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PCB电路设计中射频接口和射频电路的特性

2013年08月15日 10:24 次阅读

  射频电路(RF circuit)的许多特殊特性,很难用简短的几句话来说明,也无法使用传统的模拟仿真软件来分析,譬如SPICE。不过,目前市面上有一些EDA软件具有谐波平衡(harmonic balance)、投射法(shooTIng method)…。等复杂的算法,可以快速和准确地仿真射频电路。但在学习这些EDA软件之前,必须先了解射频电路的特性,尤其要了解一些专有名词和物理现象的意义,因为这是射频工程的基础知识。

  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讯号之频率范围,也包含接收器的输出讯号之频率范围。基频的频宽决定了数据在系统中可流动的基本速率。基频是用来改善资料流的可靠度,并在特定的数据传输率之下,减少发射器施加在传输媒体(transmission medium)的负荷。因此,PCB设计基频电路时,需要大量的讯号处理工程知识。发射器的射频电路能将已处理过的基频讯号转换、升频至指定的频道中,并将此讯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取得讯号,并转换、降频成基频。

  发射器有两个主要的PCB设计目标:第一是它们必须尽可能在消耗最少功率的情况下,发射特定的功率。第二是它们不能干扰相邻频道内的收发机之正常运作。就接收器而言,有三个主要的PCB设计目标:首先,它们必须准确地还原小讯号;第二,它们必须能去除期望频道以外的干扰讯号;最后一点与发射器一样,它们消耗的功率必须很小。

  小的期望讯号

  接收器必须很灵敏地侦测到小的输入讯号。一般而言,接收器的输入功率可以小到1 μV。接收器的灵敏度被它的输入电路所产生的噪声所限制。因此,噪声是PCB设计接收器时的一个重要考虑因素。而且,具备以仿真工具来预测噪声的能力是不可或缺的。附图一是一个典型的超外差(superheterodyne)接收器。接收到的讯号先经过滤波,再以低噪声放大器(LNA)将输入讯号放大。然后利用第一个本地振荡器(LO)与此讯号混合,以使此讯号转换成中频(IF)。前端(front-end)电路的噪声效能主要取决于LNA、混合器(mixer)和LO。虽然使用传统的SPICE噪声分析,可以寻找到LNA的噪声,但对于混合器和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讯号严重地影响。

  小的输入讯号要求接收器必须具有极大的放大功能,通常需要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)回到输入端的讯号都可能产生问题。使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,以减少耦合的机率。这也使得第一个LO的频率与输入讯号的频率不同,可以防止大的干扰讯号「污染」到小的输入讯号。

  因为不同的理由,在一些无线通讯系统中,直接转换(direct conversion)或内差(homodyne)架构可以取代超外差架构。在此架构中,射频输入讯号是在单一步骤下直接转换成基频,因此,大部份的增益都在基频中,而且LO与输入讯号的频率相同。在这种情况下,必须了解少量耦合的影响力,并且必须建立起「杂散讯号路径(stray signal path)」的详细模型,譬如: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。

  大的干扰讯号

  接收器必须对小的讯号很灵敏,即使有大的干扰讯号(阻挡物)存在时。这种情况出现在尝试接收一个微弱或远距的发射讯号,而其附近有强大的发射器在相邻频道中广播。干扰讯号可能比期待讯号大60~70 dB,且可以在接收器的输入阶段以大量覆盖的方式,或使接收器在输入阶段产生过多的噪声量,来阻断正常讯号的接收。如果接收器在输入阶段,被干扰源驱使进入非线性的区域,上述的那两个问题就会发生。为避免这些问题,接收器的前端必须是非常线性的。

  因此,「线性」也是PCB设计接收器时的一个重要考虑因素。由于接收器是窄频电路,所以非线性是以测量「交互调变失真(intermodulaTIon distorTIon)」来统计的。这牵涉到利用两个频率相近,并位于中心频带内(in band)的正弦波或余弦波来驱动输入讯号,然后再测量其交互调变的乘积。大体而言,SPICE是一种耗时耗成本的仿真软件,因为它必须执行许多次的循环运算以后,才能得到所需要的频率分辨率,以了解失真的情形。

  相邻频道的干扰

  失真也在发射器中扮演着重要的角色。发射器在输出电路所产生的非线性,可能使传送讯号的频宽散布于相邻的频道中。这种现象称为「频谱的再成长(spectral regrowth)」。在讯号到达发射器的功率放大器(PA)之前,其频宽被限制着;但在PA内的「交互调变失真」会导致频宽再次增加。如果频宽增加的太多,发射器将无法符合其相邻频道的功率要求。当传送数字调变讯号时,实际上,是无法用SPICE来预测频谱的再成长。因为大约有1000个数字符号(symbol)的传送作业必须被仿真,以求得代表性的频谱,并且还需要结合高频率的载波,这些将使SPICE的瞬态分析变得不切实际。

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印制电路板设计心得体会_设计印制电路板的五个技巧

设计PCB布局图核安装晶体谐振器的要点

振荡电路图案长度振荡电路中信号图案长度应尽可能短,尽可能减少杂散电容/电感。不应在振荡电路中使用插孔...

发表于 2018-05-03 11:48 355次阅读
设计PCB布局图核安装晶体谐振器的要点

你知道pcb印制板还能还原电路图吗?(还原技巧及...

本文开始介绍了PCB印制板分类与特点,其次详细介绍了PCB印制板快速绘制电路图技巧,最后介绍了pcb...

发表于 2018-05-03 10:17 154次阅读
你知道pcb印制板还能还原电路图吗?(还原技巧及...

为什么叫印制电路板?印制电路板来由介绍

本文首先阐述了为什么叫印制电路板以及印制电路板来源与发展,其次介绍了印制电路板的优点和制作工艺,最后...

发表于 2018-05-03 09:59 99次阅读
为什么叫印制电路板?印制电路板来由介绍

佳世达推智慧工厂 提升品质与效能生产成本下降

【捷多邦PCB】佳世达分阶段导入智慧工厂,董事长陈其宏昨(25)日表示,透过高度自动化,可以加快订单...

发表于 2018-05-03 09:40 387次阅读
佳世达推智慧工厂 提升品质与效能生产成本下降

印制电路板的质量要求_印制电路板的原理

本文首先阐述了印制线路板的制造原理,其次介绍了印制电路板的质量控制和印制电路板质量认证的基本要求,最...

发表于 2018-05-03 09:33 257次阅读
印制电路板的质量要求_印制电路板的原理

减少PCB设计上电磁干扰(EMI)的最佳方法之一

如前所述,有源滤波和CMRR可以可靠地降低器件频带限制范围内的电路噪声,包括高至MHz范围的DM和C...

发表于 2018-05-03 08:52 799次阅读
减少PCB设计上电磁干扰(EMI)的最佳方法之一

印制电路板基础知识点汇总_印制电路板制作过程

本文开始介绍了印刷电路板概念与分类,其次介绍了印制电路板特性与作用,最后详细介绍了印刷电路板的设计以...

发表于 2018-05-03 08:41 216次阅读
印制电路板基础知识点汇总_印制电路板制作过程

IC周围少不了晶振的原因

IC简称集成电路,是将大量的微型元器件(如晶体管、电阻、电容等)形成的集成电路,并内置芯片里面。我们...

发表于 2018-05-02 17:09 153次阅读
IC周围少不了晶振的原因

一文解读铝基板pcb制作规范及设计规则

本文开始介绍了铝基板的技术要求与铝基板线路制作,其次介绍了铝基板pcb制作规范,最后详细介绍了PCB...

发表于 2018-05-02 14:45 212次阅读
一文解读铝基板pcb制作规范及设计规则

Harwin推全新Archer Kontrol系...

Harwin全新的Archer Kontrol系列板对板连接器能够为设计工程师提供强大而灵活的互连解...

发表于 2018-05-02 11:13 61次阅读
Harwin推全新Archer Kontrol系...

埋嵌元件PCB的元件互联技术概述及对埋嵌元件PC...

从室温初始状态到260 ℃一边升温一边进行数点的测量,确认了室温初始状态时翘曲小的倾向,即L1侧表现...

发表于 2018-05-02 10:29 385次阅读
埋嵌元件PCB的元件互联技术概述及对埋嵌元件PC...

AD画pcb时出现Unknown Pin,怎么回事

发表于 2018-05-01 22:05 375次阅读
AD画pcb时出现Unknown Pin,怎么回事

工程师设计经验分享:画FPGA开发板所犯的那些错...

这里先截下我最初画这个开发板的一张惨不忍睹的PCB让大家看看。TopLayer如图: BottomL...

发表于 2018-05-01 20:48 543次阅读
工程师设计经验分享:画FPGA开发板所犯的那些错...

你知道PCB的接地对机箱泄露有什么影响吗?

你在设计产品时,PCB上的信号地与金属机箱连接吗,你根据什么决定他们怎样连接?PCB板上的信号地与屏...

发表于 2018-04-30 22:24 652次阅读
你知道PCB的接地对机箱泄露有什么影响吗?

埋嵌元件PCB的元件互联技术和评价解析

埋嵌元件基板由于元器件的三维配置而使PCB或者模组小型化,缩短元件之间的连接路径,降低传输损失,它是...

发表于 2018-04-30 17:44 854次阅读
埋嵌元件PCB的元件互联技术和评价解析

惊呼!新能源汽车将给国内汽车板市场带来30亿元的...

传统汽车现阶段电子化程度不高,对PCB的需求量较小,PCB价值量也比较低。

发表于 2018-04-30 15:58 1099次阅读
惊呼!新能源汽车将给国内汽车板市场带来30亿元的...

射频电路的设计中需要注意的一些小技巧

布线过程中需要注意的就是控制阻抗,比如走线时应该尽量控制走线的特征是50Ω,而电阻跟线宽有关系,在进...

发表于 2018-04-28 11:34 350次阅读
射频电路的设计中需要注意的一些小技巧

几招pcb底板变形的修正方法

PCB抄板改变孔位法在掌握数字化编程仪的操作技术情况下,先对底片和钻孔试验板进行对照,测量并分别记下...

发表于 2018-04-28 11:21 519次阅读
几招pcb底板变形的修正方法

影响PCB板价格的各种因素及报价

PCB的价格是很多采购者一直很困惑的事情,很多人在线下单时也会疑问这些价格是怎么算出来的,下面我们就...

发表于 2018-04-28 10:48 619次阅读
影响PCB板价格的各种因素及报价

如何分析电路是属于数字部分呢还是模拟部分?

那么可能有些同学会问,假设我现在有一个电源地,一个数字地,一个模拟地,是谁跟谁连?谁又跟谁通过电容连...

发表于 2018-04-28 09:47 682次阅读
如何分析电路是属于数字部分呢还是模拟部分?

PCB的产业已经趋向于饱和,下个增长点会是什么?

就目前来看,pcb的产业已经趋向于饱和,经过几十年的发展,PCB 行业已成为全球性行业,但近几年总产...

发表于 2018-04-27 15:04 497次阅读
PCB的产业已经趋向于饱和,下个增长点会是什么?

研发流程中的EMC设计,EMC基础知识、测试、设...

工作电压宽的EMC特性好,工作电压低的EMC特性好,在设计允许的范围内延时大(通常所说的速度慢)特...

发表于 2018-04-27 09:18 746次阅读
研发流程中的EMC设计,EMC基础知识、测试、设...