В этой статье объясняются 4 основные характеристики радиочастотных схем с четырех аспектов: радиочастотный интерфейс, малый ожидаемый сигнал, сильный сигнал помех и помехи от соседних каналов, а также приводятся важные факторы, которые требуют особого внимания в процессе проектирования печатной платы.
Моделирование радиочастотной схемы интерфейса RF
Беспроводной передатчик и приемник в концепции можно разделить на две части: основную частоту и радиочастоту.Основная частота содержит диапазон частот входного сигнала передатчика и диапазон частот выходного сигнала приемника.Ширина полосы основной частоты определяет базовую скорость, с которой данные могут передаваться в системе.Основная частота используется для повышения надежности потока данных и снижения нагрузки, налагаемой передатчиком на среду передачи при заданной скорости передачи данных.Поэтому проектирование печатной платы схемы основной частоты требует обширных знаний в области техники обработки сигналов.Радиочастотная схема передатчика преобразует и повышает масштаб обработанного сигнала основной частоты до заданного канала и вводит этот сигнал в среду передачи.И наоборот, радиочастотная схема приемника получает сигнал из среды передачи, преобразует его и понижает масштаб до основной частоты.
Передатчики преследуют две основные цели проектирования печатных плат: первая заключается в том, что они должны передавать определенное количество энергии, потребляя при этом минимально возможное количество энергии.Во-вторых, они не могут мешать нормальной работе трансивера в соседних каналах.Что касается приемника, то при проектировании печатной платы преследуются три основные цели: во-первых, они должны точно восстанавливать слабые сигналы;во-вторых, они должны иметь возможность удалять сигналы помех за пределами нужного канала;последний пункт такой же, как и у передатчика, они должны потреблять очень мало энергии.
Моделирование радиочастотных схем сильных мешающих сигналов
Приемники должны быть чувствительны к слабым сигналам, даже при наличии сильных мешающих сигналов (блокаторов).Такая ситуация возникает при попытке принять слабый или удаленный передаваемый сигнал с помощью мощного передатчика, вещающего в соседнем канале поблизости.Мешающий сигнал может быть на 60–70 дБ больше ожидаемого сигнала и может блокировать прием нормального сигнала во входной фазе приемника при большом охвате или заставлять приемник генерировать чрезмерное количество шума в зоне приема. входная фаза.Эти две проблемы, упомянутые выше, могут возникнуть, если приемник на входном каскаде попадает в область нелинейности из-за источника помех.Чтобы избежать этих проблем, передняя часть приемника должна быть очень линейной.
Поэтому «линейность» также является важным фактором при проектировании печатной платы приемника.Так как приемник представляет собой узкополосную схему, то и нелинейность заключается в измерении «интермодуляционных искажений (интермодуляционных искажений)» для статистики.Это предполагает использование двух синусоидальных или косинусоидальных волн одинаковой частоты, расположенных в центральной полосе (в полосе) для управления входным сигналом, а затем измерение продукта его интермодуляционных искажений.В целом SPICE — это трудоемкое и дорогостоящее программное обеспечение для моделирования, поскольку оно должно выполнить множество циклов, прежде чем сможет получить желаемое частотное разрешение для понимания искажений.
Моделирование радиочастотной схемы небольшого полезного сигнала
Приемник должен быть очень чувствительным, чтобы обнаруживать слабые входные сигналы.Обычно входная мощность приемника может составлять всего 1 мкВ.чувствительность приемника ограничена шумами, создаваемыми его входной цепью.Поэтому шум является важным фактором при проектировании приемника для печатной платы.Более того, крайне важно иметь возможность прогнозировать шум с помощью инструментов моделирования.На рисунке 1 изображен типичный супергетеродинный (супергетеродинный) приемник.Полученный сигнал сначала фильтруется, а затем входной сигнал усиливается малошумящим усилителем (МШУ).Затем первый гетеродин (LO) используется для смешивания с этим сигналом и преобразования этого сигнала в промежуточную частоту (ПЧ).Шумовая эффективность входной (фронтальной) схемы зависит в основном от МШУ, смесителя (смесителя) и гетеродина.хотя при использовании обычного анализа шума SPICE вы можете искать шум МШУ, но для смесителя и гетеродина это бесполезно, поскольку шум в этих блоках будет серьезно влиять на очень большой сигнал гетеродина.
Небольшой входной сигнал требует чрезвычайного усиления приемника, обычно требующего усиления до 120 дБ.При таком высоком коэффициенте усиления любой сигнал, поступающий с выхода (пары) обратно на вход, может создать проблемы.Важная причина использования архитектуры приемника сверхвыбросов заключается в том, что она позволяет распределять усиление по нескольким частотам, чтобы уменьшить вероятность связи.Это также делает первую частоту гетеродина отличной от частоты входного сигнала, что может предотвратить «загрязнение» сигнала больших помех небольшим входным сигналом.
По разным причинам в некоторых системах беспроводной связи архитектура прямого преобразования (прямое преобразование) или внутренняя дифференциальная (гомодинная) может заменить сверхвнешнюю дифференциальную архитектуру.В этой архитектуре входной радиочастотный сигнал напрямую преобразуется в основную частоту за один шаг, так что большая часть усиления приходится на основную частоту, а гетеродин находится на той же частоте, что и входной сигнал.В этом случае необходимо понять влияние небольшой степени связи и создать подробную модель «пути паразитного сигнала», например: связь через подложку, связь между площадью корпуса и линией пайки (связующим проводом). и соединение через муфту линии электропередачи.
Моделирование радиочастотной схемы помех в соседнем канале
Искажения также играют важную роль в передатчике.Нелинейность, генерируемая передатчиком в выходной цепи, может привести к распространению ширины частоты передаваемого сигнала по соседним каналам.Это явление называется «спектральным переростом».Прежде чем сигнал достигнет усилителя мощности передатчика (УМ), его полоса пропускания ограничена;однако «интермодуляционные искажения» в усилителе мощности приводят к повторному увеличению полосы пропускания.Если полоса пропускания увеличится слишком сильно, передатчик не сможет удовлетворить требования к мощности соседних каналов.При передаче сигнала цифровой модуляции с помощью SPICE практически невозможно предсказать перерастание спектра.Поскольку для получения репрезентативного спектра необходимо смоделировать около 1000 цифровых символов (символов) операции передачи, а также необходимо объединить высокочастотную несущую, это сделает анализ переходных процессов SPICE непрактичным.
Время публикации: 31 марта 2022 г.