Bài viết này giải thích 4 đặc điểm cơ bản của mạch RF từ bốn khía cạnh: giao diện RF, tín hiệu mong đợi nhỏ, tín hiệu nhiễu lớn và nhiễu từ các kênh lân cận, đồng thời đưa ra các yếu tố quan trọng cần đặc biệt chú ý trong quá trình thiết kế PCB.
Mô phỏng mạch RF của giao diện RF
Máy phát và máy thu không dây trong khái niệm này có thể được chia thành hai phần tần số cơ bản và tần số vô tuyến.Tần số cơ bản chứa dải tần của tín hiệu đầu vào của máy phát và dải tần của tín hiệu đầu ra của máy thu.Băng thông của tần số cơ bản xác định tốc độ cơ bản mà dữ liệu có thể truyền trong hệ thống.Tần số cơ bản được sử dụng để cải thiện độ tin cậy của luồng dữ liệu và giảm tải do máy phát áp đặt lên môi trường truyền ở tốc độ dữ liệu nhất định.Do đó, thiết kế PCB của mạch tần số cơ bản đòi hỏi kiến thức sâu rộng về kỹ thuật xử lý tín hiệu.Mạch RF của máy phát chuyển đổi và nâng cấp tín hiệu tần số cơ bản đã được xử lý thành kênh được chỉ định và đưa tín hiệu này vào môi trường truyền dẫn.Ngược lại, mạch RF của máy thu thu tín hiệu từ phương tiện truyền dẫn rồi chuyển đổi và giảm tỷ lệ xuống tần số cơ bản.
Máy phát có hai mục tiêu thiết kế PCB chính: thứ nhất là chúng phải truyền một lượng điện năng cụ thể trong khi tiêu thụ ít điện năng nhất có thể.Thứ hai là chúng không thể can thiệp vào hoạt động bình thường của bộ thu phát ở các kênh lân cận.Về mặt máy thu, có ba mục tiêu thiết kế PCB chính: thứ nhất, chúng phải khôi phục chính xác các tín hiệu nhỏ;thứ hai, họ phải có khả năng loại bỏ các tín hiệu nhiễu bên ngoài kênh mong muốn;điểm cuối cùng cũng giống như máy phát, chúng phải tiêu thụ rất ít điện năng.
Mô phỏng mạch RF của tín hiệu nhiễu lớn
Máy thu phải nhạy với các tín hiệu nhỏ, ngay cả khi có tín hiệu gây nhiễu lớn (bộ chặn).Tình huống này phát sinh khi cố gắng nhận tín hiệu truyền yếu hoặc ở xa bằng máy phát mạnh phát sóng ở kênh lân cận gần đó.Tín hiệu gây nhiễu có thể lớn hơn tín hiệu dự kiến từ 60 đến 70 dB và có thể chặn việc thu tín hiệu bình thường trong pha đầu vào của máy thu với phạm vi phủ sóng lớn hoặc bằng cách khiến máy thu tạo ra lượng nhiễu quá mức trong pha đầu vào của máy thu. giai đoạn đầu vàoHai vấn đề nêu trên có thể xảy ra nếu máy thu, ở giai đoạn đầu vào, bị nguồn nhiễu đưa vào vùng phi tuyến.Để tránh những vấn đề này, mặt trước của máy thu phải rất tuyến tính.
Do đó, “độ tuyến tính” cũng là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi thiết kế PCB máy thu.Vì máy thu là một mạch băng tần hẹp nên độ phi tuyến dùng để đo “độ méo xuyên điều chế (độ méo xuyên điều chế)” theo số liệu thống kê.Điều này liên quan đến việc sử dụng hai sóng hình sin hoặc cos có tần số tương tự nhau và nằm ở dải trung tâm (trong dải) để điều khiển tín hiệu đầu vào, sau đó đo tích của độ méo xuyên điều chế của nó.Nhìn chung, SPICE là một phần mềm mô phỏng tốn nhiều thời gian và tốn kém vì nó phải thực hiện nhiều chu kỳ trước khi có thể đạt được độ phân giải tần số mong muốn để hiểu được độ méo.
Mô phỏng mạch RF của tín hiệu mong muốn nhỏ
Máy thu phải rất nhạy để phát hiện các tín hiệu đầu vào nhỏ.Nói chung, công suất đầu vào của máy thu có thể nhỏ tới 1 μV.độ nhạy của máy thu bị giới hạn bởi nhiễu do mạch đầu vào của nó tạo ra.Do đó, tiếng ồn là yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi thiết kế bộ thu cho PCB.Hơn nữa, việc có khả năng dự đoán tiếng ồn bằng các công cụ mô phỏng là điều cần thiết.Hình 1 là một máy thu siêu âm (siêu âm) điển hình.Tín hiệu nhận được trước tiên được lọc và sau đó tín hiệu đầu vào được khuếch đại bằng bộ khuếch đại nhiễu thấp (LNA).Bộ tạo dao động cục bộ đầu tiên (LO) sau đó được sử dụng để trộn với tín hiệu này để chuyển đổi tín hiệu này sang tần số trung gian (IF).Hiệu quả chống ồn của mạch front-end (front-end) phụ thuộc chủ yếu vào LNA, mixer (bộ trộn) và LO.Mặc dù sử dụng phân tích nhiễu SPICE thông thường, bạn có thể tìm kiếm nhiễu LNA, nhưng đối với bộ trộn và LO thì điều đó là vô ích, vì nhiễu trong các khối này sẽ là tín hiệu LO rất lớn bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Tín hiệu đầu vào nhỏ yêu cầu máy thu phải được khuếch đại cực lớn, thường yêu cầu mức tăng cao tới 120 dB.Ở mức tăng cao như vậy, bất kỳ tín hiệu nào được ghép từ đầu ra (cặp) trở lại đầu vào đều có thể tạo ra vấn đề.Lý do quan trọng của việc sử dụng kiến trúc máy thu siêu ngoại lệ là vì nó cho phép độ lợi được phân bổ trên nhiều tần số để giảm khả năng ghép nối.Điều này cũng làm cho tần số LO đầu tiên khác với tần số tín hiệu đầu vào, có thể ngăn chặn sự “ô nhiễm” nhiễu tín hiệu lớn đối với tín hiệu đầu vào nhỏ.
Vì những lý do khác nhau, trong một số hệ thống truyền thông không dây, kiến trúc chuyển đổi trực tiếp (chuyển đổi trực tiếp) hoặc kiến trúc vi sai bên trong (homodyne) có thể thay thế kiến trúc vi sai siêu ngoài.Trong kiến trúc này, tín hiệu đầu vào RF được chuyển đổi trực tiếp sang tần số cơ bản trong một bước duy nhất, do đó phần lớn mức tăng nằm ở tần số cơ bản và LO có cùng tần số với tín hiệu đầu vào.Trong trường hợp này, phải hiểu rõ tác động của một lượng nhỏ khớp nối và phải thiết lập mô hình chi tiết của “đường tín hiệu đi lạc”, chẳng hạn như: khớp nối qua đế, khớp nối giữa dấu chân gói và đường hàn (bondwire) và khớp nối thông qua khớp nối đường dây điện.
Mô phỏng mạch RF của nhiễu kênh lân cận
Sự biến dạng cũng đóng một vai trò quan trọng trong máy phát.Tính phi tuyến do máy phát tạo ra trong mạch đầu ra có thể khiến độ rộng tần số của tín hiệu truyền đi bị trải rộng trên các kênh lân cận.Hiện tượng này được gọi là “tái sinh quang phổ”.Trước khi tín hiệu đến bộ khuếch đại công suất (PA) của máy phát, băng thông của nó bị hạn chế;tuy nhiên, “méo điều chế” trong PA khiến băng thông tăng trở lại.Nếu băng thông tăng quá nhiều, máy phát sẽ không thể đáp ứng được yêu cầu về công suất của các kênh lân cận.Khi truyền tín hiệu điều chế kỹ thuật số, thực tế không thể dự đoán được sự tăng trở lại của phổ bằng SPICE.Bởi vì khoảng 1000 ký hiệu (ký hiệu) kỹ thuật số của hoạt động truyền phải được mô phỏng để thu được phổ đại diện và cũng cần kết hợp sóng mang tần số cao, những điều này sẽ khiến việc phân tích nhất thời SPICE trở nên không thực tế.
Thời gian đăng: 31-03-2022