Aqui, as quatro características básicas dos circuitos de radiofrequência serão interpretadas a partir de quatro aspectos: interface de radiofrequência, pequeno sinal desejado, grande sinal de interferência e interferência de canal adjacente, e são fornecidos os fatores importantes que precisam de atenção especial no processo de design de PCB.

Interface de radiofrequência de simulação de circuito de radiofrequência

O transmissor e receptor sem fio são conceitualmente divididos em duas partes: frequência base e radiofrequência. A frequência fundamental inclui a faixa de frequência do sinal de entrada do transmissor e a faixa de frequência do sinal de saída do receptor. A largura de banda da frequência fundamental determina a taxa fundamental na qual os dados podem fluir no sistema. A frequência base é usada para melhorar a confiabilidade do fluxo de dados e reduzir a carga imposta pelo transmissor ao meio de transmissão sob uma taxa de transmissão de dados específica. Portanto, é necessário muito conhecimento de engenharia de processamento de sinal ao projetar um circuito de frequência fundamental em uma PCB. O circuito de radiofrequência do transmissor pode converter e converter o sinal de banda base processado para um canal designado e injetar esse sinal no meio de transmissão. Pelo contrário, o circuito de radiofrequência do receptor pode obter o sinal do meio de transmissão e converter e reduzir a frequência para a frequência base.
O transmissor tem dois objetivos principais de design de PCB: O primeiro é que eles devem transmitir uma potência específica enquanto consomem o mínimo de energia possível. A segunda é que eles não podem interferir na operação normal dos transceptores em canais adjacentes. No que diz respeito ao receptor, existem três objetivos principais de design de PCB: primeiro, eles devem restaurar pequenos sinais com precisão; segundo, devem ser capazes de remover sinais interferentes fora do canal desejado; e por último, como o transmissor, devem consumir energia muito pequena.

Grande sinal de interferência de simulação de circuito de radiofrequência

O receptor deve ser muito sensível a pequenos sinais, mesmo quando houver grandes sinais de interferência (obstruções). Esta situação ocorre ao tentar receber um sinal de transmissão fraco ou de longa distância e um transmissor poderoso próximo está transmitindo em um canal adjacente. O sinal interferente pode ser 60 a 70 dB maior que o sinal esperado e pode ser coberto em grande quantidade durante a fase de entrada do receptor, ou o receptor pode gerar ruído excessivo durante a fase de entrada para bloquear a recepção de sinais normais . Se o receptor for conduzido para uma região não linear pela fonte de interferência durante o estágio de entrada, os dois problemas acima ocorrerão. Para evitar estes problemas, a parte frontal do receptor deve ser muito linear.
Portanto, a “linearidade” também é uma consideração importante no projeto da PCB do receptor. Como o receptor é um circuito de banda estreita, a não linearidade é medida medindo a “distorção de intermodulação”. Isso envolve o uso de duas ondas senoidais ou ondas cosseno com frequências semelhantes e localizadas na banda central para acionar o sinal de entrada e, em seguida, medir o produto de sua intermodulação. De modo geral, o SPICE é um software de simulação demorado e caro, porque precisa realizar muitos cálculos de loop para obter a resolução de frequência necessária para entender a distorção.

Pequeno sinal esperado na simulação de circuito de RF

O receptor deve ser muito sensível para detectar pequenos sinais de entrada. De modo geral, a potência de entrada do receptor pode ser tão pequena quanto 1 μV. A sensibilidade do receptor é limitada pelo ruído gerado pelo seu circuito de entrada. Portanto, o ruído é uma consideração importante no projeto da PCB do receptor. Além disso, a capacidade de prever ruído com ferramentas de simulação é indispensável. A Figura 1 é um receptor super-heteródino típico. O sinal recebido é filtrado primeiro e depois o sinal de entrada é amplificado por um amplificador de baixo ruído (LNA). Em seguida, use o primeiro oscilador local (LO) para misturar com este sinal para convertê-lo em uma frequência intermediária (IF). O desempenho de ruído do circuito front-end depende principalmente do LNA, mixer e LO. Embora a análise de ruído tradicional do SPICE possa encontrar o ruído do LNA, ela é inútil para o mixer e o LO, porque o ruído nesses blocos será seriamente afetado pelo grande sinal do LO.
Um pequeno sinal de entrada requer que o receptor tenha uma grande função de amplificação e geralmente requer um ganho de 120 dB. Com um ganho tão alto, qualquer sinal acoplado da extremidade de saída à extremidade de entrada pode causar problemas. A razão importante para usar a arquitetura do receptor super-heteródino é que ela pode distribuir o ganho em diversas frequências para reduzir a chance de acoplamento. Isso também faz com que a frequência do primeiro LO seja diferente da frequência do sinal de entrada, o que pode evitar que grandes sinais de interferência sejam “contaminados” em pequenos sinais de entrada.
Por diferentes razões, em alguns sistemas de comunicação sem fio, a conversão direta ou arquitetura homódina pode substituir a arquitetura super-heteródina. Nesta arquitetura, o sinal de entrada de RF é convertido diretamente para a frequência fundamental em uma única etapa. Portanto, a maior parte do ganho está na frequência fundamental, e a frequência do LO e do sinal de entrada é a mesma. Neste caso, a influência de uma pequena quantidade de acoplamento deve ser entendida, e um modelo detalhado do “caminho do sinal perdido” deve ser estabelecido, tal como: acoplamento através do substrato, pinos do pacote e fios de ligação (Bondwire) entre o acoplamento e o acoplamento através da linha de energia.

Interferência de canal adjacente na simulação de circuito de radiofrequência

A distorção também desempenha um papel importante no transmissor. A não linearidade gerada pelo transmissor no circuito de saída pode espalhar a largura de banda do sinal transmitido em canais adjacentes. Este fenômeno é chamado de “recrescimento espectral”. Antes que o sinal chegue ao amplificador de potência (PA) do transmissor, sua largura de banda é limitada; mas a “distorção de intermodulação” no PA fará com que a largura de banda aumente novamente. Se a largura de banda for aumentada demais, o transmissor não será capaz de atender aos requisitos de potência dos canais adjacentes. Na verdade, ao transmitir sinais modulados digitalmente, o SPICE não pode ser usado para prever o crescimento adicional do espectro. Porque a transmissão de cerca de 1.000 símbolos (símbolo) deve ser simulada para obter um espectro representativo, e ondas portadoras de alta frequência devem ser combinadas, o que tornará a análise transitória do SPICE impraticável.