Hier worden de vier basiskenmerken van radiofrequentiecircuits geïnterpreteerd vanuit vier aspecten: radiofrequentie-interface, klein gewenst signaal, groot interferentiesignaal en interferentie van aangrenzende kanalen, en worden de belangrijke factoren gegeven die speciale aandacht behoeven in het PCB-ontwerpproces.

Radiofrequentie-interface van simulatie van radiofrequentiecircuits

De draadloze zender en ontvanger zijn conceptueel verdeeld in twee delen: basisfrequentie en radiofrequentie. De grondfrequentie omvat het frequentiebereik van het ingangssignaal van de zender en het frequentiebereik van het uitgangssignaal van de ontvanger. De bandbreedte van de fundamentele frequentie bepaalt de fundamentele snelheid waarmee gegevens in het systeem kunnen stromen. De basisfrequentie wordt gebruikt om de betrouwbaarheid van de datastroom te verbeteren en de belasting die door de zender op het transmissiemedium wordt uitgeoefend te verminderen bij een specifieke datatransmissiesnelheid. Daarom is er veel kennis van signaalverwerkingstechniek vereist bij het ontwerpen van een fundamenteel frequentiecircuit op een PCB. Het radiofrequentiecircuit van de zender kan het verwerkte basisbandsignaal omzetten en opwaarts converteren naar een aangewezen kanaal, en dit signaal in het transmissiemedium injecteren. Integendeel, het radiofrequentiecircuit van de ontvanger kan het signaal van het transmissiemedium verkrijgen en de frequentie omzetten en verlagen naar de basisfrequentie.
Zender heeft twee belangrijke PCB-ontwerpdoelen: de eerste is dat ze een specifiek vermogen moeten overbrengen terwijl ze zo min mogelijk stroom verbruiken. De tweede is dat ze de normale werking van zendontvangers in aangrenzende kanalen niet kunnen verstoren. Wat de ontvanger betreft, zijn er drie belangrijke PCB-ontwerpdoelen: ten eerste moeten ze kleine signalen nauwkeurig herstellen; ten tweede moeten ze storende signalen buiten het gewenste kanaal kunnen verwijderen; en als laatste moeten ze, net als de zender, stroom verbruiken. Zeer klein.

Groot interferentiesignaal van simulatie van radiofrequentiecircuits

De ontvanger moet zeer gevoelig zijn voor kleine signalen, ook als er grote stoorsignalen (obstakels) aanwezig zijn. Deze situatie doet zich voor wanneer u probeert een zwak transmissiesignaal of een transmissiesignaal over lange afstanden te ontvangen, terwijl een krachtige zender in de buurt uitzendt op een aangrenzend kanaal. Het interfererende signaal kan 60 tot 70 dB groter zijn dan het verwachte signaal, en kan in grote mate worden bedekt tijdens de ingangsfase van de ontvanger, of de ontvanger kan tijdens de ingangsfase overmatige ruis genereren om de ontvangst van normale signalen te blokkeren. . Als de ontvanger tijdens de ingangsfase door de interferentiebron in een niet-lineair gebied wordt gedreven, zullen de bovengenoemde twee problemen optreden. Om deze problemen te voorkomen, moet de voorkant van de ontvanger zeer lineair zijn.
Daarom is “lineariteit” ook een belangrijke overweging bij het PCB-ontwerp van de ontvanger. Omdat de ontvanger een smalbandcircuit is, wordt de niet-lineariteit gemeten door het meten van “intermodulatievervorming”. Hierbij worden twee sinusgolven of cosinusgolven met vergelijkbare frequenties gebruikt die zich in de middenband bevinden om het ingangssignaal aan te sturen, en vervolgens het product van de intermodulatie ervan te meten. Over het algemeen is SPICE een tijdrovende en kostenintensieve simulatiesoftware, omdat het veel lusberekeningen moet uitvoeren om de vereiste frequentieresolutie te verkrijgen om de vervorming te begrijpen.

Klein verwacht signaal in RF-circuitsimulatie

De ontvanger moet zeer gevoelig zijn om kleine ingangssignalen te detecteren. Over het algemeen kan het ingangsvermogen van de ontvanger zo klein zijn als 1 μV. De gevoeligheid van de ontvanger wordt beperkt door de ruis die door het ingangscircuit wordt gegenereerd. Daarom is ruis een belangrijke overweging bij het PCB-ontwerp van de ontvanger. Bovendien is de mogelijkheid om ruis te voorspellen met simulatietools onmisbaar. Figuur 1 is een typische superheterodyne-ontvanger. Het ontvangen signaal wordt eerst gefilterd en vervolgens wordt het ingangssignaal versterkt door een versterker met lage ruis (LNA). Gebruik vervolgens de eerste lokale oscillator (LO) om dit signaal te mengen en dit signaal om te zetten in een middenfrequentie (IF). De ruisprestaties van het front-end circuit zijn voornamelijk afhankelijk van de LNA, mixer en LO. Hoewel de traditionele SPICE-ruisanalyse de ruis van de LNA kan vinden, is deze nutteloos voor de mixer en LO, omdat de ruis in deze blokken ernstig wordt beïnvloed door het grote LO-signaal.
Een klein ingangssignaal vereist dat de ontvanger een grote versterkingsfunctie heeft, en vereist doorgaans een versterking van 120 dB. Met zo'n hoge versterking kan elk signaal dat van de uitgangszijde naar de ingangszijde wordt gekoppeld, problemen veroorzaken. De belangrijke reden voor het gebruik van de superheterodyne ontvangerarchitectuur is dat deze de versterking over verschillende frequenties kan verdelen om de kans op koppeling te verkleinen. Hierdoor verschilt de frequentie van de eerste LO ook van de frequentie van het ingangssignaal, waardoor kan worden voorkomen dat grote stoorsignalen worden “vervuild” tot kleine ingangssignalen.
Om verschillende redenen kan in sommige draadloze communicatiesystemen directe conversie of homodyne architectuur de superheterodyne architectuur vervangen. In deze architectuur wordt het RF-ingangssignaal in één stap rechtstreeks omgezet naar de grondfrequentie. Daarom ligt het grootste deel van de versterking in de fundamentele frequentie en zijn de frequentie van de LO en het ingangssignaal hetzelfde. In dit geval moet de invloed van een kleine hoeveelheid koppeling worden begrepen en moet een gedetailleerd model van het ‘strooisignaalpad’ worden opgesteld, zoals: koppeling door het substraat, pakketpinnen en verbindingsdraden (Bondwire) tussen de koppeling, en de koppeling via de voedingslijn.

Aangrenzende kanaalinterferentie bij simulatie van radiofrequentiecircuits

Ook bij de zender speelt vervorming een belangrijke rol. De niet-lineariteit die door de zender in het uitgangscircuit wordt gegenereerd, kan de bandbreedte van het verzonden signaal in aangrenzende kanalen verspreiden. Dit fenomeen wordt “spectrale hergroei” genoemd. Voordat het signaal de eindversterker (PA) van de zender bereikt, is de bandbreedte beperkt; maar de “intermodulatievervorming” in de PA zal ervoor zorgen dat de bandbreedte weer toeneemt. Als de bandbreedte te veel wordt vergroot, kan de zender niet voldoen aan de stroomvereisten van de aangrenzende kanalen. Bij het verzenden van digitaal gemoduleerde signalen kan SPICE feitelijk niet worden gebruikt om de verdere groei van het spectrum te voorspellen. Omdat de transmissie van ongeveer 1.000 symbolen (symbool) moet worden gesimuleerd om een ​​representatief spectrum te verkrijgen, en hoogfrequente draaggolven moeten worden gecombineerd, wat SPICE transiënte analyse onpraktisch zal maken.