射频电路仿真之小的期望信号

接收器必须很灵敏地侦测到小的输入信号。一般而言,接收器的输入功率可以小到 1 μV。接收器的灵敏度被它的输入电路所产生的噪声所限制。因此,噪声是 PCB 设计接收器时的一个重要考虑因素。而且,具备以仿真工具来预测噪声的能力是不可或缺的。附图一是一个典型的超外差(superheterodyne)接收器。接收到的信号先经过滤波,再以低噪声放大器(LNA)将输入信号放大。然后利用第一个本地振荡器(LO)与此信号混合,以使此信号转换成中频(IF)。前端(front-end)电路的噪声效能主要取决于 LNA、混合器(mixer)和 LO。虽然使用传统的 SPICE 噪声分析,可以寻找到 LNA 的噪声,但对于混合器和 LO 而言,它却是无用的,因为在这些区块中的噪声,会被很大的 LO 信号严重地影响。

小的输入信号要求接收器必须具有极大的放大功能,通常需要 120 dB 这么高的增益。在这么高的增益下,任何自输出端耦合(couple)回到输入端的信号都可能产生问题。使用超外差接收器架构的重要原因是,它可以将增益分布在数个频率里,以减少耦合的机率。这也使得第一个 LO 的频率与输入信号的频率不同,可以防止大的干扰信号“污染”到小的输入信号。

因为不同的理由,在一些无线通讯系统中,直接转换(direct conversion)或内差(homodyne)架构可以取代超外差架构。在此架构中,射频输入信号是在单一步骤下直接转换成基频,因此,大部份的增益都在基频中,而且 LO 与输入信号的频率相同。在这种情况下,必须了解少量耦合的影响力,并且必须建立起“杂散信号路径(stray signal path)”的详细模型,譬如:穿过基板(substrate)的耦合、封装脚位与焊线(bondwire)之间的耦合、和穿过电源线的耦合。

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