Este artigo explica as 4 características básicas dos circuitos de RF a partir de quatro aspectos: interface de RF, pequeno sinal esperado, grande sinal de interferência e interferência de canais adjacentes, e fornece fatores importantes que precisam de atenção especial no processo de design de PCB.
Simulação de circuito de RF da interface de RF
O transmissor e receptor sem fio no conceito podem ser divididos em duas partes: frequência fundamental e radiofrequência.A frequência fundamental contém a faixa de frequência do sinal de entrada do transmissor e a faixa de frequência do sinal de saída do receptor.A largura de banda da frequência fundamental determina a taxa básica na qual os dados podem fluir no sistema.A frequência fundamental é usada para melhorar a confiabilidade do fluxo de dados e reduzir a carga imposta pelo transmissor ao meio de transmissão a uma determinada taxa de dados.Portanto, o projeto de PCB do circuito de frequência fundamental requer amplo conhecimento de engenharia de processamento de sinal.O circuito de RF do transmissor converte e aumenta o sinal de frequência fundamental processado para um canal especificado e injeta esse sinal no meio de transmissão.Por outro lado, o circuito de RF do receptor adquire o sinal do meio de transmissão e o converte e reduz para a frequência fundamental.
Os transmissores têm dois objetivos principais de projeto de PCB: o primeiro é que eles devem transmitir uma quantidade específica de energia enquanto consomem a menor quantidade de energia possível.A segunda é que eles não podem interferir na operação normal do transceptor em canais adjacentes.Em termos de receptor, existem três objetivos principais de design de PCB: primeiro, eles devem restaurar pequenos sinais com precisão;segundo, devem ser capazes de remover sinais de interferência fora do canal desejado;o último ponto é igual ao transmissor, eles devem consumir pouquíssima energia.
Simulação de circuito RF de grandes sinais interferentes
Os receptores devem ser sensíveis a pequenos sinais, mesmo quando grandes sinais interferentes (bloqueadores) estiverem presentes.Esta situação surge ao tentar receber um sinal de transmissão fraco ou distante com um transmissor poderoso transmitindo no canal adjacente próximo.O sinal interferente pode ser 60 a 70 dB maior que o sinal esperado e pode bloquear a recepção do sinal normal na fase de entrada do receptor com grande cobertura ou fazer com que o receptor gere uma quantidade excessiva de ruído no fase de entrada.Esses dois problemas mencionados acima podem ocorrer se o receptor, no estágio de entrada, for levado para a região de não linearidade pela fonte de interferência.Para evitar estes problemas, a parte frontal do receptor deve ser muito linear.
Portanto, a “linearidade” também é uma consideração importante ao projetar a PCB do receptor.Como o receptor é um circuito de banda estreita, a não linearidade serve para medir a “distorção de intermodulação (distorção de intermodulação)” para as estatísticas.Isso envolve o uso de duas ondas senoidais ou cosseno de frequência semelhante e localizadas na banda central (na banda) para acionar o sinal de entrada e, em seguida, medir o produto de sua distorção de intermodulação.Em geral, o SPICE é um software de simulação demorado e caro porque deve realizar muitos ciclos antes de obter a resolução de frequência desejada para compreender a distorção.
Simulação de circuito de RF de pequeno sinal desejado
O receptor deve ser muito sensível para detectar pequenos sinais de entrada.Em geral, a potência de entrada do receptor pode ser tão pequena quanto 1 μV.a sensibilidade do receptor é limitada pelo ruído gerado pelo seu circuito de entrada.Portanto, o ruído é uma consideração importante ao projetar um receptor para PCB.Além disso, é essencial ter a capacidade de prever ruído com ferramentas de simulação.A Figura 1 é um receptor super-heteródino (super-heteródino) típico.O sinal recebido é primeiro filtrado e depois o sinal de entrada é amplificado com um amplificador de baixo ruído (LNA).O primeiro oscilador local (LO) é então usado para misturar com este sinal para convertê-lo em frequência intermediária (IF).A eficácia do ruído do circuito front-end (front-end) depende principalmente do LNA, mixer (mixer) e LO.embora o uso da análise de ruído SPICE convencional, você possa procurar o ruído LNA, mas para o mixer e LO, é inútil, porque o ruído nesses blocos será um sinal LO muito grande, seriamente afetado.
O pequeno sinal de entrada exige que o receptor seja extremamente amplificado, geralmente exigindo um ganho de até 120 dB.Com um ganho tão alto, qualquer sinal acoplado da saída (acopla) de volta à entrada pode criar problemas.A razão importante para usar a arquitetura do receptor super outlier é que ela permite que o ganho seja distribuído por várias frequências para reduzir a chance de acoplamento.Isso também faz com que a primeira frequência LO seja diferente da frequência do sinal de entrada, podendo evitar uma grande “poluição” do sinal de interferência no pequeno sinal de entrada.
Por diferentes razões, em alguns sistemas de comunicação sem fio, a arquitetura de conversão direta (conversão direta) ou diferencial interna (homódina) pode substituir a arquitetura diferencial ultraexterna.Nesta arquitetura, o sinal de entrada de RF é convertido diretamente para a frequência fundamental em uma única etapa, de modo que a maior parte do ganho esteja na frequência fundamental e o LO esteja na mesma frequência do sinal de entrada.Neste caso, o impacto de uma pequena quantidade de acoplamento deve ser compreendido e um modelo detalhado do “caminho do sinal perdido” deve ser estabelecido, tal como: acoplamento através do substrato, acoplamento entre a pegada da embalagem e a linha de solda (bondwire) e acoplamento através do acoplamento da linha de energia.
Simulação de circuito RF de interferência de canal adjacente
A distorção também desempenha um papel importante no transmissor.A não linearidade gerada pelo transmissor no circuito de saída pode fazer com que a largura de frequência do sinal transmitido se espalhe pelos canais adjacentes.Este fenômeno é chamado de “recrescimento espectral”.Antes que o sinal chegue ao amplificador de potência (PA) do transmissor, sua largura de banda é limitada;entretanto, a “distorção de intermodulação” no PA faz com que a largura de banda aumente novamente.Se a largura de banda aumentar muito, o transmissor não será capaz de atender aos requisitos de potência dos canais vizinhos.Ao transmitir um sinal de modulação digital, é praticamente impossível prever o novo crescimento do espectro com o SPICE.Como cerca de 1000 símbolos digitais (símbolo) da operação de transmissão devem ser simulados para obter um espectro representativo, e também é necessário combinar a portadora de alta frequência, isso tornará a análise transitória do SPICE inviável.
Horário da postagem: 31 de março de 2022