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1. Interfaccia a radiofrequenza della simulazione del circuito a radiofrequenza
Il trasmettitore e il ricevitore wireless sono concettualmente divisi in due parti: frequenza di base e frequenza radio. La frequenza fondamentale include la gamma di frequenza del segnale di ingresso del trasmettitore e la gamma di frequenza del segnale di uscita del ricevitore. La larghezza di banda della frequenza fondamentale determina la velocità di base alla quale i dati possono fluire nel sistema. La frequenza di base viene utilizzata per migliorare l'affidabilità del flusso di dati e ridurre il carico imposto dal trasmettitore sul mezzo di trasmissione a una velocità di trasmissione dati specifica. Pertanto, quando si progetta un circuito di frequenza fondamentale su un PCB è necessaria molta conoscenza dell'ingegneria dell'elaborazione del segnale. Il circuito a radiofrequenza del trasmettitore può convertire e convertire il segnale in banda base elaborato in un canale designato e iniettare questo segnale nel mezzo di trasmissione. Al contrario, il circuito a radiofrequenza del ricevitore può ottenere il segnale dal mezzo di trasmissione e convertire e ridurre la frequenza alla frequenza di base.
Il trasmettitore ha due principali obiettivi di progettazione PCB: il primo è che devono trasmettere una potenza specifica consumando la minor potenza possibile. Il secondo è che non possono interferire con il normale funzionamento dei ricetrasmettitori nei canali adiacenti. Per quanto riguarda il ricevitore, ci sono tre principali obiettivi di progettazione del PCB: primo, devono ripristinare accuratamente i piccoli segnali; secondo, devono essere in grado di rimuovere i segnali di interferenza al di fuori del canale desiderato; e infine, come il trasmettitore, devono consumare energia molto piccola.
2. Il grande segnale di interferenza della simulazione del circuito a radiofrequenza
Il ricevitore deve essere molto sensibile ai piccoli segnali, anche in presenza di grandi segnali di interferenza (ostruzioni). Questa situazione si verifica quando si cerca di ricevere un segnale di trasmissione debole oa lunga distanza e un potente trasmettitore nelle vicinanze sta trasmettendo in un canale adiacente. Il segnale di interferenza può essere 60 ~ 70 dB più grande del segnale previsto e può essere utilizzato in una grande quantità di copertura durante la fase di ingresso del ricevitore, oppure il ricevitore può generare un rumore eccessivo durante la fase di ingresso per bloccare la ricezione di segnali normali. Se il ricevitore viene guidato in una regione non lineare dalla sorgente di interferenza durante la fase di ingresso, si verificheranno i due problemi di cui sopra. Per evitare questi problemi, il front-end del ricevitore deve essere molto lineare.
Pertanto, la "linearità" è anche una considerazione importante nella progettazione PCB del ricevitore. Poiché il ricevitore è un circuito a banda stretta, la non linearità viene misurata misurando la "distorsione di intermodulazione". Ciò comporta l'utilizzo di due onde sinusoidali o onde coseno con frequenze simili e situate nella banda centrale per guidare il segnale di ingresso, quindi misurare il prodotto della sua intermodulazione. In generale, SPICE è un software di simulazione che richiede tempo e denaro, perché deve eseguire molti cicli di calcoli per ottenere la risoluzione di frequenza richiesta per comprendere la distorsione.
3. Piccolo segnale previsto per la simulazione del circuito RF
Il ricevitore deve essere molto sensibile per rilevare piccoli segnali di ingresso. In generale, la potenza di ingresso del ricevitore può essere di appena 1 μV. La sensibilità del ricevitore è limitata dal rumore generato dal suo circuito di ingresso. Pertanto, il rumore è una considerazione importante nella progettazione PCB del ricevitore. Inoltre, è indispensabile la capacità di prevedere il rumore con strumenti di simulazione. La figura 1 è un tipico ricevitore supereterodina. Il segnale ricevuto viene prima filtrato, quindi il segnale in ingresso viene amplificato da un amplificatore a basso rumore (LNA). Quindi utilizzare il primo oscillatore locale (LO) per mescolare con questo segnale per convertire questo segnale in una frequenza intermedia (IF). Le prestazioni in termini di rumore del circuito front-end dipendono principalmente da LNA, mixer e LO. Sebbene la tradizionale analisi del rumore SPICE possa trovare il rumore dell'LNA, è inutile per il mixer e il LO, perché il rumore in questi blocchi sarà seriamente influenzato dal grande segnale LO.
Un segnale di ingresso piccolo richiede che il ricevitore abbia una grande funzione di amplificazione, di solito è richiesto un guadagno di 120 dB. Con un guadagno così elevato, qualsiasi segnale accoppiato dal terminale di uscita al terminale di ingresso può causare problemi. Il motivo importante per utilizzare l'architettura del ricevitore supereterodina è che può distribuire il guadagno su diverse frequenze per ridurre la possibilità di accoppiamento. Ciò fa anche sì che la frequenza del primo LO differisca dalla frequenza del segnale di ingresso, il che può impedire che grandi segnali di interferenza vengano "contaminati" a piccoli segnali di ingresso.
Per diversi motivi, in alcuni sistemi di comunicazione wireless, la conversione diretta o l'architettura omodina possono sostituire l'architettura supereterodina. In questa architettura, il segnale di ingresso RF viene convertito direttamente nella frequenza fondamentale in un unico passaggio. Pertanto, la maggior parte del guadagno è nella frequenza fondamentale e la frequenza del LO e del segnale di ingresso è la stessa. In questo caso, deve essere compresa l'influenza di una piccola quantità di accoppiamento e deve essere stabilito un modello dettagliato del "percorso del segnale vagante", come: accoppiamento attraverso il substrato, perni del pacchetto e fili di collegamento (Bondwire) tra il accoppiamento e l'accoppiamento attraverso la linea di alimentazione.
4. Interferenza del canale adiacente nella simulazione del circuito a radiofrequenza
anche la distorsione gioca un ruolo importante nel trasmettitore. La non linearità generata dal trasmettitore nel circuito di uscita può diffondere la larghezza di banda del segnale trasmesso nei canali adiacenti. Questo fenomeno è chiamato "ricrescita spettrale". Prima che il segnale raggiunga l'amplificatore di potenza (PA) del trasmettitore, la sua larghezza di banda è limitata; ma la "distorsione di intermodulazione" nella PA farà aumentare nuovamente la larghezza di banda. Se la larghezza di banda viene aumentata troppo, il trasmettitore non sarà in grado di soddisfare i requisiti di alimentazione dei suoi canali adiacenti. Quando si trasmettono segnali modulati digitalmente, infatti, è impossibile utilizzare SPICE per prevedere l'ulteriore crescita dello spettro. Poiché ci sono circa 1000 simboli digitali (simboli), le operazioni di trasmissione devono essere simulate per ottenere uno spettro rappresentativo e inoltre è necessario combinare portanti ad alta frequenza, il che renderà impraticabile l'analisi dei transienti di SPICE.
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