A/RF电路分析:跨频谱仿真
你是否曾希望自己能预测未来?....的什么吗?当然,我们已经在很多电影和书籍中看到了关于时间穿梭的故事。历史记载描绘了那些进入恍惚状态并开始讲述或书写未来事件的个人或先知。占卜者谁?
在电子学中,我们可以使用动态分析来预测电路的行为。在这种情况下,我们希望将从分析和方程中获得的理论结果与实际测量相联系,反过来,将我们与实际结果联系起来。
肯尼斯,频率是多少?
在我们戴上先知的帽子之前,让我们来谈谈电路。是的,我知道,这是个很大的转变。但是,当我们读到本文的结尾时,这种转变似乎是可以预测的。
射频(RF)是指在系统中发送和接收信号的频率范围。射频信号的频率范围为900mhz ~ 2.4 ghz。在射频收发器中,射频级接收天线接收到的频段内的微弱信号,并将信号提升到可用水平。
从天线开始,电路的性能依赖于天线上的带通滤波器来拒绝任何带外噪声。在这一点上,信号仍然非常小,保持在微瓦范围内。前置放大器或低噪声放大器(LNA)提供信号在接收端可用所需的增益。
频率可以跨越频谱范围,确保您的信号相应操作
的射频电路提取信息通过将射频信号转换到基带频率范围。在接收器工作的频率范围内检索信号需要将非常高的GHz信号下转换为kHz范围内的信号。将射频信号与较大的本地振荡器信号混合,可以使电路向下转换为固定的中间信号。在较低的频率,有源组件执行噪声和图像抑制。改变本振信号的频率允许电路将不同频带上的信道向下转换为相同的中频。
让我们制造一些噪音
设计包含射频信号的pcb具有挑战性,因为噪声或任何破坏预期信号的预期信号。当非常小的输入信号到达接收机时,噪声会限制灵敏度。事实上,关键在于射频级的规格是灵敏度还有噪音数据。灵敏度是指射频级可以接受的最小信号,同时仍然提供具有满意信噪比(SNR)的可用信号输出。
更复杂的是,射频电路中的放大器可以产生与接收到的射频信号频率相似的噪声信号。此外,与射频收发器相邻的数字电路也会产生噪声,这些噪声可以通过电源线和PCB基板耦合。将数字信号切换到电路节点,而不是降低整体信噪比。
在PCB设计中,我们可以通过为系统的数字和射频部分提供单独的电源和接地来最小化噪声。混合射频和数字部分的设计允许噪声传播。你的设计也应该分开射频阶段,如振荡器和放大器。接下来,我们可以使用更大的旁路电容器来去除供电网络上不需要的高频信号,并使迹线长度最小化。在应用这些和其他解决方案之前,我们需要在单个组件级和系统级预测噪声性能。
时域,频域分析,傅里叶变换
一个时域分析说明信号是如何变化的随着时间的推移。电压和电流的测量与时间有关。随着时间的推移,信号会发生变化。在我们快速浏览射频电路的过程中,我们发现了很多频率和频率的变化。所以,我们需要使用不同于时域分析的方法。
相反,我们使用频域分析来预测射频电路中的噪声性能。频域分析用频率分量来描述信号。由于频域表示法绘制了每个频率的频谱或所有相位和幅度分量,因此分析包括了应用于每个频率分量的相移信息。有了这些信息,我们就可以用单个频率分量的组合恢复时间信号。
我们可以使用几种不同的方法从PCB设计的时域表示中收集频域信息。你可以:
依靠一个理论理想,并执行频率随时间的数学积分
使用称为变换的数学运算符将信号在时间函数(x(t)到频率函数x(ɯ)之间转换。快速傅里叶变换(FFT)使用计算或算法将函数转换为无穷多个正弦波频率分量的和
进行光谱分析
使用仿真软件
因为用第一个解来解决时间/频率问题需要知道许多函数的数学积分,并且可能需要无限多的纸张,所以我们将重点讨论最后两个解。
快速傅里叶变换根据信号的频率内容精确地描述了信号。所有这些都是通过将复杂的信号变化转化为频域分量来实现的。任何信号都是由正确频率、相位和振幅的单个正弦波的和组成的。有了这个描述,我们就能得到正确信号的频域图像。
除了提供正确信号的图片外,该描述还显示了看似相似的信号之间的任何差异。虽然两个信号可能在基频上有相同的振荡,但每个信号可能在基频的整数倍或不同的谐波上产生不同的附加振荡。频谱显示谐波或谐波失真的差异。
无线电频率可能是设计中较为困难的信号之一
如果我们面前有实际的电路,我们可以将实际信号应用到频谱分析仪的输入上,并看到频谱。频谱分析收集特定周期数的数据,然后平均周期的频率内容,以产生频谱形状。因此,我们可以使用频谱分析来查看谐波失真和噪声。
当我们和PCB设计软件但是,我们使用的是模拟而不是实际的物理电路。在我们将设计转移到生产之前,我们要选择层数、组件和布局,以提供我们所寻求的性能。
仿真建立了在信号条件下有效测试电路板和组件行为的最佳方法。例如,你可以使用PSpice软件瞬态和傅里叶分析,以评估响应时变源的电路性能。您还可以使用PSpice性能分析工具来比较一系列波形的特征,并使用PSpice交流扫描分析来显示电路中的电压和电流如何随频率变化。
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