ondas portadoras de alta frecuencia, lo que hará que el análisis transitorio de SPICE no sea práctico.