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四大方面教你如何設(shè)計(jì)射頻電路
四大方面教你如何設(shè)計(jì)射頻電路?無線發(fā)射器和接收器在概念上，可分為基頻與射頻兩個(gè)部份,?；l包含發(fā)射器的輸入信號之頻率范圍，也包含接收器的輸出信號之頻率范圍,?；l的頻寬決定 了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中可流動的基本速率?；l是用來改善數(shù)據(jù)流的可靠度,，并在特定的數(shù)據(jù)傳輸率之下，減少發(fā)射器施加在傳輸媒介(transmission medium)的負(fù)荷,。因此,，PCB設(shè)計(jì)基頻電路時(shí)，需要大量的信號處理工程知識,。發(fā)射器的射頻電路能將已處理過的基頻信號轉(zhuǎn)換,、升頻至的頻道中，并 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，并轉(zhuǎn)換,、降頻成基頻,。
發(fā)射器有兩個(gè)主要的PCB設(shè)計(jì)目標(biāo)：**是它們必須盡可能在消耗*少功率的情況下，發(fā)射特定的功率。第二是它們不能干擾相鄰頻道內(nèi)的收發(fā)機(jī)之正 常運(yùn)作,。就接收器而言,，有三個(gè)主要的PCB設(shè)計(jì)目標(biāo)：首先，它們必須準(zhǔn)確地還原小信號;第二,，它們必須能去除期望頻道以外的干擾信號;*后一點(diǎn)與發(fā)射器一 樣,，它們消耗的功率必須很小。
射頻電路仿真之大的干擾信號
接收器必須對小的信號很靈敏,，即使有大的干擾信號(阻擋物)存在時(shí),。這種情況出現(xiàn)在嘗試接收一個(gè)微弱或遠(yuǎn)距的發(fā)射信號，而其附近有強(qiáng)大的發(fā)射器 在相鄰頻道中廣播,。干擾信號可能比期待信號大60~70 dB,，且可以在接收器的輸入階段以大量覆蓋的方式，或使接收器在輸入階段產(chǎn)生過多的噪聲量,，來阻斷正常信號的接收,。如果接收器在輸入階段，**擾源驅(qū)使進(jìn) 入非線性的區(qū)域,，上述的那兩個(gè)問題就會發(fā)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(shè)計(jì)接收器 時(shí)的一個(gè)重要考慮因素。由于接收器是窄頻電路,，所以非線性是以測量“交調(diào)失真 (intermodulation distortion)”來統(tǒng)計(jì)的,。這牽涉到利用兩個(gè)頻率相近，并位于中心頻帶內(nèi)(in band)的正弦波或余弦波來驅(qū)動輸入信號,，然后再測量其交互調(diào)變的乘積,。大體而言，SPICE是一種耗時(shí)耗成本的仿真軟件,，因?yàn)樗仨殘?zhí)行許多次的循環(huán) 運(yùn)算以后,，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(chǎn)生的噪聲所限制,。因此，噪聲是PCB設(shè)計(jì)接收器時(shí)的一個(gè)重要考慮因素,。而且,，具備以仿真工具來預(yù)測噪聲的能力是不 可或缺的,。附圖一是一個(gè)典型的超外差(superheterodyne)接收器。接收到的信號先經(jīng)過濾波,，再以低噪聲放大器(LNA)將輸入信號放大,。然 后利用**個(gè)本地振蕩器(LO)與此信號混合，以使此信號轉(zhuǎn)換成中頻(IF),。前端(front-end)電路的噪聲效能主要取決于LNA,、混合器 (mixer)和LO。雖然使用傳統(tǒng)的SPICE噪聲分析,，可以尋找到LNA的噪聲,，但對于混合器和LO而言，它卻是無用的,，因?yàn)樵谶@些區(qū)塊中的噪聲,，會 被很大的LO信號嚴(yán)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這么高的增益,。在這么高的增益下，任何自輸出端耦合(couple)回到輸入端的信號都可能產(chǎn)生問題,。使用超外差接收器架構(gòu)的重要原因是,，它可以將增 益分布在數(shù)個(gè)頻率里，以減少耦合的機(jī)率,。這也使得**個(gè)LO的頻率與輸入信號的頻率不同,，可以防止大的干擾信號“污染”到小的輸入信號,。
因?yàn)椴煌睦碛?，在一些無線通訊系統(tǒng)中，直接轉(zhuǎn)換(direct conversion)或內(nèi)差(homodyne)架構(gòu)可以取代超外差架構(gòu),。在此架構(gòu)中,，射頻輸入信號是在單一步驟下直接轉(zhuǎn)換成基頻，因此,，大部份的增益 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,，并且必須建立起“雜散信號路徑(stray signal path)”的詳細(xì)模型，譬如：穿過基板(substrate)的耦合,、封裝腳位與焊線(bondwire)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干擾
失真也在發(fā)射器中扮演著重要的角色,。發(fā)射器在輸出電路所產(chǎn)生的非線性,，可能使傳送信號的頻寬散布于相鄰的頻道中,。這種現(xiàn)象稱為“頻譜的再成長 (spectral regrowth)”。在信號到達(dá)發(fā)射器的功率放大器(PA)之前,，其頻寬被限制著;但在PA內(nèi)的“交調(diào)失真”會導(dǎo)致頻寬再次增加,。如果頻寬增加的太多， 發(fā)射器將無法符合其相鄰頻道的功率要求,。當(dāng)傳送數(shù)字調(diào)變信號時(shí),，實(shí)際上，是無法用SPICE來預(yù)測頻譜的再成長,。因?yàn)榇蠹s有1000個(gè)數(shù)字符號 (symbol)的傳送作業(yè)必須被仿真,，以求得代表性的頻譜，并且還需要結(jié)合高頻率的載波,，這些將使SPICE的瞬態(tài)分析變得不切實(shí)際,。