4大方麵教你如何設計射頻電路
發布時間:2015-12-02 責任編輯:susan
【導讀】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範圍,也包含接收器的輸出信號之頻率範圍。基頻的頻寬決(jue)定(ding)了(le)數(shu)據(ju)在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)可(ke)流(liu)動(dong)的(de)基(ji)本(ben)速(su)率(lv)。基(ji)頻(pin)是(shi)用(yong)來(lai)改(gai)善(shan)數(shu)據(ju)流(liu)的(de)可(ke)靠(kao)度(du),並(bing)在(zai)特(te)定(ding)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)率(lv)之(zhi)下(xia),減(jian)少(shao)發(fa)射(she)器(qi)施(shi)加(jia)在(zai)傳(chuan)輸(shu)媒(mei)介(jie)的(de)負(fu)荷(he)。
射頻電路仿真之射頻的界麵
wuxianfasheqihejieshouqizaigainianshang,kefenweijipinyushepinlianggebufen。jipinbaohanfasheqideshuruxinhaozhipinlvfanwei,yebaohanjieshouqideshuchuxinhaozhipinlvfanwei。jipindepinkuan 決(jue)定(ding)了(le)數(shu)據(ju)在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)可(ke)流(liu)動(dong)的(de)基(ji)本(ben)速(su)率(lv)。基(ji)頻(pin)是(shi)用(yong)來(lai)改(gai)善(shan)數(shu)據(ju)流(liu)的(de)可(ke)靠(kao)度(du),並(bing)在(zai)特(te)定(ding)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)率(lv)之(zhi)下(xia),減(jian)少(shao)發(fa)射(she)器(qi)施(shi)加(jia)在(zai)傳(chuan)輸(shu)媒(mei)介(jie)的(de)負(fu)荷(he)。因此,PCB設計基頻電路時,需要大量的信號處理工程知識。發射器的射頻電路能將已處理過的基頻信號轉換、升頻至指定的頻道中,並 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取得信號,並轉換、降頻成基頻。
發射器有兩個主要的PCB設計目標:第一是它們必須盡可能在消耗最少功率的情況下,發射特定的功率。第二是它們不能幹擾相鄰頻道內的收發機之正 常運作。就接收器而言,有三個主要的PCB設計目標:首先,它們必須準確地還原小信號;第二,它們必須能去除期望頻道以外的幹擾信號;最後一點與發射器一 樣,它們消耗的功率必須很小。

射頻電路仿真之大的幹擾信號
接收器必須對小的信號很靈敏,即使有大的幹擾信號(阻擋物)存在時。這種情況出現在嚐試接收一個微弱或遠距的發射信號,而其附近有強大的發射器 在相鄰頻道中廣播。幹擾信號可能比期待信號大60~70 dB,qiekeyizaijieshouqideshurujieduanyidaliangfugaidefangshi,huoshijieshouqizaishurujieduanchanshengguoduodezaoshengliang,laizuduanzhengchangxinhaodejieshou。ruguojieshouqizaishurujieduan,beiganraoyuanqushijin 入非線性的區域,上述的那兩個問題就會發生。為避免這些問題,接收器的前端必須是非常線性的。
因此,“線性”也是PCB設計接收器時的一個重要考慮因素。由於接收器是窄頻電路,所以非線性是以測量“交調失真 ”來(lai)統(tong)計(ji)的(de)。這(zhe)牽(qian)涉(she)到(dao)利(li)用(yong)兩(liang)個(ge)頻(pin)率(lv)相(xiang)近(jin),並(bing)位(wei)於(yu)中(zhong)心(xin)頻(pin)帶(dai)內(nei)的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)或(huo)餘(yu)弦(xian)波(bo)來(lai)驅(qu)動(dong)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao),然(ran)後(hou)再(zai)測(ce)量(liang)其(qi)交(jiao)互(hu)調(tiao)變(bian)的(de)乘(cheng)積(ji)。大(da)體(ti)而(er)言(yan),SPICE是一種耗時耗成本的仿真軟件,因為它必須執行許多次的循環 運算以後,才能得到所需要的頻率分辨率,以了解失真的情形。
射頻電路仿真之小的期望信號
接收器必須很靈敏地偵測到小的輸入信號。一般而言,接收器的輸入功率可以小到1 μV。接收器的靈敏度被它的輸入電路所產生的噪聲所限製。因此,噪聲是PCB設計接收器時的一個重要考慮因素。而且,具備以仿真工具來預測噪聲的能力是不 可或缺的。附圖一是一個典型的超外差接收器。接收到的信號先經過濾波,再以低噪聲放大器將輸入信號放大。然 後利用第一個本地振蕩器(LO)與此信號混合,以使此信號轉換成中頻。前端電路的噪聲效能主要取決於LNA、混合器和LO。雖然使用傳統的SPICE噪聲分析,可以尋找到LNA的噪聲,但對於混合器和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必須具有極大的放大功能,通常需要120 dB這zhe麼me高gao的de增zeng益yi。在zai這zhe麼me高gao的de增zeng益yi下xia,任ren何he自zi輸shu出chu端duan耦ou合he回hui到dao輸shu入ru端duan的de信xin號hao都dou可ke能neng產chan生sheng問wen題ti。使shi用yong超chao外wai差cha接jie收shou器qi架jia構gou的de重zhong要yao原yuan因yin是shi,它ta可ke以yi將jiang增zeng 益分布在數個頻率裏,以減少耦合的機率。這也使得第一個LO的頻率與輸入信號的頻率不同,可以防止大的幹擾信號“汙染”到小的輸入信號。
因(yin)為(wei)不(bu)同(tong)的(de)理(li)由(you),在(zai)一(yi)些(xie)無(wu)線(xian)通(tong)訊(xun)係(xi)統(tong)中(zhong),直(zhi)接(jie)轉(zhuan)換(huan)或(huo)內(nei)差(cha)架(jia)構(gou)可(ke)以(yi)取(qu)代(dai)超(chao)外(wai)差(cha)架(jia)構(gou)。在(zai)此(ci)架(jia)構(gou)中(zhong),射(she)頻(pin)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)是(shi)在(zai)單(dan)一(yi)步(bu)驟(zhou)下(xia)直(zhi)接(jie)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)基(ji)頻(pin),因(yin)此(ci),大(da)部(bu)份(fen)的(de)增(zeng)益(yi) 都在基頻中,而且LO與輸入信號的頻率相同。在這種情況下,必須了解少量耦合的影響力,並且必須建立起“雜散信號路徑”的詳細模型,譬如:穿過基板的耦合、封裝腳位與焊線之間的耦合、和穿過電源線的耦合。
射頻電路仿真之相鄰頻道的幹擾
失真也在發射器中扮演著重要的角色。發射器在輸出電路所產生的非線性,可能使傳送信號的頻寬散布於相鄰的頻道中。這種現象稱為“頻譜的再成長”。在信號到達發射器的功率放大器之前,其頻寬被限製著;但在PA內的“交調失真”會導致頻寬再次增加。如果頻寬增加的太多,發射器將無法符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來預測頻譜的再成長。因為大約有1000個數字符號的傳送作業必須被仿真,以求得代表性的頻譜,並且還需要結合高頻率的載波,這些將使SPICE的瞬態分析變得不切實際。
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