1. Hochfrequenzschnittstelle der Hochfrequenzschaltungssimulation
Der drahtlose Sender und Empfänger sind konzeptionell in zwei Teile unterteilt: Grundfrequenz und Funkfrequenz. Die Grundfrequenz umfasst den Frequenzbereich des Eingangssignals des Senders und den Frequenzbereich des Ausgangssignals des Empfängers. Die Bandbreite der Grundfrequenz bestimmt die Grundrate, mit der Daten im System fließen können. Die Grundfrequenz wird verwendet, um die Zuverlässigkeit des Datenstroms zu verbessern und die vom Sender auf das Übertragungsmedium bei einer bestimmten Datenübertragungsrate ausgeübte Last zu verringern. Daher sind beim Entwurf einer Grundfrequenzschaltung auf einer Leiterplatte viele Kenntnisse der Signalverarbeitungstechnik erforderlich. Die Hochfrequenzschaltung des Senders kann das verarbeitete Basisbandsignal in einen bestimmten Kanal umwandeln und hochkonvertieren und dieses Signal in das Übertragungsmedium einspeisen. Im Gegensatz dazu kann die Hochfrequenzschaltung des Empfängers das Signal vom Übertragungsmedium erhalten und die Frequenz in die Grundfrequenz umwandeln und reduzieren.
Der Sender hat zwei Hauptziele beim Design von Leiterplatten: Das erste ist, dass er eine bestimmte Leistung übertragen muss, während er die geringstmögliche Leistung verbraucht. Das zweite ist, dass sie den normalen Betrieb von Transceivern in benachbarten Kanälen nicht stören können. Für den Empfänger gibt es drei Hauptziele für das PCB-Design: Erstens müssen sie kleine Signale genau wiederherstellen. zweitens müssen sie in der Lage sein, Störsignale außerhalb des gewünschten Kanals zu entfernen; und schließlich müssen sie wie der Sender Strom verbrauchen. Sehr klein.
2. Das große Interferenzsignal der Hochfrequenzschaltungssimulation
Der Empfänger muss sehr empfindlich auf kleine Signale reagieren, auch wenn große Störsignale (Hindernisse) vorliegen. Diese Situation tritt auf, wenn versucht wird, ein schwaches oder Fernübertragungssignal zu empfangen, und ein leistungsfähiger Sender in der Nähe in einem benachbarten Kanal sendet. Das Störsignal kann 60 bis 70 dB größer sein als das erwartete Signal, und es kann während der Eingangsstufe des Empfängers in großem Umfang verwendet werden, oder der Empfänger kann während der Eingangsstufe übermäßiges Rauschen erzeugen, um den Empfang von zu blockieren normale Signale. Wenn der Empfänger während der Eingangsstufe von der Interferenzquelle in einen nichtlinearen Bereich getrieben wird, treten die beiden oben genannten Probleme auf. Um diese Probleme zu vermeiden, muss das Frontend des Empfängers sehr linear sein.
Daher ist "Linearität" auch ein wichtiger Gesichtspunkt beim PCB-Design des Empfängers. Da der Empfänger eine Schmalbandschaltung ist, wird die Nichtlinearität durch Messen der "Intermodulationsverzerrung" gemessen. Dies beinhaltet die Verwendung von zwei Sinuswellen oder Cosinuswellen mit ähnlichen Frequenzen, die sich im Mittelband befinden, um das Eingangssignal anzusteuern, und die anschließende Messung des Produkts seiner Intermodulation. Im Allgemeinen ist SPICE eine zeitaufwändige und kostenintensive Simulationssoftware, da viele Berechnungszyklen durchgeführt werden müssen, um die erforderliche Frequenzauflösung zum Verständnis der Verzerrung zu erhalten.
3. Kleines erwartetes Signal für die HF-Schaltungssimulation
Der Empfänger muss sehr empfindlich sein, um kleine Eingangssignale zu erkennen. Im Allgemeinen kann die Eingangsleistung des Empfängers nur 1 μV betragen. Die Empfindlichkeit des Empfängers wird durch das von seiner Eingangsschaltung erzeugte Rauschen begrenzt. Daher spielt Rauschen eine wichtige Rolle bei der Leiterplattenkonstruktion des Empfängers. Darüber hinaus ist die Fähigkeit, Rauschen mit Simulationswerkzeugen vorherzusagen, unabdingbar. Fig. 1 ist ein typischer Überlagerungsempfänger. Das empfangene Signal wird zuerst gefiltert und dann das Eingangssignal durch einen rauscharmen Verstärker (LNA) verstärkt. Verwenden Sie dann den ersten lokalen Oszillator (LO), um mit diesem Signal zu mischen und dieses Signal in eine Zwischenfrequenz (IF) umzuwandeln. Das Rauschverhalten der Front-End-Schaltung hängt hauptsächlich von LNA, Mischer und LO ab. Obwohl die herkömmliche SPICE-Rauschanalyse das Rauschen des LNA ermitteln kann, ist sie für den Mischer und den LO nutzlos, da das Rauschen in diesen Blöcken durch das große LO-Signal ernsthaft beeinträchtigt wird.
Für ein kleines Eingangssignal muss der Empfänger eine große Verstärkungsfunktion haben. In der Regel ist eine Verstärkung von 120 dB erforderlich. Bei einer so hohen Verstärkung kann jedes Signal, das vom Ausgangsanschluss zurück zum Eingangsanschluss gekoppelt wird, Probleme verursachen. Der wichtige Grund für die Verwendung der Überlagerungsempfängerarchitektur besteht darin, dass sie die Verstärkung auf mehrere Frequenzen verteilen kann, um die Wahrscheinlichkeit einer Kopplung zu verringern. Dadurch unterscheidet sich auch die Frequenz des ersten LO von der Frequenz des Eingangssignals, wodurch verhindert werden kann, dass große Interferenzsignale durch kleine Eingangssignale "verunreinigt" werden.
Aus verschiedenen Gründen kann in einigen drahtlosen Kommunikationssystemen eine direkte Konvertierungs- oder Homodynarchitektur die Überlagerungsarchitektur ersetzen. In dieser Architektur wird das HF-Eingangssignal in einem einzigen Schritt direkt in die Grundfrequenz umgewandelt. Daher liegt der größte Teil der Verstärkung in der Grundfrequenz, und die Frequenz des LO und des Eingangssignals ist gleich. In diesem Fall muss der Einfluss eines geringen Kopplungsbetrags verstanden und ein detailliertes Modell des "Streusignalpfads" erstellt werden, wie z. B.: Kopplung durch das Substrat, Gehäusestifte und Bonddrähte (Bondwire) zwischen dem Kopplung und die Kopplung durch die Stromleitung.
4. Nachbarkanalstörungen bei der Hochfrequenzschaltungssimulation
Verzerrung spielt auch im Sender eine wichtige Rolle. Die vom Sender in der Ausgangsschaltung erzeugte Nichtlinearität kann die Bandbreite des übertragenen Signals in benachbarten Kanälen verteilen. Dieses Phänomen wird als "spektrales Nachwachsen" bezeichnet. Bevor das Signal den Leistungsverstärker (PA) des Senders erreicht, ist seine Bandbreite begrenzt. Die "Intermodulationsverzerrung" in der PA führt jedoch dazu, dass die Bandbreite wieder zunimmt. Wenn die Bandbreite zu stark erhöht wird, kann der Sender die Leistungsanforderungen seiner Nachbarkanäle nicht erfüllen. Tatsächlich ist es bei der Übertragung digital modulierter Signale unmöglich, SPICE zu verwenden, um das weitere Wachstum des Spektrums vorherzusagen. Da es ungefähr 1000 digitale Symbole (Symbol) gibt, müssen Übertragungsvorgänge simuliert werden, um ein repräsentatives Spektrum zu erhalten, und es müssen auch Hochfrequenzträger kombiniert werden, was eine SPICE-Transientenanalyse unpraktisch macht.
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