Video Lecture RF

1. Video Lecture RF Laps

2. Agenda • Considerações no projeto de circuitos RF • Casamento de impedância • Parâmetros S e Carta de Smith • Dispositivos/blocos comumente usados • Arquiteturas de transceptores • Modulação e detecção

3. Considerações no projeto de circuitos RF • Não-linearidade • Característica de transferência de um circuito linear • Os circuitos utilizados em RF são não-lineares • Característica de transferência de circuitos não-lineares pode ser descrita por series de potência.

4. Considerações no projeto de circuitos RF • Alguns problemas associados a não-linearidade • Harmônicos • Introduzem sinais que não existiam no sinal de entrada Harmônicos

5. Considerações no projeto de circuitos RF • Compressão de ganho • Amplitude de entradaemque a potência de saída é 1 dB menor do quedeveria ser no circuito linear

6. Considerações no projeto de circuitos RF • Intermodulação • Acontecequandohámultiplasfrequênciaspresentes no sinal de entrada. Intermodulação

7. Considerações no projeto de circuitos RF • Intermodulação • Adicionaoutrascomponentes de frequênciapróximasaossinais de entrada • São maisdifíceis de filtrar do queosharmônicos

8. Métricas • Distorçãoharmônica • Comparação entre a amplitude dafrequência do sinal de entrada e um dos harmônicos (m) • Distorçãoharmônica total

9. Métricas • Intermodulação • Relaciona o produtodaintermodulação com o com amplitude de saída do sinal de entrada.

10. Métricas • Pontos de interceptação (IP) • IP harmônicoouIPnh: valor de amplitude para o qual a resposta linear e a distorçãoharmônica n têm a mesma magnitude. Amplitude daresposta linear Amplitude da distorçãohormônica (2ª) ‘

11. Métricas • Ponto de interceptação • IP2h: ponto de interceptaçãoharmônicoemrelaçãoaosegundoharmônico. • IP3h

12. Métricas • Ponto de interceptaçãodaintermodulação • IP harmônicoouIPni: valor de amplitude para o qual a resposta linear e a distorçãoporintermodulação n têm a mesma magnitude.

13. Ruído • Ruídotérmico • Proveniente do movimentoaleatório dos eletrons • Característico de componentesresistivos

14. Ruído • Ruído flick ouruído 1/f • Ocorrenamaioria dos dispositivoseletrônicos • É maisproblemáticoembaixasfrequências • Interfere nademodulação (downconversion) de sinais

15. Ruído • Ruído Shot • Proveniente do fluxo de eletronsnajunçãopn dos componenteseletrônicos • É problemáticoparasistemasqueoperamembaixacorrente (<1uA)

16. Ruído • Potência de ruídodisponível a partir de umaantena • É possívelmodelarumaantena a partir de um resistor • Se a Carga for casada com a antena, então tem-se máximatransferência de potência

17. Ruído • Potência de ruídodisponível a partir de umaantena Para impedânciascasadas

18. Ruído • Chão de ruído (Noise Floor – NF) • Potência de ruídodisponivelemdeterminadabanda

19. Ruído • Relaçãosinalruído (RSR) • Relação entre a potência do sinal e potência do ruído • Para o exemplo anterior, se nãohouvernenhumaoutrafonte de ruído, então:

20. Ruído • Relaçãosinalruído (RSR) • Cadasistema de comunicação define a mínima RSR necessáriapara a recuperaçãodainformação • Sensibilidade do receptor: RSR mínimaparahaverrecuperaçãodainformação. • Exemplo: Doissistema um querequer 0 e outro 7 dB. • Logo, se nãohouveroutrafonte de ruído, entãopara o sistema anterior sinais de -121 dBm e -114 dBmpoderão ser detectados com sucesso, respectivamente.

21. Ruído • Fator de ruído (F) • Ruídoadicionadoporcomponenteseletrônicosaosinal • Relação entre RSR de entrada e de saída • Figura de ruído (Noise Figure – NF) G -> Ganho

22. Ruído • Figura de ruído de componentesemsérie

23. Ruído • Exemplo

24. Ruído • Exemplo • Sensibilidadepara um sistemaquerequer 7dB de RSR

25. Modelos dos componentespassivos • Os componentespassivosoperandoemaltasfrequênciaspodemapresentarvariação de suascaracterísticas • Um capacitor pode se comportarcomo um indutor e vice-versa. • Bem com osresistorespodemterefeitosindesejados

26. Modelos de componentespassivos • Capacitor • Resistor

27. Modelos dos componentespassivos • Indutor

28. Parametros S • Sistemas lineares podem ser caracterizados por parâmetros medidos em seus terminais • Com os parâmetros, o comportamento pode ser modelado • “Scatteringparameters” ou Parâmetros de espalhamento ou Parâmetros S • São mais fáceis de medir que outros parâmetros • Facilitam o trabalho em altas frequências • São relacionados a ondas propagando que são refletidas quando encontram a entrada de um sistema

29. Parâmetros S • Considere o sistema com duasportas • Pode ser modeladopor:

30. Parâmetros S • Os parâmetrosy podem ser determinados • Considerando o modelo de ondasrefletidas: Artigo: “Power Waves and the Scattering Matrix”, K. Kurokawa

31. Parâmetros S • ConsiderandoZipositivo e real: • Coeficientes de reflexãonaentrada e saída • Ganhosdaentradapara a saída

32. Parâmetros S • Coeficiente de reflexão • Mede o quanto de umaondeincidente no terminal de um sistema é refletida Usadoparacasamento de impedância

33. Carta de Smith • Permite se ache como as impedânciassãotransformadasaolongo de umalinha de transmissão • Relaciona a impedância com o coeficiente de reflexão • É baseadanaequação: Normalizadapelaimpedânciacaracterística

34. Carta de Smith • Fazendo as devidas manipulações matemáticas: r e x são as partes real e imaginária de Zin

35. Carta de Smith • Analisandoseparadamente u=1 Círculos de resistênciasnormalizadas no plano dos coeficientes de reflexão

36. Carta de Smith • Analisandoseparadamente u=1

37. Carta de Smith • Juntandoosgráficos

38. Carta de Smith • Atravésdacarta de Smith é possível • Determinar o coeficiente de reflexão de umalinha de transmissão • Projetarumacargacasada com a impedânciacaracterística

39. Dispositivoscomumenteusados • Mixer • É um disposivo com trêsportasqueutiliza um elementonão-linear paraproduzirconversão de frequências.

40. Dispositvoscomumenteusados • Mixer • Idealmente é um circuitoquemultiplicadoissinais Base Matemática Sinalemaltafrequência Elementofiltrado

41. Dispositivoscomumenteusados • Oscilador • Gera um sinalperíodico • Usadoparaconversão de frequências • Idealmenteseriaobtidoatravés de um circuito LC Compensação das perdas Resistênciaparasita Frequência de oscilação

42. Dispositivoscomumenteusados • Oscilador Colpitts • Baseado no princípio da realimentação • Obtém a resistência negativa (repositor de energia • Gera o sinal a partir do ruído interno dos componentes

43. Dispositivoscomumenteusados • Osciladorcontroladoportensão (Voltage controlled oscilator – VCO) • Gera um sinalperiódicoque é proporcional a tensãoaplicadaemum de seusterminais

44. Dispositivoscomumenteusados • PLL – Phase locked loop • É um dispositivoquegera um sinal de faserelacionada com um sinal de entrada • É compostopor um VCO e um detector de fase • É utilizadopara: • Sintetizarfrequências • Manter a frequência de um sistemaemfase com a frequência de um sinal de entrada • Demodulador FM

45. Dispositivoscomumenteusados • Amplificadores de baixoruído • É o primeiroblocodepoisdaantena de um receptor • Tem o objetivo de amplificarsinaisintroduzindo o mínimopossível de ruído • Deve ser compostoporelementos com baixafigura de ruído

46. Dispositivoscomumenteusados • Amplificadores de potência • Compõem o últimoestágio de um transmissor antes daantena • Tem o objetivo de entrega a maiorpotênciapossível do sinalpara a antena • É classificadoemtrêstiposbásicos • Classes A, B e C • Eficência: relaçãodaenergiaentregue a carga e energiaconsumida

47. Dispositivoscomumenteusados • Amplificadores de potênciaclasse A • Amplificatoda a amplitude do sinal • O Amplificadorconduzdurantetodo o tempo • O nível dc do sinalficaacima do limiar de condução do amplificador Nível DC Limiar de condução EficiênciaMáxima: 50%

48. Dispositivoscomumenteusados • Amplificador de potênciaclasse B • Amplificasomente a parte positiva do sinal • O amplificadorestáligadosomenteem parte do tempo • O sinalficaexatamente no limiar de condução Nível DC Limiar de condução EficiênciaMáxima: 78.5%

49. Dispositivoscomumenteusados • Amplificador de potênciaclasse C • Amplificasomente a parte positiva do sinal • O amplificadorestáligadosomenteem parte do tempo • O sinalficaabaixo do limiar de condução Nível DC Limiar de condução EficiênciaMáxima: 78.5 ~100 %

50. Arquiteturas de transceptores • Receptor heterodino • Filtragem de sinais de bandaestreitaemaltasfrequência é difícil • Converte o sinalparaumafrequênciaintermediáriaonde é filtrado • Muitousadoquandoosdispositivosdisponíveisnãotêm a precisãosuficienteparaconstruirfiltro e outroscomponentes.