PCB廠家講解PCB畫板知識-射頻電路

本文從射頻接口、期望信號小、干擾信號大、鄰道干擾四個方面解讀了射頻電路的四個基本特征，并給出了PCB設計中需要特別注意的重要因素。

射頻電路仿真的射頻接口

從概念上講，無線發射機和接收機可以分為基頻和射頻兩部分。 基頻包括發射機輸入信號的頻率范圍和接收機輸出信號的頻率范圍。 基頻的帶寬決定了數據在系統中流動的基本速率。 基帶用于提高數據流的可靠性，減少發射機在特定數據傳輸速率下對傳輸介質施加的負載。 因此，在PCB上設計基頻電路時需要大量的信號處理工程知識。 發射機的射頻電路可以將處理后的基帶信號轉換升級到指定的通道，并將此信號注入到傳輸介質中。 相反，接收器的射頻電路可以從傳輸介質中獲取信號，并將頻率轉換并降低到基頻。

發射器有兩個主要的 PCB 設計目標：首先，它們必須以最小的功耗傳輸特定的功率。 其次，它們不會干擾相鄰信道中收發器的正常操作。 就接收器而言，PCB設計目標主要有三個：首先，必須準確地恢復小信號； 其次，它們必須能夠消除所需信道之外的干擾信號； 最后，像發射器一樣，它們必須消耗很少的功率。

射頻電路仿真中的小預期信號

接收器必須靈敏地檢測小輸入信號。 一般來說，接收器的輸入功率可小至1μV。接收器的靈敏度受到其輸入電路產生的噪聲的限制。 因此，噪聲是接收器PCB設計中的一個重要考慮因素。 此外，利用仿真工具預測噪聲的能力也是必不可少的。 圖 1 顯示了典型的超外差接收機。 首先對接收到的信號進行濾波，然后通過低噪聲放大器（LNA）對輸入信號進行放大。 然后使用第一個本地振蕩器 (LO) 與該信號混合，以將該信號轉換為中頻 (IF)。 前端電路的噪聲效率主要取決于LNA、混頻器和LO。 雖然使用傳統的 SPICE 噪聲分析可以找到 LNA 噪聲，但這對于混頻器和 LO 來說是無用的，因為這些模塊中的噪聲會受到大 LO 信號的嚴重影響。

小輸入信號要求接收器具有很大的放大功能，通常需要高達120 dB的增益。 在如此高的增益下，任何從輸出耦合回輸入的信號都可能導致問題。 采用超外差接收機架構的重要原因是它可以將增益分布在幾個頻率上以降低耦合的概率。 這也使得第一個LO的頻率與輸入信號的頻率不同，這樣可以防止大的干擾信號“污染”小輸入信號。

由于不同的原因，在一些無線通信系統中，直接變頻或零差架構可以替代超外差架構。 在該架構中，射頻輸入信號直接一步轉換到基頻，因此大部分增益位于基頻，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，并且必須建立“雜散信號路徑”的詳細模型，例如通過基板的耦合、封裝引腳與鍵合線之間的耦合以及 通過電源線耦合。

射頻電路仿真中的大干擾信號

即使存在較大的干擾信號（阻塞信號），接收器也必須對小信號敏感。 當您嘗試接收微弱或遙遠的傳輸信號，并且附近有一個強大的發射器在相鄰頻道中廣播時，就會發生這種情況。 干擾信號可能比預期信號大60~70dB，它可以通過在接收機輸入相位大量覆蓋，或者使接收機產生過多的噪聲來阻擋正常信號的接收。 在輸入階段。 如果接收機在輸入階段被干擾源驅動進入非線性區，就會出現上述兩個問題。 為了避免這些問題，接收器的前端必須非常線性。

因此，“線性度”也是PCB設計接收器時的一個重要考慮因素。 由于接收器是窄帶電路，因此非線性通過“互調失真”來測量。 這涉及到用中心頻帶中頻率相似的兩個正弦波或余弦波驅動輸入信號，然后測量它們的互調乘積。 一般來說，SPICE是一種耗時且成本高昂的仿真軟件，因為它必須執行多次循環運算才能獲得所需的頻率分辨率以了解失真情況。

射頻電路仿真中相鄰通道的干擾

失真在發射機中也起著重要作用。 發射機在輸出電路中產生的非線性可能會導致發射信號的帶寬分散在相鄰通道中。 這種現象稱為“頻譜再生”。 在信號到達發射機的功率放大器（PA）之前，其帶寬是有限的； 然而，PA中的“互調失真”會導致帶寬再次增加。 如果帶寬增加太多，發射機將無法滿足其相鄰信道的功率要求。 在傳輸數字調制信號時，實際上不能使用SPICE來預測頻譜的重新增長。 由于大約有1000個數字符號傳輸作業必須進行仿真以獲得代表性頻譜，并且還需要組合高頻載波，這些將使SPICE的瞬態分析變得不切實際。 

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