PCB メーカーが PCB 図面ボードの知識を説明 - RF 回路

PCB メーカーが PCB 図面ボードの知識を説明 - RF 回路

このホワイト ペーパーでは、RF 回路の 4 つの基本特性を 4 つの側面から解釈します。RF インターフェース、小さな期待信号、大きな干渉信号、および隣接チャネルの干渉であり、PCB 設計で特別な注意が必要な重要な要素を示します。

RF回路シミュレーションのRFインターフェース

概念的には、ワイヤレス送信機と受信機は、基本周波数と無線周波数の 2 つの部分に分けることができます。 基本周波数には、送信機の入力信号の周波数範囲と受信機の出力信号の周波数範囲が含まれます。 基本周波数の帯域幅は、データがシステム内を流れる基本レートを決定します。 ベースバンドは、データ ストリームの信頼性を向上させ、特定のデータ伝送速度で送信機によって伝送媒体に課せられる負荷を軽減するために使用されます。 したがって、PCB 上に基本周波数回路を設計するには、多くの信号処理工学の知識が必要です。 送信機の RF 回路は、処理されたベースバンド信号を指定されたチャネルに変換してアップグレードし、この信号を伝送媒体に注入することができます。 逆に、受信機の RF 回路は、伝送媒体から信号を取得し、周波数を変換して基本周波数に下げることができます。

送信機には 2 つの主な PCB 設計目標があります。まず、最小の消費電力で特定の電力を送信する必要があります。 第 2 に、隣接チャネルのトランシーバーの通常の動作に干渉することはありません。 受信機に関する限り、PCB 設計の主な目標は 3 つあります。まず、小信号を正確に復元する必要があります。 第 2 に、目的のチャネルを超えた干渉信号を除去できなければなりません。 最後に、送信機と同様に、消費電力を非常に少なくする必要があります。

RF回路シミュレーションで期待される信号が小さい

受信機は、小さな入力信号を検出する感度が高くなければなりません。 一般に、受信機の入力電力はわずか 1 μV です。受信機の感度は、その入力回路によって生成されるノイズによって制限されます。 したがって、ノイズは受信機の PCB 設計において重要な考慮事項です。 また、シミュレーションツールによる騒音予測能力も不可欠です。 図 1 は、典型的なスーパーヘテロダイン受信機を示しています。 受信信号は最初にフィルタリングされ、次に入力信号が低雑音増幅器 (LNA) によって増幅されます。 次に、最初の局部発振器 (LO) を使用してこの信号と混合し、この信号を中間周波数 (IF) に変換します。 フロントエンド回路のノイズ効率は、主に LNA、ミキサー、LO に依存します。 LNA ノイズは従来の SPICE ノイズ解析を使用して見つけることができますが、これらのブロックのノイズは大きな LO 信号によって深刻な影響を受けるため、ミキサーや LO には役に立ちません。

入力信号が小さい場合、受信機は優れた増幅機能を備えている必要があり、通常は 120 dB もの高いゲインが必要です。 このような高ゲインでは、出力からの信号が入力に逆結合して問題が発生する可能性があります。 スーパーヘテロダイン受信機アーキテクチャを使用する重要な理由は、カップリングの可能性を減らすためにゲインを複数の周波数に分散できることです。 これにより、最初の LO の周波数が入力信号の周波数と異なるため、大きな干渉信号が小さな入力信号を「汚染」するのを防ぐことができます。

さまざまな理由から、一部のワイヤレス通信システムでは、スーパーヘテロダイン アーキテクチャを直接変換またはホモダイン アーキテクチャに置き換えることができます。 このアーキテクチャでは、RF 入力信号は 1 ステップで基本周波数に直接変換されるため、ほとんどのゲインは基本周波数にあり、LO は入力信号の周波数と同じです。 この場合、わずかなカップリングの影響を理解し、基板を介したカップリング、パッケージ ピンとボンディング ワイヤ間のカップリング、および 電力線を介したカップリング。

RF回路シミュレーションでの大きな干渉信号

受信機は、大きな干渉信号 (ブロッカー) がある場合でも、小さな信号に敏感でなければなりません。 これは、弱い送信信号または遠くの送信信号を受信しようとしていて、近くに強力な送信機が隣接チャネルで放送している場合に発生します。 干渉信号は、予想される信号よりも 60 ～ 70 dB 大きくなる可能性があり、受信機の入力フェーズで大量のカバレッジが発生したり、受信機に過剰なノイズを発生させたりすることにより、通常の信号の受信をブロックする可能性があります。 入力段階で。 入力フェーズで干渉源によって受信機が非線形領域に駆動されると、上記の 2 つの問題が発生します。 これらの問題を回避するには、受信機のフロントエンドが非常に直線的である必要があります。

したがって、PCB が受信機を設計する場合、「直線性」も重要な考慮事項です。 受信機は狭帯域回路であるため、非線形性は「相互変調歪み」によって測定されます。 これには、中央帯域で同様の周波数を持つ 2 つの正弦波または余弦波で入力信号を駆動し、それらの相互変調の積を測定することが含まれます。 一般的に言えば、SPICE は時間とコストのかかるシミュレーション ソフトウェアです。歪みを理解するために必要な周波数分解能を得るには、何度も繰り返し操作を実行する必要があるためです。

RF 回路シミュレーションにおける隣接チャネルの干渉

歪みも送信機で重要な役割を果たします。 出力回路内の送信機によって生成される非線形性により、送信信号の帯域幅が隣接するチャネルに散らばる可能性があります。 この現象は「スペクトル再成長」と呼ばれます。 信号が送信機のパワーアンプ (PA) に到達する前に、その帯域幅が制限されます。 ただし、PA の「相互変調歪み」により、帯域幅が再び増加します。 帯域幅を増やしすぎると、送信機は隣接チャネルの電力要件を満たせなくなります。 実際、デジタル変調信号を送信する場合、SPICE を使用してスペクトルの再成長を予測することはできません。 代表的なスペクトルを取得するためにシミュレートする必要がある約 1000 のデジタル シンボル送信ジョブがあり、さらに高周波キャリアを結合する必要があるため、SPICE の過渡解析は実用的ではありません。 PCB アセンブリ、PCB 設計、および PCB 処理メーカーが、PCB 製図板の知識 - RF 回路部品について説明します。