射頻電路設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯射頻電路設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用 無線放射器和接收器在概念上，可分為基頻與射頻兩個(gè)部份?；l包含放射器的輸入信號(hào)之頻率范圍，也包含接收器的輸出信號(hào)之頻率范圍?；l的頻寬打算了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中可流淌的基本速率?；l是用來改善數(shù)據(jù)流的牢靠度，并在特定的數(shù)據(jù)傳輸率之下，削減放射器施加在傳輸媒介(transmission medium)的負(fù)荷。因此，PCB設(shè)計(jì)基頻電路時(shí)，需要大量的信號(hào)處理工程學(xué)問。放射器的射頻電路能將已處理過的基頻信號(hào)轉(zhuǎn)換、升頻至指定的頻道中，并 將此信號(hào)注入至傳輸媒體中。相反的，接收器的射頻電路能自傳輸媒體中取得信號(hào)，并轉(zhuǎn)換、降頻成基頻。 放射器有兩個(gè)主要的P

2、CB設(shè)計(jì)目標(biāo)：第一是它們必需盡可能在消耗最少功率的狀況下，放射特定的功率。其次是它們不能干擾相鄰頻道內(nèi)的收發(fā)機(jī)之正 常運(yùn)作。就接收器而言，有三個(gè)主要的PCB設(shè)計(jì)目標(biāo)：首先，它們必需精確地還原小信號(hào);其次，它們必需能去除期望頻道以外的干擾信號(hào);最終一點(diǎn)與放射器一 樣，它們消耗的功率必需很小。 射頻電路仿真之大的干擾信號(hào) 接收器必需對小的信號(hào)很靈敏，即使有大的干擾信號(hào)(阻擋物)存在時(shí)。這種狀況消失在嘗試接收一個(gè)微弱或遠(yuǎn)距的放射信號(hào)，而其四周有強(qiáng)大的放射器 在相鄰頻道中廣播。干擾信號(hào)可能比期盼信號(hào)大6070 dB，且可以在接收器的輸入階段以大量掩蓋的方式，或使接收器在輸入階段產(chǎn)生過多的噪聲量，來阻斷

3、正常信號(hào)的接收。假如接收器在輸入階段，被干擾源驅(qū)使進(jìn) 入非線性的區(qū)域，上述的那兩個(gè)問題就會(huì)發(fā)生。為避開這些問題，接收器的前端必需是特別線性的。 因此，“線性”也是PCB設(shè)計(jì)接收器時(shí)的一個(gè)重要考慮因素。由于接收器是窄頻電路，所以非線性是以測量“交調(diào)失真 (intermodulation distortion)”來統(tǒng)計(jì)的。這牽涉到利用兩個(gè)頻率相近，并位于中心頻帶內(nèi)(in band)的正弦波或余弦波來驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)，然后再測量其交互調(diào)變的乘積。大體而言，SPICE是一種耗時(shí)耗成本的仿真軟件，由于它必需執(zhí)行很多次的循環(huán) 運(yùn)算以后，才能得到所需要的頻率辨別率，以了解失真的情形。 射頻電路仿真之小的期望信號(hào)

4、 接收器必需很靈敏地偵測到小的輸入信號(hào)。一般而言，接收器的輸入功率可以小到1 V。接收器的靈敏度被它的輸入電路所產(chǎn)生的噪聲所限制。因此，噪聲是PCB設(shè)計(jì)接收器時(shí)的一個(gè)重要考慮因素。而且，具備以仿真工具來猜測噪聲的力量是不 可或缺的。附圖一是一個(gè)典型的超外差(superheterodyne)接收器。接收到的信號(hào)先經(jīng)過濾波，再以低噪聲放大器(LNA)將輸入信號(hào)放大。然 后利用第一個(gè)本地振蕩器(LO)與此信號(hào)混合，以使此信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻(IF)。前端(front-end)電路的噪聲效能主要取決于LNA、混合器 (mixer)和LO。雖然使用傳統(tǒng)的SPICE噪聲分析，可以查找到LNA的噪聲，但對于混合器

5、和LO而言，它卻是無用的，由于在這些區(qū)塊中的噪聲，會(huì) 被很大的LO信號(hào)嚴(yán)峻地影響。 小的輸入信號(hào)要求接收器必需具有極大的放大功能，通常需要120 dB這么高的增益。在這么高的增益下，任何自輸出端耦合(couple)回到輸入端的信號(hào)都可能產(chǎn)生問題。使用超外差接收器架構(gòu)的重要緣由是，它可以將增 益分布在數(shù)個(gè)頻率里，以削減耦合的機(jī)率。這也使得第一個(gè)LO的頻率與輸入信號(hào)的頻率不同，可以防止大的干擾信號(hào)“污染”到小的輸入信號(hào)。 由于不同的理由，在一些無線通訊系統(tǒng)中，直接轉(zhuǎn)換(direct conversion)或內(nèi)差(homodyne)架構(gòu)可以取代超外差架構(gòu)。在此架構(gòu)中，射頻輸入信號(hào)是在單一步驟下直接轉(zhuǎn)

6、換成基頻，因此，大部份的增益 都在基頻中，而且LO與輸入信號(hào)的頻率相同。在這種狀況下，必需了解少量耦合的影響力，并且必需建立起“雜散信號(hào)路徑(stray signal path)”的具體模型，譬如：穿過基板(substrate)的耦合、封裝腳位與焊線(bondwire)之間的耦合、和穿過電源線的耦合。 射頻電路仿真之相鄰頻道的干擾 失真也在放射器中扮演著重要的角色。放射器在輸出電路所產(chǎn)生的非線性，可能使傳送信號(hào)的頻寬散布于相鄰的頻道中。這種現(xiàn)象稱為“頻譜的再成長 (spectral regrowth)”。在信號(hào)到達(dá)放射器的功率放大器(PA)之前，其頻寬被限制著;但在PA內(nèi)的“交調(diào)失真”會(huì)導(dǎo)致頻寬再次增加。假如頻寬增加的太多， 放射器將無法符合其相鄰頻道的功率要求。當(dāng)傳送數(shù)字調(diào)變信號(hào)時(shí)，實(shí)際上，是無法用SPICE來猜測