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微波射频线路板设计的几大特性
2020-02-17
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本文从微波射频界面、小的期望信号、大的烦扰信号、相邻频道的烦扰四个方面解读射频电路四大基础特性,并给出了在 PCB 规划进程中需求特别注意的重要要素。

微波射频电路仿真之小的期望信号
接收器有必要很活络地侦测到小的输入信号。一般来说,接收器的输入功率可以小到 1 μV。接收器的活络度被它的输入电路所发作的噪声所约束。因而,噪声是 PCB 规划接收器时的一个重要考虑要素。而且,具备以仿真工具来猜想噪声的才能是不可或缺的。

附图一是一个典型的超外差(superheterodyne)接收器。接收到的信号先通过滤波,再以低噪声扩展器(LNA)将输入信号扩展。然后运用第一个本地振荡器(LO)与此信号混合,以使此信号转化成中频(IF)。

前端(front-end)电路的噪声效能首要取决于 LNA、混合器(mixer)和 LO。尽管运用传统的 SPICE 噪声剖析,可以寻找到 LNA 的噪声,但关于混合器和 LO 而言,它却是无用的,因为在这些区块中的噪声,会被很大的 LO 信号严重地影响。

小的输入信号要求接收器有必要具有极大的扩展功用,一般需求 120 dB 这么高的增益。在这么高的增益下,任何自输出端耦合(couple)回到输入端的信号都或许发作问题。运用超外差接收器架构的重要原因是,它可以将增益分布在数个频率里,以削减耦合的机率。这也使得第一个 LO 的频率与输入信号的频率不同,可以防止大的烦扰信号“污染 ”到小的输入信号。

因为不同的理由,在一些无线通讯系统中,直接转化(direct convers ion)或内差(homodyne)架构可以取代超外差架构。在此架构中,射频输入信号是在单一进程下直接转化成基频,因而,大部份的增益都在基频中,而且 LO 与输入信号的频率相同。

在这种状况下,有必要了解少数耦合的影响力,而且有必要建立起“杂散信号途径(stray signal path)”的具体模型,比方:穿过基板(substrate)的耦合、封装脚位与焊线(bondwire)之间的耦合、和穿过电源线的耦合。

微波射频电路仿真之射频的界面


无线发射器和接收器在概念上,可分为基频与射频两个部份。基频包含发射器的输入信号之频率规模,也包含接收器的输出信号之频率规模。基频的频宽抉择了数据在系统中可流动的根本速率。基频是用来改善数据流的牢靠度,并在特定的数据传输率之下,削减发射器施加在传输前语(transmi ssion medium)的负荷。

因而,PCB 规划基频电路时,需求许多的信号处理工程常识。发射器的射频电路能将已处理过的基频信号转化、升频至指定的频道中,并将此信号注入至传输媒体中。相反的,接收器的射频电路能自传输媒体中获得信号,并转化、降频成基频。

发射器有两个首要的 PCB 规划政策:

它们有必要尽或许在耗费最少功率的状况下,发射特定的功率。

它们不能烦扰相邻频道内的收发机之正常运作。

就接收器而言,有三个首要的 PCB 规划政策:首先,它们有必要准确地还原小信号;第二,它们有必要能去除期望频道以外的烦扰信号;最后一点与发射器一样,它们耗费的功率有必要很小。

射频电路仿真之大的烦扰信号


接收器有必要对小的信号很活络,即便有大的烦扰信号(阻挡物)存在时。这种状况出现在检验接收一个微小或远距的发射信号,而其邻近有强壮的发射器在相邻频道中广播。烦扰信号或许比等候信号大 60~70 dB,且可以在接收器的输入阶段以许多掩盖的办法,或使接收器在输入阶段发作过多的噪声量,来阻断正常信号的接收。假如接收器在输入阶段,被烦扰源教唆进入非线性的区域,上述的那两个问题就会发作。为防止这些问题,接收器的前端有必要是十分线性的。

因而,“线性”也是 PCB 规划接收器时的一个重要考虑要素。因为接收器是窄频电路,所以非线性是以丈量“交调失真(inte rmodulati on distorTI on)”来核算的。这牵涉到运用两个频率邻近,并位于中心频带内(in band)的正弦波或余弦波来驱动输入信号,然后再丈量其交互调变的乘积。大体而言,SPI CE 是一种耗时耗本钱的仿真软件,因为它有必要履行许多次的循环运算今后,才能得到所需求的频率分辨率,以了解失真的现象。

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微波射频电路仿真之相邻频道的烦扰


假如频宽添加的太多,发射器将无法契合其相邻频道的功率要求。当传送数字调变信号时,实际上,是无法用 SPICE 来猜想频谱的再生长。因为大约有 1000 个数字符号(symbol)的传送作业有必要被仿真,以求得代表性的频谱,而且还需求结合高频率的载波,这些将使 SPICE 的瞬态剖析变得不切实际。

失真也在发射器中扮演着重要的人物。发射器在输出电路所发作的非线性,或许使传送信号的频宽分布于相邻的频道中。这种现象称为“频谱的再生长(spectral regrowth)”。在信号抵达发射器的功率扩展器(PA)之前,其频宽被约束着;但在 PA 内的“交调失真”会导致频宽再次添加。