여기서는 무선 주파수 회로의 4가지 기본 특성을 무선 주파수 인터페이스, 작은 원하는 신호, 큰 간섭 신호, 인접 채널 간섭이라는 네 가지 측면에서 해석하고 PCB 설계 과정에서 특별한 주의가 필요한 중요한 요소를 제시합니다.

무선 주파수 회로 시뮬레이션의 무선 주파수 인터페이스

무선 송신기와 수신기는 개념적으로 기본 주파수와 무선 주파수의 두 부분으로 구분됩니다. 기본 주파수에는 송신기의 입력 신호의 주파수 범위와 수신기의 출력 신호의 주파수 범위가 포함됩니다. 기본 주파수의 대역폭은 시스템에서 데이터가 흐를 수 있는 기본 속도를 결정합니다. 기본 주파수는 데이터 스트림의 신뢰성을 향상시키고 특정 데이터 전송 속도에서 전송 매체에 송신기가 부과하는 부하를 줄이는 데 사용됩니다. 따라서 PCB의 기본 주파수 회로를 설계할 때에는 많은 신호처리 공학적 지식이 요구된다. 송신기의 무선 주파수 회로는 처리된 기저대역 신호를 지정된 채널로 변환 및 상향 변환하고 이 신호를 전송 매체에 주입할 수 있습니다. 반대로, 수신기의 무선 주파수 회로는 전송 매체로부터 신호를 얻고 주파수를 기본 주파수로 변환하고 줄일 수 있습니다.
송신기에는 두 가지 주요 PCB 설계 목표가 있습니다. 첫 번째는 가능한 최소한의 전력을 소비하면서 특정 전력을 전송해야 한다는 것입니다. 두 번째는 인접한 채널에 있는 트랜시버의 정상적인 작동을 방해할 수 없다는 것입니다. 수신기에 관한 한 세 가지 주요 PCB 설계 목표가 있습니다. 첫째, 작은 신호를 정확하게 복원해야 합니다. 둘째, 원하는 채널 외부의 간섭 신호를 제거할 수 있어야 합니다. 마지막으로 송신기처럼 전력을 소비해야 합니다. 매우 작습니다.

무선 주파수 회로 시뮬레이션의 큰 간섭 신호

수신기는 큰 간섭 신호(장애물)가 있는 경우에도 작은 신호에 매우 민감해야 합니다. 이러한 상황은 약하거나 장거리 전송 신호를 수신하려고 할 때 근처에 있는 강력한 송신기가 인접한 채널에서 방송하고 있을 때 발생합니다. 간섭 신호는 예상 신호보다 60~70dB 정도 클 수 있으며, 수신기의 입력 단계에서 많이 커버될 수 있거나, 수신기가 입력 단계에서 과도한 잡음을 발생시켜 정상적인 신호의 수신을 차단할 수 있습니다. . 입력 단계에서 간섭원에 의해 수신기가 비선형 영역으로 구동되면 위의 두 가지 문제가 발생합니다. 이러한 문제를 방지하려면 수신기의 프런트 엔드가 매우 선형이어야 합니다.
따라서 "선형성"도 수신기의 PCB 설계에서 중요한 고려 사항입니다. 수신기는 협대역 회로이므로 "상호변조 왜곡"을 측정하여 비선형성을 측정합니다. 여기에는 유사한 주파수를 갖고 중앙 대역에 위치한 두 개의 사인파 또는 코사인파를 사용하여 입력 신호를 구동한 다음 상호 변조의 곱을 측정하는 작업이 포함됩니다. 일반적으로 SPICE는 왜곡을 이해하는 데 필요한 주파수 분해능을 얻기 위해 많은 루프 계산을 수행해야 하기 때문에 시간이 많이 걸리고 비용 집약적인 시뮬레이션 소프트웨어입니다.

RF 회로 시뮬레이션에서 예상되는 작은 신호

수신기는 작은 입력 신호를 감지하려면 매우 민감해야 합니다. 일반적으로 수신기의 입력 전력은 1μV만큼 작을 수 있습니다. 수신기의 감도는 입력 회로에서 생성되는 잡음에 의해 제한됩니다. 따라서 수신기의 PCB 설계에서는 잡음이 중요한 고려 사항이다. 또한 시뮬레이션 도구를 사용하여 소음을 예측하는 능력도 필수적입니다. 그림 1은 일반적인 슈퍼헤테로다인 수신기입니다. 수신된 신호는 먼저 필터링된 후 입력 신호가 LNA(저잡음 증폭기)에 의해 증폭됩니다. 그런 다음 첫 번째 국부 발진기(LO)를 사용하여 이 신호와 혼합하여 이 신호를 중간 주파수(IF)로 변환합니다. 프런트 엔드 회로의 노이즈 성능은 주로 LNA, 믹서 및 LO에 따라 달라집니다. 기존 SPICE 잡음 분석으로 LNA의 잡음을 찾을 수 있지만 믹서와 LO에는 쓸모가 없습니다. 왜냐하면 이들 블록의 잡음은 큰 LO 신호에 의해 심각한 영향을 받기 때문입니다.
작은 입력 신호에는 수신기에 큰 증폭 기능이 필요하며 일반적으로 120dB의 이득이 필요합니다. 이렇게 높은 이득을 사용하면 출력 끝에서 다시 입력 끝으로 연결된 모든 신호가 문제를 일으킬 수 있습니다. 슈퍼헤테로다인 수신기 아키텍처를 사용하는 중요한 이유는 이득을 여러 주파수에 분배하여 결합 가능성을 줄일 수 있다는 것입니다. 이는 또한 첫 번째 LO의 주파수를 입력 신호의 주파수와 다르게 만들어 큰 간섭 신호가 작은 입력 신호에 "오염"되는 것을 방지할 수 있습니다.
여러 가지 이유로 일부 무선 통신 시스템에서는 직접 변환 또는 호모다인 아키텍처가 슈퍼헤테로다인 아키텍처를 대체할 수 있습니다. 이 아키텍처에서는 RF 입력 신호가 단일 단계로 기본 주파수로 직접 변환됩니다. 따라서 대부분의 이득은 기본 주파수에 있으며 LO와 입력 신호의 주파수는 동일합니다. 이 경우 소량의 커플링이 미치는 영향을 이해해야 하며, 기판, 패키지 핀 및 패키지 사이의 본딩 와이어(Bondwire)를 통한 커플링과 같은 "부유 신호 경로"의 상세한 모델을 설정해야 합니다. 커플 링 및 전력선을 통한 커플 링.

무선 주파수 회로 시뮬레이션의 인접 채널 간섭

왜곡도 송신기에서 중요한 역할을 합니다. 출력 회로에서 송신기에 의해 생성된 비선형성은 인접한 채널에서 전송된 신호의 대역폭을 확산시킬 수 있습니다. 이 현상을 "스펙트럼 재성장"이라고 합니다. 신호가 송신기의 전력 증폭기(PA)에 도달하기 전에 대역폭이 제한됩니다. 그러나 PA의 "상호 변조 왜곡"으로 인해 대역폭이 다시 증가합니다. 대역폭을 너무 많이 늘리면 송신기가 인접 채널의 전력 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 실제로 디지털 변조 신호를 전송할 때 SPICE를 사용하여 스펙트럼의 추가 성장을 예측할 수는 없습니다. 대표 스펙트럼을 얻기 위해서는 약 1,000개 정도의 심볼(symbol) 전송을 시뮬레이션해야 하고, 고주파 반송파를 결합해야 하기 때문에 SPICE 과도 분석이 비현실적입니다.