Este artículo explica las 4 características básicas de los circuitos de RF desde cuatro aspectos: interfaz de RF, señal esperada pequeña, señal de interferencia grande e interferencia de canales adyacentes, y brinda factores importantes que necesitan atención especial en el proceso de diseño de PCB.
Simulación de circuito RF de la interfaz de RF.
En el concepto de transmisor y receptor inalámbricos, se puede dividir en dos partes: frecuencia fundamental y radiofrecuencia.La frecuencia fundamental contiene el rango de frecuencia de la señal de entrada del transmisor y el rango de frecuencia de la señal de salida del receptor.El ancho de banda de la frecuencia fundamental determina la velocidad básica a la que pueden fluir los datos en el sistema.La frecuencia fundamental se utiliza para mejorar la confiabilidad del flujo de datos y reducir la carga impuesta por el transmisor sobre el medio de transmisión a una velocidad de datos determinada.Por lo tanto, el diseño de PCB del circuito de frecuencia fundamental requiere un amplio conocimiento de la ingeniería de procesamiento de señales.El circuito de RF del transmisor convierte y aumenta la señal de frecuencia fundamental procesada a un canal específico e inyecta esta señal en el medio de transmisión.Por el contrario, el circuito de RF del receptor adquiere la señal del medio de transmisión y la convierte y la reduce a la frecuencia fundamental.
Los transmisores tienen dos objetivos principales de diseño de PCB: el primero es que deben transmitir una cantidad específica de energía y al mismo tiempo consumir la menor cantidad de energía posible.La segunda es que no pueden interferir con el funcionamiento normal del transceptor en canales adyacentes.En términos del receptor, hay tres objetivos principales en el diseño de PCB: primero, deben restaurar con precisión las señales pequeñas;en segundo lugar, deben poder eliminar las señales de interferencia fuera del canal deseado;el último punto es igual que el transmisor, deben consumir muy poca energía.
Simulación de circuitos RF de grandes señales de interferencia.
Los receptores deben ser sensibles a las señales pequeñas, incluso cuando hay grandes señales de interferencia (bloqueadores).Esta situación surge cuando se intenta recibir una señal de transmisión débil o distante con un transmisor potente que transmite en el canal adyacente cercano.La señal de interferencia puede ser de 60 a 70 dB mayor que la señal esperada y puede bloquear la recepción de la señal normal en la fase de entrada del receptor con una gran cantidad de cobertura o haciendo que el receptor genere una cantidad excesiva de ruido en el fase de entrada.Esos dos problemas mencionados anteriormente pueden ocurrir si el receptor, en la etapa de entrada, es llevado a la región de no linealidad por la fuente de interferencia.Para evitar estos problemas, la parte frontal del receptor debe ser muy lineal.
Por lo tanto, la "linealidad" también es una consideración importante al diseñar la PCB del receptor.Como el receptor es un circuito de banda estrecha, la no linealidad sirve para medir la "distorsión de intermodulación (distorsión de intermodulación)" en las estadísticas.Esto implica utilizar dos ondas sinusoidales o coseno de frecuencia similar y ubicadas en la banda central (en banda) para impulsar la señal de entrada y luego medir el producto de su distorsión de intermodulación.En general, SPICE es un software de simulación costoso y que requiere mucho tiempo porque debe realizar muchos ciclos antes de poder obtener la resolución de frecuencia deseada para comprender la distorsión.
Simulación de circuito RF de pequeña señal deseada.
El receptor debe ser muy sensible para detectar pequeñas señales de entrada.En general, la potencia de entrada del receptor puede ser tan pequeña como 1 μV.la sensibilidad del receptor está limitada por el ruido generado por su circuito de entrada.Por lo tanto, el ruido es una consideración importante al diseñar un receptor para PCB.Además, es fundamental tener la capacidad de predecir el ruido con herramientas de simulación.La Figura 1 es un receptor superheterodino (superheterodino) típico.La señal recibida primero se filtra y luego la señal de entrada se amplifica con un amplificador de bajo ruido (LNA).Luego, el primer oscilador local (LO) se usa para mezclar con esta señal y convertirla a frecuencia intermedia (IF).La efectividad del ruido del circuito frontal (front-end) depende principalmente del LNA, el mezclador (mezclador) y el LO.Aunque con el análisis de ruido SPICE convencional se puede buscar el ruido LNA, es inútil para el mezclador y LO, porque el ruido en estos bloques afectará seriamente la señal LO muy grande.
La pequeña señal de entrada requiere que el receptor esté extremadamente amplificado, lo que generalmente requiere una ganancia de hasta 120 dB.Con una ganancia tan alta, cualquier señal acoplada desde la salida (parejas) a la entrada puede crear problemas.La razón importante para utilizar la arquitectura de receptor súper atípico es que permite distribuir la ganancia en varias frecuencias para reducir la posibilidad de acoplamiento.Esto también hace que la primera frecuencia LO sea diferente de la frecuencia de la señal de entrada, lo que puede evitar que la señal de interferencia grande "contamine" la señal de entrada pequeña.
Por diferentes razones, en algunos sistemas de comunicación inalámbrica, la arquitectura de conversión directa (conversión directa) o diferencial interna (homodina) puede reemplazar la arquitectura diferencial ultraexterna.En esta arquitectura, la señal de entrada de RF se convierte directamente a la frecuencia fundamental en un solo paso, de modo que la mayor parte de la ganancia está en la frecuencia fundamental y el LO está a la misma frecuencia que la señal de entrada.En este caso, se debe comprender el impacto de una pequeña cantidad de acoplamiento y se debe establecer un modelo detallado de la “ruta de la señal parásita”, como por ejemplo: acoplamiento a través del sustrato, acoplamiento entre la huella del paquete y la línea de soldadura (cable de unión). , y acoplamiento a través del acoplamiento de línea eléctrica.
Simulación de circuitos de RF de interferencia de canales adyacentes
La distorsión también juega un papel importante en el transmisor.La no linealidad generada por el transmisor en el circuito de salida puede hacer que el ancho de frecuencia de la señal transmitida se extienda a través de canales adyacentes.Este fenómeno se llama "recrecimiento espectral".Antes de que la señal llegue al amplificador de potencia (PA) del transmisor, su ancho de banda es limitado;sin embargo, la “distorsión de intermodulación” en el PA hace que el ancho de banda aumente nuevamente.Si el ancho de banda aumenta demasiado, el transmisor no podrá satisfacer los requisitos de potencia de sus canales vecinos.Al transmitir una señal de modulación digital, es prácticamente imposible predecir el nuevo crecimiento del espectro con SPICE.Debido a que se deben simular alrededor de 1000 símbolos digitales (símbolo) de la operación de transmisión para obtener un espectro representativo, y también es necesario combinar la portadora de alta frecuencia, esto hará que el análisis transitorio de SPICE se vuelva poco práctico.
Hora de publicación: 31-mar-2022