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    射频接口和电路的特性

    射频电路(RF circuit)的许多特殊特性,很难用简短的几句话来说明,也无法使用传统的模拟仿真软件来分析,譬如SPICE。不过,目前市面上有一些EDA软件具有谐波平衡(harmonic balance)、投射法(shooting method)….等复杂的算法,可以快速和准确地仿真射频电路。但在学习这些EDA软件之前,必须先了解射频电路的特性,尤其要了解一些专有名词和物理现象的意义,因为这是射频工程的基础知识。

    射频的界面
    无线发射器和接收器在概念上,可分为基频与射频两个部份。基频包含发射器的输入讯号之频率范围,也包含接收器的输出讯号之频率范围。基频的频宽决定了数据在系统中可流动的基本速率。基频是用来改善资料流的可靠度,并在特定的数据传输率之下,减少发射器施加在传输媒体(transmission medium)的负荷。因此,设计基频电路时,需要大量的讯号处理工程知识。发射器的射频电路能将已处理过的基频讯号转换、升频至指定的频道中,并将此讯号注入至传输媒体中。相反的,接收器的射频电路能自传输媒体中取得讯号,并转换、降频成基频。
    发射器有两个主要的设计目标:第一是它们必须尽可能在消耗最少功率的情况下,发射特定的功率。第二是它们不能干扰相邻频道内的收发机之正常运作。就接收器而言,有三个主要的设计目标:首先,它们必须准确地还原小讯号;第二,它们必须能去除期望频道以外的干扰讯号;最后一点与发射器一样,它们消耗的功率必须很小。

    小的期望讯号
    接收器必须很灵敏地侦测到小的输入讯号。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。接收到的讯号先经过滤波,再以低噪声放大器(LNA)将输入讯号放大。然后利用第一个本地振荡器(LO)与此讯号混合,以使此讯号转换成中频(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讯号严重地影响。
    小的输入讯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)回到输入端的讯号都可能产生问题。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的频率与输入讯号的频率不同,可以防止大的干扰讯号「污染」到小的输入讯号。

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