Artikel ini menjelaskan 4 karakteristik dasar rangkaian RF dari empat aspek: antarmuka RF, sinyal kecil yang diharapkan, sinyal interferensi besar, dan interferensi dari saluran yang berdekatan, serta memberikan faktor penting yang memerlukan perhatian khusus dalam proses desain PCB.
Simulasi rangkaian RF dari antarmuka RF
Pemancar dan penerima nirkabel dalam konsepnya, dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu frekuensi dasar dan frekuensi radio.Frekuensi dasar berisi rentang frekuensi sinyal masukan pemancar dan rentang frekuensi sinyal keluaran penerima.Bandwidth frekuensi fundamental menentukan kecepatan dasar aliran data dalam sistem.Frekuensi dasar digunakan untuk meningkatkan keandalan aliran data dan untuk mengurangi beban yang dikenakan oleh pemancar pada media transmisi pada kecepatan data tertentu.Oleh karena itu, desain PCB dari rangkaian frekuensi dasar memerlukan pengetahuan luas tentang teknik pemrosesan sinyal.Sirkuit RF pada pemancar mengubah dan meningkatkan sinyal frekuensi dasar yang diproses ke saluran tertentu dan menyuntikkan sinyal ini ke media transmisi.Sebaliknya, sirkuit RF penerima memperoleh sinyal dari media transmisi dan mengubah serta menurunkannya ke frekuensi dasar.
Pemancar memiliki dua tujuan utama desain PCB: yang pertama adalah pemancar harus mengirimkan sejumlah daya tertentu sambil mengonsumsi daya sesedikit mungkin.Yang kedua adalah mereka tidak dapat mengganggu pengoperasian normal transceiver di saluran yang berdekatan.Dalam hal penerima, ada tiga tujuan utama desain PCB: pertama, mereka harus mengembalikan sinyal kecil secara akurat;kedua, mereka harus mampu menghilangkan sinyal interferensi di luar saluran yang diinginkan;poin terakhir sama dengan pemancar, mereka harus mengkonsumsi daya yang sangat sedikit.
Simulasi sirkuit RF dari sinyal interferensi besar
Penerima harus peka terhadap sinyal kecil, bahkan ketika ada sinyal interferensi besar (pemblokir).Situasi ini muncul ketika mencoba menerima sinyal transmisi yang lemah atau jauh dengan pemancar kuat yang disiarkan di saluran terdekat di dekatnya.Sinyal interferensi mungkin 60 hingga 70 dB lebih besar dari sinyal yang diharapkan dan dapat menghalangi penerimaan sinyal normal pada fase masukan penerima dengan cakupan yang luas atau dengan menyebabkan penerima menghasilkan kebisingan yang berlebihan di fase tersebut. fase masukan.Kedua masalah yang disebutkan di atas dapat terjadi jika penerima, pada tahap masukan, didorong ke wilayah nonlinier oleh sumber interferensi.Untuk menghindari masalah ini, ujung depan receiver harus sangat linier.
Oleh karena itu, “linearitas” juga merupakan pertimbangan penting ketika merancang PCB receiver.Karena penerima adalah sirkuit pita sempit, maka nonliniernya adalah mengukur “distorsi intermodulasi (distorsi intermodulasi)” ke statistik.Ini melibatkan penggunaan dua gelombang sinus atau kosinus dengan frekuensi yang sama dan terletak di pita tengah (dalam pita) untuk menggerakkan sinyal masukan, dan kemudian mengukur produk distorsi intermodulasinya.Secara umum, SPICE adalah perangkat lunak simulasi yang memakan waktu dan mahal karena harus melakukan banyak siklus sebelum dapat memperoleh resolusi frekuensi yang diinginkan untuk memahami distorsi.
Simulasi rangkaian RF dari sinyal kecil yang diinginkan
Penerima harus sangat sensitif untuk mendeteksi sinyal masukan kecil.Secara umum, daya masukan penerima bisa sekecil 1 μV.sensitivitas penerima dibatasi oleh kebisingan yang dihasilkan oleh rangkaian masukannya.Oleh karena itu, kebisingan merupakan pertimbangan penting ketika merancang penerima untuk PCB.Selain itu, kemampuan memprediksi kebisingan dengan alat simulasi sangatlah penting.Gambar 1 adalah penerima superheterodyne (superheterodyne) yang khas.Sinyal yang diterima terlebih dahulu disaring dan kemudian sinyal masukan diperkuat dengan penguat kebisingan rendah (LNA).Osilator lokal pertama (LO) kemudian digunakan untuk bercampur dengan sinyal ini untuk mengubah sinyal ini menjadi frekuensi menengah (IF).Efektivitas kebisingan sirkuit front-end (front-end) terutama bergantung pada LNA, mixer (mixer) dan LO.Meskipun dengan menggunakan analisis kebisingan SPICE konvensional, Anda dapat mencari kebisingan LNA, tetapi untuk mixer dan LO, tidak ada gunanya, karena kebisingan di blok ini, akan sangat mempengaruhi sinyal LO yang sangat besar.
Sinyal masukan yang kecil mengharuskan penerima untuk diperkuat secara ekstrim, biasanya memerlukan penguatan setinggi 120 dB.Pada gain yang tinggi, sinyal apa pun yang digabungkan dari keluaran (pasangan) kembali ke masukan dapat menimbulkan masalah.Alasan penting untuk menggunakan arsitektur penerima super outlier adalah karena memungkinkan penguatan didistribusikan ke beberapa frekuensi untuk mengurangi kemungkinan penggabungan.Hal ini juga membuat frekuensi LO pertama berbeda dengan frekuensi sinyal masukan, dapat mencegah “polusi” sinyal interferensi besar terhadap sinyal masukan kecil.
Untuk alasan yang berbeda, dalam beberapa sistem komunikasi nirkabel, arsitektur konversi langsung (konversi langsung) atau diferensial internal (homodyne) dapat menggantikan arsitektur diferensial ultra-luar.Dalam arsitektur ini, sinyal masukan RF langsung diubah menjadi frekuensi dasar dalam satu langkah, sehingga sebagian besar penguatan berada pada frekuensi dasar dan LO berada pada frekuensi yang sama dengan sinyal masukan.Dalam hal ini, dampak dari sejumlah kecil penggandengan harus dipahami dan model rinci dari “jalur sinyal menyimpang” harus ditetapkan, seperti: penggandengan melalui media, penggandengan antara jejak paket dan jalur solder (kawat ikatan) , dan menyambungkan melalui sambungan saluran listrik.
Simulasi Sirkuit RF dari Interferensi Saluran Berdekatan
Distorsi juga memainkan peran penting dalam pemancar.Ketidaklinieran yang dihasilkan oleh pemancar pada rangkaian keluaran dapat menyebabkan lebar frekuensi sinyal yang ditransmisikan menyebar ke saluran yang berdekatan.Fenomena ini disebut “pertumbuhan kembali spektral”.Sebelum sinyal mencapai power amplifier (PA) pemancar, bandwidthnya dibatasi;namun, “distorsi intermodulasi” di PA menyebabkan bandwidth meningkat lagi.Jika bandwidth bertambah terlalu banyak, pemancar tidak akan mampu memenuhi kebutuhan daya saluran tetangganya.Saat mentransmisikan sinyal modulasi digital, hampir tidak mungkin untuk memprediksi pertumbuhan kembali spektrum dengan SPICE.Karena sekitar 1000 simbol digital (simbol) dari operasi transmisi harus disimulasikan untuk mendapatkan spektrum yang representatif, dan juga perlu menggabungkan pembawa frekuensi tinggi, hal ini akan membuat analisis transien SPICE menjadi tidak praktis.
Waktu posting: 31 Maret 2022