Ở đây, bốn đặc điểm cơ bản của mạch tần số vô tuyến sẽ được giải thích từ bốn khía cạnh: giao diện tần số vô tuyến, tín hiệu mong muốn nhỏ, tín hiệu nhiễu lớn và nhiễu kênh lân cận và các yếu tố quan trọng cần đặc biệt chú ý trong quá trình thiết kế PCB.

Giao diện tần số vô tuyến của mô phỏng mạch tần số vô tuyến

Về mặt khái niệm, máy phát và máy thu không dây được chia thành hai phần: tần số cơ bản và tần số vô tuyến. Tần số cơ bản bao gồm dải tần của tín hiệu đầu vào của máy phát và dải tần của tín hiệu đầu ra của máy thu. Băng thông của tần số cơ bản xác định tốc độ cơ bản mà dữ liệu có thể truyền trong hệ thống. Tần số cơ sở được sử dụng để cải thiện độ tin cậy của luồng dữ liệu và giảm tải do máy phát áp đặt lên môi trường truyền theo tốc độ truyền dữ liệu cụ thể. Do đó, cần có rất nhiều kiến ​​thức kỹ thuật xử lý tín hiệu khi thiết kế mạch tần số cơ bản trên PCB. Mạch tần số vô tuyến của máy phát có thể chuyển đổi và chuyển đổi tăng tín hiệu băng tần cơ sở đã xử lý thành kênh được chỉ định và đưa tín hiệu này vào môi trường truyền dẫn. Ngược lại, mạch tần số vô tuyến của máy thu có thể thu được tín hiệu từ môi trường truyền dẫn, sau đó chuyển đổi và giảm tần số về tần số cơ bản.
Máy phát có hai mục tiêu thiết kế PCB chính: Thứ nhất là chúng phải truyền một công suất cụ thể trong khi tiêu thụ ít điện năng nhất có thể. Thứ hai là chúng không thể can thiệp vào hoạt động bình thường của các bộ thu phát ở các kênh lân cận. Đối với máy thu, có ba mục tiêu thiết kế PCB chính: thứ nhất, chúng phải khôi phục chính xác các tín hiệu nhỏ; thứ hai, họ phải có khả năng loại bỏ các tín hiệu gây nhiễu bên ngoài kênh mong muốn; và cuối cùng, giống như máy phát, chúng phải tiêu thụ điện năng Rất nhỏ.

Tín hiệu nhiễu lớn của mô phỏng mạch tần số vô tuyến

Máy thu phải rất nhạy với các tín hiệu nhỏ, ngay cả khi có tín hiệu nhiễu lớn (vật cản). Tình huống này xảy ra khi cố gắng nhận tín hiệu truyền yếu hoặc đường dài và một máy phát mạnh gần đó đang phát sóng ở kênh lân cận. Tín hiệu gây nhiễu có thể lớn hơn tín hiệu dự kiến ​​từ 60 đến 70 dB và có thể bị che đi một lượng lớn trong giai đoạn đầu vào của máy thu hoặc máy thu có thể tạo ra nhiễu quá mức trong giai đoạn đầu vào để chặn việc thu tín hiệu bình thường. . Nếu máy thu bị nguồn nhiễu đưa vào vùng phi tuyến tính trong giai đoạn đầu vào thì hai vấn đề trên sẽ xảy ra. Để tránh những vấn đề này, mặt trước của máy thu phải rất tuyến tính.
Do đó, “tuyến tính” cũng là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc trong thiết kế PCB của máy thu. Vì máy thu là một mạch băng tần hẹp nên độ phi tuyến được đo bằng cách đo “độ méo xuyên điều chế”. Điều này liên quan đến việc sử dụng hai sóng hình sin hoặc sóng cosine có tần số tương tự nhau và nằm ở dải trung tâm để điều khiển tín hiệu đầu vào, sau đó đo sản phẩm điều chế xuyên suốt của nó. Nói chung, SPICE là một phần mềm mô phỏng tốn nhiều thời gian và chi phí vì nó phải thực hiện nhiều phép tính vòng lặp để có được độ phân giải tần số cần thiết nhằm hiểu được độ méo.

Tín hiệu mong đợi nhỏ trong mô phỏng mạch RF

Máy thu phải rất nhạy để phát hiện các tín hiệu đầu vào nhỏ. Nói chung, công suất đầu vào của máy thu có thể nhỏ tới 1 μV. Độ nhạy của máy thu bị giới hạn bởi nhiễu do mạch đầu vào của nó tạo ra. Do đó, tiếng ồn là yếu tố quan trọng cần cân nhắc trong thiết kế PCB của máy thu. Hơn nữa, khả năng dự đoán tiếng ồn bằng các công cụ mô phỏng là không thể thiếu. Hình 1 là một máy thu siêu âm điển hình. Tín hiệu nhận được trước tiên được lọc, sau đó tín hiệu đầu vào được khuếch đại bằng bộ khuếch đại nhiễu thấp (LNA). Sau đó sử dụng bộ tạo dao động cục bộ (LO) thứ nhất để trộn với tín hiệu này để chuyển tín hiệu này thành tần số trung gian (IF). Hiệu suất nhiễu của mạch đầu cuối chủ yếu phụ thuộc vào LNA, bộ trộn và LO. Mặc dù phân tích nhiễu SPICE truyền thống có thể tìm ra nhiễu của LNA nhưng nó vô dụng đối với bộ trộn và LO, vì nhiễu trong các khối này sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi tín hiệu LO lớn.
Tín hiệu đầu vào nhỏ yêu cầu máy thu phải có chức năng khuếch đại lớn và thường yêu cầu mức tăng 120 dB. Với mức tăng cao như vậy, bất kỳ tín hiệu nào được ghép từ đầu ra trở lại đầu vào đều có thể gây ra sự cố. Lý do quan trọng của việc sử dụng kiến ​​trúc máy thu siêu dị âm là vì nó có thể phân phối độ lợi ở nhiều tần số để giảm khả năng ghép nối. Điều này cũng làm cho tần số của LO đầu tiên khác với tần số của tín hiệu đầu vào, điều này có thể ngăn chặn các tín hiệu nhiễu lớn bị “nhiễm” sang các tín hiệu đầu vào nhỏ.
Vì những lý do khác nhau, trong một số hệ thống truyền thông không dây, kiến ​​trúc chuyển đổi trực tiếp hoặc kiến ​​trúc đồng nhất có thể thay thế kiến ​​trúc siêu khác tần. Trong kiến ​​trúc này, tín hiệu đầu vào RF được chuyển đổi trực tiếp sang tần số cơ bản chỉ trong một bước. Do đó, phần lớn mức tăng nằm ở tần số cơ bản và tần số của LO và tín hiệu đầu vào là như nhau. Trong trường hợp này, phải hiểu rõ ảnh hưởng của một lượng nhỏ khớp nối và phải thiết lập mô hình chi tiết về “đường tín hiệu đi lạc”, chẳng hạn như: khớp nối qua đế, chân gói và dây liên kết (Bondwire) giữa khớp nối và khớp nối thông qua đường dây điện.

Nhiễu kênh lân cận trong mô phỏng mạch tần số vô tuyến

Sự biến dạng cũng đóng một vai trò quan trọng trong máy phát. Sự phi tuyến tính do máy phát tạo ra trong mạch đầu ra có thể làm trải rộng băng thông của tín hiệu được truyền sang các kênh lân cận. Hiện tượng này được gọi là “tái sinh quang phổ”. Trước khi tín hiệu đến bộ khuếch đại công suất (PA) của máy phát, băng thông của nó bị giới hạn; nhưng hiện tượng “biến dạng xuyên điều chế” trong PA sẽ khiến băng thông tăng trở lại. Nếu băng thông tăng quá nhiều, máy phát sẽ không thể đáp ứng được yêu cầu về công suất của các kênh lân cận. Trên thực tế, khi truyền tín hiệu được điều chế kỹ thuật số, SPICE không thể được sử dụng để dự đoán sự tăng thêm của phổ. Bởi vì việc truyền khoảng 1.000 ký hiệu (ký hiệu) phải được mô phỏng để thu được phổ đại diện và phải kết hợp các sóng mang tần số cao, điều này sẽ khiến việc phân tích nhất thời SPICE trở nên không thực tế.