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RF电路设计讲座(4)射频接口和射频电路的特性

   2008-04-13 安规与电磁兼容网2310

如附图三所示,在非线性电路中传送窄频讯号时,会产生一个频谱相当稀疏的宽带讯号。一般来说,此频谱是由靠近载波附近的谐波频率丛集(cluster)而成的。如果调变是周期性或准周期性(quasiperiodic)的,则这些丛集是频率的离散形式;不然,它将是频率的连续分布。

射频仿真软件可以利用此频谱的稀疏特性,在不同状态下,得到真实的模拟效果。当频谱是离散时,「稳定状态(steady-state)法」会被使用;当频谱是连续时,瞬间分析法会被使用。

*射频讯号路径随时间变化的线性特性

射频电路另一个重要但较少被查觉的特性是:从输入端到输出端,它们一般都会被设计成线性的电路,以避免调变或信息讯号的失真。一些射频电路,譬如混合器,是用来将讯号从一个频率转换至另一个频率。其实,它们是被一个额外的讯号LO驱动着,LO是一个大的周期性讯号,其频率是进行频率转换时所需要的。为了能得到最佳的效能,混合器被设计成可以用很强的非线性方式来响应LO。因此,混合器同时具有近似线性(至输入)和强大的非线性(至LO)特征。

产生时序(timing)或频率(clock)的电路,例如:LO,是和信息讯号无关的,因此,它可以被视为混合器的一部份,而不是混合器的外部(输入)电路,如附图四所示。这种观念上的简单改变,可使混合器具有单一输入讯号和一个近似线性、随时间变化的周期性转换函数(transfer function)。例如:有一个混波器是以一个理想的乘法器制成的,它后面跟着一个低通滤波器。乘法器是非线性的,并具有两个输入讯号。当一个LO讯号cos()取得一个输入讯号之后,会产生一个转换函数值 :
= LPF{ cos(}

从上式清楚可知,是随着时间变化的,并且与成正比例的关系。如果输入讯号是:=,那么:= LPF{}=
上式表示一个线性周期变化的转换函数实现频率转换的功能。
 
图四:将LO视为混合器的一部份
 
通常我们会假设信息讯号很小,因此,可以将输入端到输出端之间的电路功能当成近似于线性。只要小讯号分析可以解释讯号路径的周期性变化特性,就可以进行小讯号分析。这是在接近周期发生的工作点上,进行线性仿真达成的。传统的仿真软件,譬如SPICE,支持许多小讯号分析工具,例如:交流和噪声分析,这些工具在分析放大器和滤波器时,是很有效用的。然而,它们是在接近固定的工作点上, 对非线性时间不变的电路,开始进行线性仿真。因此,会产生线性时间不变的函数,但是无法代表频率转换的效果。

在一个周期变化的工作点附近,对一个非线性电路进行线性仿真,致使小讯号分析能够延伸应用到频率电路上,或者需要周期性频率讯号的电路上(此周期性的频率讯号可以让电路正常地工作),例如:混波器、交换式滤波器、取样器、和振荡器(由于振荡器是自行计时运转,所以频率讯号是振荡器的输出。信息讯号通常是不需要的讯号,譬如噪声)。若是如此,就会产生周期性变化的线性函数,而且,它的确能代表频率转换的效果。

 
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