PCB기술 - RF PCB 회로의 특성

ipcb는 RF 인터페이스, 작은 예상 신호, 큰 간섭 신호 및 인접 채널의 간섭의 4가지 측면에서 RF PCB 회로의 4가지 기본 특성을 소개하고 PCB 설계 프로세스에서 특별한 주의가 필요한 중요한 요소를 제공합니다.

RF PCB 회로 시뮬레이션의 RF 인터페이스

개념적으로 무선 송신기와 수신기는 기본 주파수와 무선 주파수의 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 기본 주파수는 송신기의 입력 신호의 주파수 범위와 수신기의 출력 신호의 주파수 범위를 포함합니다. 기본 주파수의 대역폭은 시스템에 흐르는 기본 데이터 속도를 결정합니다. 기본 주파수는 데이터 스트림의 신뢰성을 향상시키고 특정 데이터 전송 속도에서 송신기가 전송 매체에 부과하는 부하를 줄이는 데 사용됩니다. 따라서 PCB의 기본 주파수 회로를 설계할 때 많은 신호 처리 공학 지식이 필요합니다. 송신기의 RF 회로는 처리된 기본 주파수 신호를 지정된 채널로 변환하고 신호를 전송 매체에 주입할 수 있습니다. 반대로 수신기의 RF 회로는 전송 매체에서 신호를 얻을 수 있으며 주파수를 기본 주파수로 변환 및 감소시킬 수 있습니다.

송신기에는 두 가지 주요 PCB 설계 목표가 있습니다. 가능한 한 적은 전력으로 특정 전력을 전송해야 합니다. 둘째, 인접 채널에서 트랜시버의 정상적인 작동을 방해할 수 없습니다. 수신기와 관련하여 세 가지 주요 PCB 설계 목표가 있습니다. 첫째, 작은 신호를 정확하게 복원해야 합니다. 둘째, 원하는 채널 외부의 간섭 신호를 제거할 수 있어야 합니다. 그리고 송신기와 마찬가지로 매우 적은 전력을 소비해야 합니다.

RF PCB 회로 시뮬레이션에서 큰 간섭 신호

수신기는 큰 간섭 신호(장애물)가 있는 경우에도 작은 신호에 민감해야 합니다. 이것은 약하거나 장거리 전송 신호를 수신하려고 시도하고 근처에 있는 강한 송신기가 인접 채널에서 방송 중일 때 발생합니다. 간섭 신호는 예상 신호보다 60 ~ 70dB 클 수 있으며 수신기의 입력 위상에서 많은 커버리지를 통해 정상적인 신호 수신을 차단하거나 수신기가 입력에서 너무 많은 노이즈를 생성하게 할 수 있습니다. 단계. 수신기가 입력 위상에서 간섭 소스에 의해 비선형 영역으로 구동되면 위의 두 가지 문제가 발생합니다. 이러한 문제를 방지하려면 수신기의 프런트 엔드가 매우 선형이어야 합니다.

따라서 "선형성"도 PCB 수신기 설계에서 중요한 고려 사항입니다. 수신기는 협대역 회로이므로 "상호변조 왜곡"을 측정하여 비선형성을 계산합니다. 여기에는 입력 신호를 구동하기 위해 대역 내 유사한 주파수를 가진 두 개의 사인파 또는 코사인파를 사용한 다음 상호 작용 변조의 곱을 측정하는 것이 포함됩니다. 일반적으로 Spice는 왜곡을 이해하는 데 필요한 주파수 분해능을 얻기 전에 많은 사이클을 수행해야 하기 때문에 시간이 많이 걸리고 비용 효율적인 시뮬레이션 소프트웨어입니다.

RF PCB 회로 시뮬레이션에서 작은 예상 신호

수신기는 작은 입력 신호에 민감해야 합니다. 일반적으로 수신기는 1μv의 작은 전력을 입력할 수 있습니다. 수신기의 감도는 입력 회로에서 발생하는 노이즈에 의해 제한됩니다. 따라서 노이즈는 PCB 수신기 설계에서 중요한 요소입니다. 또한 시뮬레이션 도구로 노이즈를 예측할 수 있는 능력이 필요합니다. 그림 1은 전형적인 슈퍼헤테로다인 수신기이다. 수신된 신호는 필터링된 다음 저잡음 증폭기(LNA)에 의해 증폭됩니다. 그런 다음 신호는 국부 발진기(LO)와 혼합되어 신호를 중간 주파수(if)로 변환합니다. 프런트 엔드 회로의 잡음 효율은 주로 LNA, 믹서 및 lo에 따라 다릅니다. LNA의 노이즈는 기존의 스파이스 노이즈 분석으로 찾을 수 있지만 믹서 및 LO에는 쓸모가 없습니다. 이러한 블록의 노이즈는 큰 LO 신호에 의해 심각하게 영향을 받기 때문입니다.

작은 입력 신호는 수신기가 일반적으로 120dB의 이득을 필요로 하는 큰 증폭 기능을 필요로 합니다. 이러한 높은 이득에서 커플링에서 다시 입력으로의 모든 신호는 문제를 일으킬 수 있습니다. 슈퍼헤테로다인 수신기 아키텍처를 사용하는 중요한 이유는 여러 주파수에 걸쳐 이득을 분배하여 결합 가능성을 줄일 수 있기 때문입니다. 이것은 또한 각 Lo의 주파수를 입력 신호의 주파수와 다르게 만들어 큰 간섭 신호가 작은 입력 신호로 "오염"되는 것을 방지할 수 있습니다.

여러 가지 이유로 일부 무선 통신 시스템에서는 직접 변환 또는 호모다인 아키텍처가 슈퍼헤테로다인 아키텍처를 대체할 수 있습니다. 이 아키텍처에서 RF 입력 신호는 단일 단계에서 기본 주파수로 직접 변환되므로 대부분의 이득은 기본 주파수에 있으며 lo는 입력 신호와 동일한 주파수입니다. 이 경우 소량의 커플링의 영향을 이해하고 기판을 통한 커플링, 패키지 핀과 본딩 와이어 사이의 커플링, 전력선을 통한 커플링과 같은 "표유 신호 경로"의 세부 모델을 설정해야 합니다.

RF PCB 회로 시뮬레이션에서 인접 채널 간섭

왜곡은 또한 송신기에서 중요한 역할을 합니다. 출력 회로에서 송신기의 비선형성은 전송된 신호의 대역폭을 인접 채널로 확산시킬 수 있습니다. 이 현상을 "스펙트럼 성장"이라고 합니다. 신호가 송신기의 전력 증폭기(PA)에 도달하기 전에 대역폭이 제한됩니다. 그러나 PA 내의 "상호변조 왜곡"으로 인해 대역폭이 다시 증가합니다. 대역폭이 너무 많이 증가하면 송신기는 인접 채널의 전력 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 디지털 변조 신호를 전송할 때 스파이스는 스펙트럼 재성장을 예측하는 데 사용할 수 없습니다. 대표 스펙트럼을 얻으려면 약 1000개의 기호를 시뮬레이션해야 하고 고주파수 반송파를 결합해야 하기 때문에 스파이스 과도 분석이 비실용적입니다.