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PCB技術

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RF PCB電路的特點
2020-09-12
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Author:Dag      Share


ipcb介紹射頻PCB電路的四大基本特性 從射頻接口、小預期信號、大干擾信號和鄰道干擾四個方面給出了PCB設計過程中需要特別注意的重要因素。


RF PCB電路的RF接口 模擬

從概念上講,無線發射器和接收器可分為兩部分:基頻和射頻。基頻包括發射機輸入信號的頻率範圍和接收機輸出信號的頻率範圍。基頻帶寬決定了數據在系統中流動的基本速率。基頻用於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,在設計PCB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後的基頻信號轉換到指定的信道,並將信號注入傳輸介質。

發射器有兩個主要的 PCB 設計目標:它們必須以盡可能少的功率傳輸特定的功率。其次,它們不能干擾相鄰信道中收發器的正常運行。在接收器方面,PCB設計主要有3個目標:第一,必須準確還原小信號;其次,它們必須能夠去除所需信道之外的干擾信號;而且,像發射器一樣,它們必須消耗很少的功率。


RF PCB電路中乾擾信號大 模擬

接收器必須對小信號敏感,即使存在大干擾信號(障礙物)。當試圖接收微弱或遠距離傳輸信號,而附近的強發射機正在相鄰頻道上廣播時,就會發生這種情況。干擾信號可能比預期信號大60~70dB,在接收機輸入相位大量覆蓋會阻塞正常信號接收,或使接收機在輸入端產生過多噪聲階段。如果接收機在輸入相位被干擾源驅動到非線性區域,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接收器設計中的一個重要考慮因素。由於接收器是窄帶電路,非線性度是通過測量“互調失真”來計算的。這涉及使用兩個頻率相似且位於帶內的正弦波或餘弦波來驅動輸入信號,然後測量其交互調製的乘積。一般來說,spice 是一種耗時且性價比高的仿真軟件,因為它必須執行多次循環才能獲得所需的頻率分辨率以了解失真。

射頻電路板

射頻電路板

RF PCB電路中的小預期信號 模擬

接收器必須對小輸入信號敏感。一般來說,接收器可以輸入1μv的小功率。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 PCB 接收器設計中的一個重要因素。此外,還需要具備使用仿真工具預測噪聲的能力。圖 1 是典型的超外差接收機。接收到的信號經過濾波,然後由低噪聲放大器 (LNA) 放大。然後將信號與本地振盪器 (LO) 混合以將信號轉換為中頻 (if)。前端電路的噪聲效率主要取決於LNA、混頻器和lo。LNA的噪聲雖然可以通過傳統的spice噪聲分析發現,但是對於混頻器和lo是沒有用的,

小輸入信號要求接收機具有較大的放大功能,通常需要120dB的增益。在如此高的增益下,任何從耦合回輸入的信號都可能導致問題。使用超外差接收器架構的重要原因是它可以在多個頻率上分配增益以降低耦合概率。這也使得每個Lo的頻率與輸入信號的頻率不同,可以防止大干擾信號“污染”到小輸入信號。

由於不同的原因,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。在這種架構中,射頻輸入信號在一步中直接轉換為基頻,因此大部分增益都在基頻中,而 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,必須建立“雜散信號路徑”的詳細模型,例如通過基板耦合、封裝引腳與鍵合線之間的耦合、通過電源線耦合。


RF PCB電路中相鄰通道的干擾 模擬

失真在發射器中也起著重要作用。輸出電路中發射機的非線性可能使發射信號的帶寬擴展到相鄰信道。這種現象稱為“頻譜增長”。在信號到達發射機的功率放大器(PA)之前,其帶寬是有限的;但是,PA 內的“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。在傳輸數字調製信號時,spice 不能用於預測頻譜再生。因為必須模擬大約 1000 個符號才能獲得具有代表性的頻譜,並且還需要結合高頻載波,這些將使 spice 瞬態分析變得不切實際。