ที่นี่ คุณลักษณะพื้นฐานสี่ประการของวงจรความถี่วิทยุจะถูกตีความจากสี่ด้าน: อินเทอร์เฟซความถี่วิทยุ สัญญาณที่ต้องการขนาดเล็ก สัญญาณรบกวนขนาดใหญ่ และการรบกวนช่องสัญญาณที่อยู่ติดกัน และปัจจัยสำคัญที่ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษในกระบวนการออกแบบ PCB

อินเทอร์เฟซความถี่วิทยุของการจำลองวงจรความถี่วิทยุ

เครื่องส่งและรับสัญญาณไร้สายแบ่งออกเป็นสองส่วนตามแนวคิด: ความถี่พื้นฐานและความถี่วิทยุ ความถี่พื้นฐานประกอบด้วยช่วงความถี่ของสัญญาณอินพุตของเครื่องส่งและช่วงความถี่ของสัญญาณเอาท์พุตของเครื่องรับ แบนด์วิธของความถี่พื้นฐานจะกำหนดอัตราพื้นฐานที่ข้อมูลสามารถไหลในระบบได้ ความถี่พื้นฐานใช้เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของสตรีมข้อมูล และลดภาระที่กำหนดโดยเครื่องส่งสัญญาณบนสื่อการส่งผ่านภายใต้อัตราการส่งข้อมูลเฉพาะ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีความรู้ด้านวิศวกรรมการประมวลผลสัญญาณจำนวนมากเมื่อออกแบบวงจรความถี่พื้นฐานบน PCB วงจรความถี่วิทยุของเครื่องส่งสามารถแปลงและแปลงสัญญาณเบสแบนด์ที่ประมวลผลแล้วให้เป็นช่องสัญญาณที่กำหนด และแทรกสัญญาณนี้ลงในสื่อการส่งสัญญาณ ในทางตรงกันข้าม วงจรความถี่วิทยุของเครื่องรับสามารถรับสัญญาณจากตัวกลางส่งสัญญาณ และแปลงและลดความถี่ให้เป็นความถี่พื้นฐานได้
เครื่องส่งสัญญาณมีเป้าหมายการออกแบบ PCB หลักสองประการ ประการแรกคือต้องส่งพลังงานเฉพาะในขณะที่ใช้พลังงานน้อยที่สุด ประการที่สองคือไม่สามารถรบกวนการทำงานปกติของตัวรับส่งสัญญาณในช่องสัญญาณที่อยู่ติดกัน มีเป้าหมายการออกแบบ PCB หลักอยู่สามประการ ประการแรก เป้าหมายเหล่านั้นต้องคืนค่าสัญญาณขนาดเล็กอย่างแม่นยำ ประการที่สองต้องสามารถกำจัดสัญญาณรบกวนที่อยู่นอกช่องที่ต้องการได้ และสุดท้ายเช่นเดียวกับเครื่องส่งจะต้องใช้พลังงานน้อยมาก

สัญญาณรบกวนขนาดใหญ่ของการจำลองวงจรความถี่วิทยุ

เครื่องรับจะต้องมีความไวต่อสัญญาณขนาดเล็กมาก แม้ว่าจะมีสัญญาณรบกวนขนาดใหญ่ (สิ่งกีดขวาง) ก็ตาม สถานการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อพยายามรับสัญญาณการส่งสัญญาณที่อ่อนหรือระยะไกล และเครื่องส่งสัญญาณที่ทรงพลังในบริเวณใกล้เคียงกำลังออกอากาศในช่องสัญญาณที่อยู่ติดกัน สัญญาณรบกวนอาจมีขนาดใหญ่กว่าสัญญาณที่คาดไว้ 60 ถึง 70 dB และสามารถครอบคลุมได้เป็นจำนวนมากในระหว่างเฟสอินพุตของเครื่องรับ หรือเครื่องรับสามารถสร้างสัญญาณรบกวนมากเกินไปในระหว่างเฟสอินพุตเพื่อปิดกั้นการรับสัญญาณปกติ . หากเครื่องรับถูกขับเคลื่อนไปยังพื้นที่ที่ไม่ใช่เชิงเส้นโดยแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนในระหว่างขั้นตอนการป้อนข้อมูล ปัญหาสองประการข้างต้นจะเกิดขึ้น เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ ส่วนหน้าของเครื่องรับจะต้องเป็นเส้นตรงมาก
ดังนั้น "ความเป็นเชิงเส้น" จึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบ PCB ของเครื่องรับ เนื่องจากเครื่องรับเป็นวงจรย่านความถี่แคบ ความไม่เชิงเส้นจึงถูกวัดโดยการวัด "ความบิดเบี้ยวระหว่างมอดูเลชั่น" สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการใช้คลื่นไซน์หรือคลื่นโคไซน์สองคลื่นที่มีความถี่ใกล้เคียงกันและอยู่ในแถบกึ่งกลางเพื่อขับเคลื่อนสัญญาณอินพุต จากนั้นจึงวัดผลคูณของอินเตอร์โมดูเลชัน โดยทั่วไป SPICE เป็นซอฟต์แวร์จำลองสถานการณ์ที่ใช้เวลานานและมีค่าใช้จ่ายสูง เนื่องจากต้องทำการคำนวณแบบวนซ้ำหลายครั้งเพื่อให้ได้ความละเอียดความถี่ที่ต้องการเพื่อทำความเข้าใจการบิดเบือน

สัญญาณคาดหวังเล็กน้อยในการจำลองวงจร RF

เครื่องรับต้องมีความไวมากในการตรวจจับสัญญาณอินพุตขนาดเล็ก โดยทั่วไปแล้ว กำลังอินพุตของเครื่องรับอาจมีขนาดเล็กเพียง 1 μV ความไวของเครื่องรับถูกจำกัดโดยสัญญาณรบกวนที่เกิดจากวงจรอินพุต ดังนั้นเสียงรบกวนจึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบ PCB ของเครื่องรับ นอกจากนี้ ความสามารถในการทำนายสัญญาณรบกวนด้วยเครื่องมือจำลองยังเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ รูปที่ 1 เป็นตัวรับซูเปอร์เฮเทอโรไดน์ทั่วไป สัญญาณที่ได้รับจะถูกกรองก่อน จากนั้นสัญญาณอินพุตจะถูกขยายโดยเครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ (LNA) จากนั้นใช้ออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่น (LO) ตัวแรกผสมกับสัญญาณนี้เพื่อแปลงสัญญาณนี้เป็นความถี่กลาง (IF) ประสิทธิภาพเสียงรบกวนของวงจรส่วนหน้าขึ้นอยู่กับ LNA มิกเซอร์ และ LO เป็นหลัก แม้ว่าการวิเคราะห์สัญญาณรบกวน SPICE แบบดั้งเดิมจะสามารถค้นหาสัญญาณรบกวนของ LNA ได้ แต่ก็ไม่มีประโยชน์สำหรับมิกเซอร์และ LO เนื่องจากสัญญาณรบกวนในบล็อกเหล่านี้จะได้รับผลกระทบอย่างจริงจังจากสัญญาณ LO ขนาดใหญ่
สัญญาณอินพุตขนาดเล็กต้องการให้เครื่องรับมีฟังก์ชันการขยายสัญญาณที่ดีเยี่ยม และโดยปกติจะต้องได้รับเกนที่ 120 dB ด้วยอัตราขยายที่สูงเช่นนี้ สัญญาณใดๆ ที่ต่อจากปลายเอาต์พุตกลับไปยังปลายอินพุตอาจทำให้เกิดปัญหาได้ เหตุผลสำคัญในการใช้สถาปัตยกรรมตัวรับซุปเปอร์เฮเทอโรไดน์ก็คือ สามารถกระจายเกนได้หลายความถี่ เพื่อลดโอกาสในการเชื่อมต่อ นอกจากนี้ยังทำให้ความถี่ของ LO แรกแตกต่างจากความถี่ของสัญญาณอินพุต ซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้สัญญาณรบกวนขนาดใหญ่ "ปนเปื้อน" ไปจนถึงสัญญาณอินพุตขนาดเล็ก
ด้วยเหตุผลที่แตกต่างกัน ในระบบการสื่อสารไร้สายบางระบบ สถาปัตยกรรมการแปลงโดยตรงหรือโฮโมไดน์สามารถแทนที่สถาปัตยกรรมซูเปอร์เฮเทอโรไดน์ได้ ในสถาปัตยกรรมนี้ สัญญาณอินพุต RF จะถูกแปลงเป็นความถี่พื้นฐานโดยตรงในขั้นตอนเดียว ดังนั้นกำไรส่วนใหญ่จึงอยู่ในความถี่พื้นฐาน และความถี่ของ LO และสัญญาณอินพุตก็เหมือนกัน ในกรณีนี้ ต้องเข้าใจถึงอิทธิพลของการมีเพศสัมพันธ์จำนวนเล็กน้อย และจะต้องสร้างแบบจำลองโดยละเอียดของ "เส้นทางสัญญาณรบกวน" เช่น การมีเพศสัมพันธ์ผ่านซับสเตรต หมุดบรรจุภัณฑ์ และลวดเชื่อม (Bondwire) ระหว่าง การมีเพศสัมพันธ์และการมีเพศสัมพันธ์ผ่านสายไฟ

การรบกวนช่องสัญญาณที่อยู่ติดกันในการจำลองวงจรความถี่วิทยุ

การบิดเบือนยังมีบทบาทสำคัญในเครื่องส่งสัญญาณอีกด้วย ความไม่เป็นเชิงเส้นที่สร้างโดยเครื่องส่งสัญญาณในวงจรเอาท์พุตอาจกระจายแบนด์วิธของสัญญาณที่ส่งในช่องที่อยู่ติดกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "การงอกใหม่ของสเปกตรัม" ก่อนที่สัญญาณจะไปถึงเครื่องขยายกำลัง (PA) ของเครื่องส่งสัญญาณ แบนด์วิธจะถูกจำกัด แต่ “การบิดเบือนระหว่างโมดูเลชั่น” ใน PA จะทำให้แบนด์วิธเพิ่มขึ้นอีกครั้ง หากแบนด์วิธเพิ่มขึ้นมากเกินไป เครื่องส่งจะไม่สามารถตอบสนองความต้องการพลังงานของช่องสัญญาณที่อยู่ติดกัน เมื่อส่งสัญญาณมอดูเลตแบบดิจิทัล ที่จริงแล้ว SPICE ไม่สามารถใช้ทำนายการเติบโตของสเปกตรัมต่อไปได้ เนื่องจากต้องมีการจำลองการส่งสัญลักษณ์ (สัญลักษณ์) ประมาณ 1,000 ตัวเพื่อให้ได้สเปกตรัมที่เป็นตัวแทน และต้องรวมคลื่นพาหะความถี่สูงเข้าด้วยกัน ซึ่งจะทำให้การวิเคราะห์ชั่วคราวของ SPICE ไม่สามารถทำได้