Tu budú štyri základné charakteristiky vysokofrekvenčných obvodov interpretované zo štyroch hľadísk: rádiofrekvenčné rozhranie, malý požadovaný signál, veľký interferenčný signál a rušenie susedných kanálov a sú uvedené dôležité faktory, ktoré si vyžadujú osobitnú pozornosť v procese návrhu PCB.

Rádiofrekvenčné rozhranie simulácie rádiofrekvenčného obvodu

Bezdrôtový vysielač a prijímač sú koncepčne rozdelené na dve časti: základnú frekvenciu a rádiovú frekvenciu. Základná frekvencia zahŕňa frekvenčný rozsah vstupného signálu vysielača a frekvenčný rozsah výstupného signálu prijímača. Šírka pásma základnej frekvencie určuje základnú rýchlosť, ktorou môžu dáta prúdiť v systéme. Základná frekvencia sa používa na zlepšenie spoľahlivosti dátového toku a zníženie zaťaženia vysielača na prenosové médium pri určitej rýchlosti prenosu dát. Preto je pri navrhovaní obvodu základnej frekvencie na doske plošných spojov potrebných veľa inžinierskych znalostí spracovania signálu. Rádiofrekvenčný obvod vysielača môže konvertovať a up-konvertovať spracovaný signál základného pásma na určený kanál a vložiť tento signál do prenosového média. Naopak, rádiofrekvenčný obvod prijímača dokáže získať signál z prenosového média a previesť a znížiť frekvenciu na základnú frekvenciu.
Vysielač má dva hlavné ciele návrhu PCB: Prvým je, že musia prenášať špecifický výkon a zároveň spotrebúvať čo najmenej energie. Druhým je, že nemôžu interferovať s bežnou prevádzkou transceiverov v susedných kanáloch. Pokiaľ ide o prijímač, existujú tri hlavné ciele návrhu PCB: po prvé, musia presne obnoviť malé signály; po druhé, musia byť schopné odstrániť rušivé signály mimo požadovaného kanála; a nakoniec, rovnako ako vysielač, musia spotrebovať energiu veľmi malé.

Veľký interferenčný signál simulácie rádiofrekvenčného obvodu

Prijímač musí byť veľmi citlivý na malé signály, aj keď existujú veľké rušivé signály (prekážky). Táto situácia nastáva pri pokuse o príjem slabého alebo diaľkového prenosového signálu a v susednom kanáli vysiela výkonný vysielač v blízkosti. Rušivý signál môže byť o 60 až 70 dB väčší ako očakávaný signál a môže byť vo veľkej miere pokrytý počas vstupnej fázy prijímača, alebo môže prijímač počas vstupnej fázy generovať nadmerný šum, ktorý blokuje príjem normálnych signálov. . Ak sa prijímač dostane do nelineárnej oblasti zdrojom rušenia počas vstupnej fázy, vyskytnú sa dva vyššie uvedené problémy. Aby sa predišlo týmto problémom, predný koniec prijímača musí byť veľmi lineárny.
Preto je „linearita“ tiež dôležitým faktorom pri návrhu PCB prijímača. Keďže prijímač je úzkopásmový obvod, nelinearita sa meria meraním „intermodulačného skreslenia“. To zahŕňa použitie dvoch sínusových vĺn alebo kosínusových vĺn s podobnými frekvenciami a umiestnených v strednom pásme na riadenie vstupného signálu a potom meranie produktu jeho intermodulácie. Všeobecne povedané, SPICE je časovo a nákladovo náročný simulačný softvér, pretože musí vykonať veľa výpočtov slučky, aby získal požadované frekvenčné rozlíšenie na pochopenie skreslenia.

Malý očakávaný signál v simulácii RF obvodu

Prijímač musí byť veľmi citlivý na detekciu malých vstupných signálov. Všeobecne povedané, vstupný výkon prijímača môže byť len 1 μV. Citlivosť prijímača je obmedzená šumom generovaným jeho vstupným obvodom. Preto je hluk dôležitým faktorom pri návrhu PCB prijímača. Okrem toho je nevyhnutná schopnosť predpovedať hluk pomocou simulačných nástrojov. Obrázok 1 je typický superheterodynový prijímač. Prijatý signál je najprv filtrovaný a potom je vstupný signál zosilnený nízkošumovým zosilňovačom (LNA). Potom použite prvý lokálny oscilátor (LO) na zmiešanie s týmto signálom, aby ste tento signál premenili na strednú frekvenciu (IF). Hlukový výkon predného obvodu závisí hlavne od LNA, mixéra a LO. Hoci tradičná SPICE analýza šumu dokáže nájsť šum LNA, je zbytočná pre mixér a LO, pretože hluk v týchto blokoch bude vážne ovplyvnený veľkým signálom LO.
Malý vstupný signál vyžaduje, aby prijímač mal funkciu veľkého zosilnenia a zvyčajne vyžaduje zisk 120 dB. Pri takomto vysokom zosilnení môže akýkoľvek signál prepojený z výstupného konca späť na vstupný koniec spôsobiť problémy. Dôležitým dôvodom pre použitie architektúry superheterodynného prijímača je to, že dokáže rozdeliť zisk do niekoľkých frekvencií, aby sa znížila šanca na spojenie. Tým sa tiež frekvencia prvého LO líši od frekvencie vstupného signálu, čo môže zabrániť „kontaminácii“ veľkých interferenčných signálov na malé vstupné signály.
Z rôznych dôvodov môže v niektorých bezdrôtových komunikačných systémoch nahradiť superheterodynnú architektúru priama konverzia alebo homodynová architektúra. V tejto architektúre je vstupný RF signál priamo konvertovaný na základnú frekvenciu v jednom kroku. Preto je väčšina zosilnenia v základnej frekvencii a frekvencia LO a vstupného signálu je rovnaká. V tomto prípade je potrebné pochopiť vplyv malého množstva spojenia a vytvoriť podrobný model „cesty bludného signálu“, ako napríklad: spojenie cez substrát, kolíky a spojovacie drôty (Bondwire) medzi spojka a spojka cez elektrické vedenie.

Rušenie susedného kanála v simulácii vysokofrekvenčného obvodu

Dôležitú úlohu vo vysielači zohráva aj skreslenie. Nelinearita generovaná vysielačom vo výstupnom obvode môže šíriť šírku pásma prenášaného signálu v susedných kanáloch. Tento jav sa nazýva „opätovný rast spektra“. Predtým, ako signál dosiahne výkonový zosilňovač vysielača (PA), je jeho šírka pásma obmedzená; ale „intermodulačné skreslenie“ v PA spôsobí opätovné zvýšenie šírky pásma. Ak sa šírka pásma príliš zväčší, vysielač nebude schopný splniť požiadavky na napájanie susedných kanálov. Pri prenose digitálne modulovaných signálov v skutočnosti SPICE nemožno použiť na predpovedanie ďalšieho rastu spektra. Pretože prenos približne 1 000 symbolov (symbol) musí byť simulovaný, aby sa získalo reprezentatívne spektrum, a musia sa kombinovať vysokofrekvenčné nosné vlny, čo spôsobí, že analýza prechodov SPICE nebude praktická.