Cet article explique les 4 caractéristiques de base des circuits RF sous quatre aspects : interface RF, petit signal attendu, signal d'interférence important et interférence des canaux adjacents, et donne les facteurs importants qui nécessitent une attention particulière dans le processus de conception de PCB.
Simulation de circuit RF de l'interface RF
L'émetteur et le récepteur sans fil dans le concept peuvent être divisés en deux parties : la fréquence fondamentale et la fréquence radio.La fréquence fondamentale contient la plage de fréquences du signal d'entrée de l'émetteur et la plage de fréquences du signal de sortie du récepteur.La bande passante de la fréquence fondamentale détermine le débit de base auquel les données peuvent circuler dans le système.La fréquence fondamentale est utilisée pour améliorer la fiabilité du flux de données et pour réduire la charge imposée par l'émetteur sur le support de transmission à un débit de données donné.Par conséquent, la conception du circuit imprimé à fréquence fondamentale nécessite une connaissance approfondie de l’ingénierie du traitement du signal.Les circuits RF de l'émetteur convertissent et mettent à l'échelle le signal de fréquence fondamentale traité vers un canal spécifié et injectent ce signal dans le support de transmission.À l'inverse, les circuits RF du récepteur acquièrent le signal du support de transmission, le convertissent et le réduisent à la fréquence fondamentale.
Les émetteurs ont deux objectifs principaux en matière de conception de circuits imprimés : le premier est qu'ils doivent transmettre une quantité spécifique d'énergie tout en consommant le moins d'énergie possible.La seconde est qu'ils ne peuvent pas interférer avec le fonctionnement normal de l'émetteur-récepteur dans les canaux adjacents.En ce qui concerne le récepteur, il y a trois objectifs principaux dans la conception des PCB : premièrement, ils doivent restituer avec précision les petits signaux ;deuxièmement, ils doivent être capables d’éliminer les signaux d’interférence en dehors du canal souhaité ;le dernier point est le même que l'émetteur, ils doivent consommer très peu d'énergie.
Simulation de circuits RF de grands signaux interférents
Les récepteurs doivent être sensibles aux petits signaux, même lorsque de gros signaux interférents (bloqueurs) sont présents.Cette situation se produit lorsque vous essayez de recevoir un signal de transmission faible ou distant avec un émetteur puissant diffusant dans le canal adjacent à proximité.Le signal brouilleur peut être de 60 à 70 dB supérieur au signal attendu et peut bloquer la réception du signal normal dans la phase d'entrée du récepteur avec une grande couverture ou en amenant le récepteur à générer une quantité excessive de bruit dans la phase d'entrée du récepteur. phase d'entrée.Les deux problèmes mentionnés ci-dessus peuvent survenir si le récepteur, dans l'étage d'entrée, est entraîné dans la région de non-linéarité par la source d'interférence.Pour éviter ces problèmes, l’avant du récepteur doit être très linéaire.
Par conséquent, la « linéarité » est également une considération importante lors de la conception du PCB du récepteur.Comme le récepteur est un circuit à bande étroite, la non-linéarité consiste donc à mesurer la « distorsion d'intermodulation (distorsion d'intermodulation) » aux statistiques.Cela implique d'utiliser deux ondes sinusoïdales ou cosinusoïdales de fréquence similaire et situées dans la bande centrale (en bande) pour piloter le signal d'entrée, puis de mesurer le produit de sa distorsion d'intermodulation.Dans l’ensemble, SPICE est un logiciel de simulation long et coûteux car il doit effectuer de nombreux cycles avant de pouvoir obtenir la résolution de fréquence souhaitée pour comprendre la distorsion.
Simulation de circuit RF d'un petit signal souhaité
Le récepteur doit être très sensible pour détecter les petits signaux d’entrée.En général, la puissance d’entrée du récepteur peut être aussi petite que 1 μV.la sensibilité du récepteur est limitée par le bruit généré par son circuit d'entrée.Par conséquent, le bruit est une considération importante lors de la conception d’un récepteur pour PCB.De plus, avoir la capacité de prédire le bruit avec des outils de simulation est essentiel.La figure 1 est un récepteur superhétérodyne (superhétérodyne) typique.Le signal reçu est d'abord filtré puis le signal d'entrée est amplifié avec un amplificateur à faible bruit (LNA).Le premier oscillateur local (LO) est ensuite utilisé pour se mélanger à ce signal pour convertir ce signal en fréquence intermédiaire (IF).L'efficacité du bruit du circuit frontal (front-end) dépend principalement du LNA, du mélangeur (mixeur) et du LO.bien qu'en utilisant l'analyse de bruit SPICE conventionnelle, vous pouvez rechercher le bruit LNA, mais pour le mélangeur et LO, cela ne sert à rien, car le bruit dans ces blocs sera un très gros signal LO sérieusement affecté.
Le petit signal d'entrée nécessite que le récepteur soit extrêmement amplifié, nécessitant généralement un gain pouvant atteindre 120 dB.Avec un gain aussi élevé, tout signal couplé de la sortie (couples) à l'entrée peut créer des problèmes.La raison importante de l'utilisation de l'architecture de récepteur super aberrante est qu'elle permet de répartir le gain sur plusieurs fréquences afin de réduire les risques de couplage.Cela rend également la première fréquence LO différente de la fréquence du signal d'entrée, ce qui peut empêcher la «pollution» des signaux d'interférence importants sur le petit signal d'entrée.
Pour différentes raisons, dans certains systèmes de communication sans fil, une architecture à conversion directe (conversion directe) ou différentielle interne (homodyne) peut remplacer l'architecture différentielle ultra-externe.Dans cette architecture, le signal d'entrée RF est directement converti en fréquence fondamentale en une seule étape, de sorte que la majeure partie du gain se trouve dans la fréquence fondamentale et que le LO soit à la même fréquence que le signal d'entrée.Dans ce cas, l'impact d'un faible couplage doit être compris et un modèle détaillé du « chemin du signal parasite » doit être établi, tel que : couplage à travers le substrat, couplage entre l'empreinte du boîtier et la ligne de soudure (fil de liaison) , et couplage via le couplage de ligne électrique.
Simulation de circuit RF des interférences de canaux adjacents
La distorsion joue également un rôle important dans l'émetteur.La non-linéarité générée par l'émetteur dans le circuit de sortie peut provoquer la propagation de la largeur de fréquence du signal transmis sur les canaux adjacents.Ce phénomène est appelé « repousse spectrale ».Avant que le signal n'atteigne l'amplificateur de puissance (PA) de l'émetteur, sa bande passante est limitée ;cependant, la « distorsion d'intermodulation » dans le PA entraîne une nouvelle augmentation de la bande passante.Si la bande passante augmente trop, l’émetteur ne pourra pas répondre aux besoins en puissance de ses canaux voisins.Lors de la transmission d'un signal de modulation numérique, il est pratiquement impossible de prédire la repousse du spectre avec SPICE.Étant donné qu'environ 1 000 symboles numériques (symbole) de l'opération de transmission doivent être simulés pour obtenir un spectre représentatif, et doivent également combiner la porteuse haute fréquence, ceux-ci rendront l'analyse transitoire SPICE peu pratique.
Heure de publication : 31 mars 2022