Šeit četri radiofrekvenču ķēžu pamatīpašības tiks interpretētas no četriem aspektiem: radiofrekvences interfeiss, mazs vēlamais signāls, liels traucējumu signāls un blakus kanāla traucējumi, kā arī norādīti svarīgi faktori, kuriem PCB projektēšanas procesā jāpievērš īpaša uzmanība.
Radiofrekvenču ķēžu simulācijas radiofrekvenču interfeiss
Bezvadu raidītājs un uztvērējs ir konceptuāli sadalīti divās daļās: bāzes frekvence un radio frekvence. Pamatfrekvence ietver raidītāja ieejas signāla frekvenču diapazonu un uztvērēja izejas signāla frekvenču diapazonu. Pamatfrekvences joslas platums nosaka pamata ātrumu, ar kādu dati var plūst sistēmā. Bāzes frekvence tiek izmantota, lai uzlabotu datu straumes uzticamību un samazinātu raidītāja uzlikto slodzi pārraides medijam ar noteiktu datu pārraides ātrumu. Tāpēc, projektējot pamata frekvences ķēdi uz PCB, ir nepieciešamas daudz signālu apstrādes inženierzinātņu. Raidītāja radiofrekvences ķēde var pārveidot un pārveidot apstrādāto bāzes joslas signālu noteiktā kanālā un ievadīt šo signālu pārraides vidē. Gluži pretēji, uztvērēja radiofrekvences ķēde var iegūt signālu no pārraides vides un pārveidot un samazināt frekvenci uz bāzes frekvenci.
Raidītājam ir divi galvenie PCB projektēšanas mērķi: pirmais ir tas, ka tiem ir jāpārraida noteikta jauda, vienlaikus patērējot pēc iespējas mazāku jaudu. Otrais ir tas, ka tie nevar traucēt normālu raiduztvērēju darbību blakus kanālos. Ciktāl tas attiecas uz uztvērēju, ir trīs galvenie PCB projektēšanas mērķi: pirmkārt, tiem ir precīzi jāatjauno nelieli signāli; otrkārt, tiem jāspēj noņemt traucējošos signālus ārpus vēlamā kanāla; un visbeidzot, tāpat kā raidītājam, tiem ir jāpatērē jauda Ļoti maza.
Liels radiofrekvences ķēdes simulācijas traucējumu signāls
Uztvērējam jābūt ļoti jutīgam pret maziem signāliem, pat ja ir lieli traucējumu signāli (šķēršļi). Šī situācija rodas, mēģinot uztvert vāju vai tālsatiksmes pārraides signālu, un blakus esošajā kanālā raida jaudīgu raidītāju. Traucējošais signāls var būt par 60 līdz 70 dB lielāks nekā paredzamais signāls, un uztvērēja ievades fāzē to var pārklāt lielā daudzumā, vai arī uztvērējs ievades fāzes laikā var radīt pārmērīgu troksni, lai bloķētu parasto signālu uztveršanu. . Ja uztvērēju ievades posmā traucējumu avots novirza nelineārā reģionā, radīsies divas iepriekš minētās problēmas. Lai izvairītos no šīm problēmām, uztvērēja priekšējam galam jābūt ļoti lineāram.
Tāpēc "linearitāte" ir arī svarīgs apsvērums uztvērēja PCB dizainā. Tā kā uztvērējs ir šaurjoslas ķēde, nelinearitāti mēra, mērot “starpmodulācijas kropļojumu”. Tas ietver divu sinusa viļņu vai kosinusa viļņu izmantošanu ar līdzīgām frekvencēm un atrodas centrālajā joslā, lai vadītu ieejas signālu, un pēc tam mēra tā intermodulācijas reizinājumu. Vispārīgi runājot, SPICE ir laikietilpīga un dārga simulācijas programmatūra, jo tai ir jāveic daudzi cilpas aprēķini, lai iegūtu nepieciešamo frekvences izšķirtspēju, lai izprastu kropļojumus.
Neliels sagaidāmais signāls RF ķēdes simulācijā
Uztvērējam jābūt ļoti jutīgam, lai noteiktu mazus ievades signālus. Vispārīgi runājot, uztvērēja ieejas jauda var būt pat 1 μV. Uztvērēja jutību ierobežo tā ievades ķēdes radītais troksnis. Tāpēc troksnis ir svarīgs apsvērums uztvērēja PCB dizainā. Turklāt ir nepieciešama spēja paredzēt troksni ar simulācijas rīkiem. 1. attēlā ir tipisks superheterodīna uztvērējs. Saņemtais signāls vispirms tiek filtrēts, un pēc tam ieejas signāls tiek pastiprināts ar zema trokšņa pastiprinātāju (LNA). Pēc tam izmantojiet pirmo vietējo oscilatoru (LO), lai sajauktu ar šo signālu, lai pārveidotu šo signālu starpfrekvenci (IF). Priekšējās ķēdes trokšņu veiktspēja galvenokārt ir atkarīga no LNA, miksera un LO. Lai gan tradicionālā SPICE trokšņu analīze var atrast LNA troksni, tā ir bezjēdzīga mikserim un LO, jo troksni šajos blokos nopietni ietekmēs lielais LO signāls.
Nelielam ieejas signālam uztvērējam ir jābūt lieliskai pastiprināšanas funkcijai, un parasti tam ir nepieciešams 120 dB pastiprinājums. Ar tik lielu pastiprinājumu jebkurš signāls, kas savienots no izejas gala uz ieejas galu, var radīt problēmas. Svarīgs iemesls superheterodīna uztvērēja arhitektūras izmantošanai ir tas, ka tas var sadalīt pastiprinājumu vairākās frekvencēs, lai samazinātu savienojuma iespēju. Tas arī padara pirmā LO frekvenci atšķirīgu no ieejas signāla frekvences, kas var novērst lielu traucējumu signālu “piesārņošanu” ar maziem ievades signāliem.
Dažādu iemeslu dēļ dažās bezvadu sakaru sistēmās tiešā pārveidošana vai homodīna arhitektūra var aizstāt superheterodīna arhitektūru. Šajā arhitektūrā RF ievades signāls tiek tieši pārveidots par pamatfrekvenci vienā solī. Tāpēc lielākā daļa pastiprinājuma ir pamata frekvencē, un LO un ieejas signāla frekvence ir vienāda. Šajā gadījumā ir jāsaprot neliela savienojuma daudzuma ietekme un jāizveido detalizēts “klīstošā signāla ceļa” modelis, piemēram: savienojums caur substrātu, iepakojuma tapas un savienojošie vadi (Bondwire) starp savienojums un savienojums caur elektropārvades līniju.
Blakuskanālu traucējumi radiofrekvences ķēdes simulācijā
Izkropļojumiem ir arī svarīga loma raidītājā. Nelinearitāte, ko rada raidītājs izejas ķēdē, var izplatīt pārraidītā signāla joslas platumu blakus kanālos. Šo parādību sauc par "spektrālo atjaunošanos". Pirms signāls sasniedz raidītāja jaudas pastiprinātāju (PA), tā joslas platums ir ierobežots; bet “starpmodulācijas kropļojums” PA izraisīs joslas platuma palielināšanos. Ja joslas platums tiek palielināts pārāk daudz, raidītājs nespēs izpildīt blakus esošo kanālu jaudas prasības. Pārraidot digitāli modulētus signālus, faktiski SPICE nevar izmantot, lai prognozētu turpmāku spektra pieaugumu. Tā kā aptuveni 1000 simbolu (simbolu) pārraide ir jāmodelē, lai iegūtu reprezentatīvu spektru, un ir jāapvieno augstfrekvences nesējviļņi, kas padarīs SPICE pārejošu analīzi nepraktisku.