접지된 코플라나 도파관 RF 피드라인 최적화로 Wi‑Fi 성능 향상

편집자 주: 무선 PCB 설계에서 RF 피드라인이 올바르게 설계되지 않으면 최선의 계획도 어긋날 수 있습니다. 이 글은 EEWeb에서 발췌한 것으로, 아리라 디자인의 신호 무결성 그룹이 임피던스가 낮은 5 GHz 접지 코플라나 도파관(GCPW)을 해결하여 Wi‑Fi 성능 저하를 개선한 사례를 다룹니다.

최근 프로젝트에서 팀은 임피던스가 약 38 Ω로 목표 50 Ω보다 크게 낮은 기존 5 GHz GCPW를 재설계해달라는 요청을 받았습니다. 초기 측정 결과, 개발 후반까지 눈에 띄지 않기 쉬운 세 가지 설계 결함이 드러났습니다.

• 솔더 마스크의 유전체 효과가 트레이스 임피던스에 미치는 영향을 충분히 고려하지 않음
• PCB 에치백(etch-back)을 임피던스 계산에 포함하지 않음
• 인접한 비참조 그라운드 플레인의 컷아웃이 잘못됨

철저한 시뮬레이션 검토 후 코플라나 지오메트리를 개선하여 50 Ω 요건을 충족했습니다. 수정된 PCB는 고객 확인 결과 Wi‑Fi 처리량과 신뢰성이 측정 가능하게 향상되었습니다.

이 글은 원본 지오메트리, 세 가지 설계 결함의 영향, 최종 최적화 레이아웃을 다룹니다. E-필드 플롯은 접지 코플라나 설계에서 의도적 및 의도치 않은 결합을 보여줍니다. 독자는 기본 CPW 및 GCPW 개념에 익숙하다고 가정합니다.

접지된 코플라나 도파관(GCPW)

GCPW는 최신 보드에서 Wi‑Fi와 블루투스 통합용으로 점점 더 많이 쓰입니다. 기존 마이크로스트립에 비해 몇 가지 매력적인 이점을 제공합니다:

• 낮은 손실: 전기장의 더 많은 부분이 손실이 큰 FR-4 기판이 아닌 공기를 통해 전파되므로, 5 GHz에서 비용 효율적인 보드 사용이 가능합니다.
• 우수한 격리: 필드 밀착이 강해 인접 트레이스와의 크로스토크를 줄입니다.
• 설계 유연성: 임피던스가 신호 트레이스와 인접 그라운드 사이의 간극에 주로 좌우되므로, 성능 저하 없이 더 넓은 트레이스 폭을 쓸 수 있습니다.
• 구리 표면 거칠기 손실 감소: 전류가 구리 표면이 더 매끄러운 트레이스 가장자리에 집중되며, 마이크로스트립에서는 전류가 더 거친 바닥면에 흐릅니다.
• 매칭 부품의 효율적 배치: 그라운드 플레인이 가까워 직렬/병렬 매칭 부품을 트레이스와 코플라나 그라운드 사이에 직접 실장할 수 있어 기생 비아 효과를 없앱니다.

GCPW 임피던스를 추정하는 무료 계산기가 여럿 있지만, 복잡한 구리 지오메트리나 인접 구조를 처리하지 못하는 경우가 많습니다. 정확한 설계를 위해서는 전자기 시뮬레이션이 필수적입니다.