本文從微波射頻界面、小的期望信號、大的煩擾信號、相鄰頻道的煩擾四個方面解讀射頻電路四大基礎特性,并給出了在 PCB 規劃進程中需求特別注意的重要要素。
微波射頻電路仿真之小的期望信號
接收器有必要很活絡地偵測到小的輸入信號。一般來說,接收器的輸入功率可以小到 1 μV。接收器的活絡度被它的輸入電路所發作的噪聲所約束。因而,噪聲是 PCB 規劃接收器時的一個重要考慮要素。而且,具備以仿真工具來猜想噪聲的才能是不可或缺的。
附圖一是一個典型的超外差(superheterodyne)接收器。接收到的信號先通過濾波,再以低噪聲擴展器(LNA)將輸入信號擴展。然后運用第一個本地振蕩器(LO)與此信號混合,以使此信號轉化成中頻(IF)。
前端(front-end)電路的噪聲效能首要取決于 LNA、混合器(mixer)和 LO。盡管運用傳統的 SPICE 噪聲剖析,可以尋找到 LNA 的噪聲,但關于混合器和 LO 而言,它卻是無用的,因為在這些區塊中的噪聲,會被很大的 LO 信號嚴重地影響。
小的輸入信號要求接收器有必要具有極大的擴展功用,一般需求 120 dB 這么高的增益。在這么高的增益下,任何自輸出端耦合(couple)回到輸入端的信號都或許發作問題。運用超外差接收器架構的重要原因是,它可以將增益分布在數個頻率里,以削減耦合的機率。這也使得第一個 LO 的頻率與輸入信號的頻率不同,可以防止大的煩擾信號“污染 ”到小的輸入信號。
因為不同的理由,在一些無線通訊系統中,直接轉化(direct convers ion)或內差(homodyne)架構可以取代超外差架構。在此架構中,射頻輸入信號是在單一進程下直接轉化成基頻,因而,大部份的增益都在基頻中,而且 LO 與輸入信號的頻率相同。
在這種狀況下,有必要了解少數耦合的影響力,而且有必要建立起“雜散信號途徑(stray signal path)”的具體模型,比方:穿過基板(substrate)的耦合、封裝腳位與焊線(bondwire)之間的耦合、和穿過電源線的耦合。
無線發射器和接收器在概念上,可分為基頻與射頻兩個部份。基頻包含發射器的輸入信號之頻率規模,也包含接收器的輸出信號之頻率規模。基頻的頻寬抉擇了數據在系統中可流動的根本速率。基頻是用來改善數據流的牢靠度,并在特定的數據傳輸率之下,削減發射器施加在傳輸前語(transmi ssion medium)的負荷。
因而,PCB 規劃基頻電路時,需求許多的信號處理工程常識。發射器的射頻電路能將已處理過的基頻信號轉化、升頻至指定的頻道中,并將此信號注入至傳輸媒體中。相反的,接收器的射頻電路能自傳輸媒體中獲得信號,并轉化、降頻成基頻。
發射器有兩個首要的 PCB 規劃政策:
它們有必要盡或許在耗費最少功率的狀況下,發射特定的功率。
它們不能煩擾相鄰頻道內的收發機之正常運作。
就接收器而言,有三個首要的 PCB 規劃政策:首先,它們有必要準確地還原小信號;第二,它們有必要能去除期望頻道以外的煩擾信號;最后一點與發射器一樣,它們耗費的功率有必要很小。
接收器有必要對小的信號很活絡,即便有大的煩擾信號(阻擋物)存在時。這種狀況出現在檢驗接收一個微小或遠距的發射信號,而其鄰近有強壯的發射器在相鄰頻道中廣播。煩擾信號或許比等候信號大 60~70 dB,且可以在接收器的輸入階段以許多掩蓋的辦法,或使接收器在輸入階段發作過多的噪聲量,來阻斷正常信號的接收。假如接收器在輸入階段,被煩擾源教唆進入非線性的區域,上述的那兩個問題就會發作。為防止這些問題,接收器的前端有必要是十分線性的。
因而,“線性”也是 PCB 規劃接收器時的一個重要考慮要素。因為接收器是窄頻電路,所以非線性是以丈量“交調失真(inte rmodulati on distorTI on)”來核算的。這牽涉到運用兩個頻率鄰近,并位于中心頻帶內(in band)的正弦波或余弦波來驅動輸入信號,然后再丈量其交互調變的乘積。大體而言,SPI CE 是一種耗時耗本錢的仿真軟件,因為它有必要履行許多次的循環運算今后,才能得到所需求的頻率分辨率,以了解失真的現象。
假如頻寬添加的太多,發射器將無法契合其相鄰頻道的功率要求。當傳送數字調變信號時,實際上,是無法用 SPICE 來猜想頻譜的再生長。因為大約有 1000 個數字符號(symbol)的傳送作業有必要被仿真,以求得代表性的頻譜,而且還需求結合高頻率的載波,這些將使 SPICE 的瞬態剖析變得不切實際。
失真也在發射器中扮演著重要的人物。發射器在輸出電路所發作的非線性,或許使傳送信號的頻寬分布于相鄰的頻道中。這種現象稱為“頻譜的再生長(spectral regrowth)”。在信號抵達發射器的功率擴展器(PA)之前,其頻寬被約束著;但在 PA 內的“交調失真”會導致頻寬再次添加。