PCB 설계에서 RF 급전선 최적화

편집자 주:무선 설계는 연결된 장치 개발을 위한 최선의 계획을 방해할 수 있습니다. 특히 부적절하게 설계된 안테나 급전선은 테스트 중 개발이 끝날 때까지 발견하기 어려울 수 있습니다. 다음은 Wi-Fi 성능을 개선하는 데 필요한 접지된 동일 평면 도파관 RF 급전선의 설계를 개선하는 데 사용되는 접근 방식을 심층적으로 살펴보는 EEWeb의 친구들이 작성한 멋진 기사입니다.

최근 Arira Design의 Signal Integrity Group은 클라이언트 보드에서 Wi-Fi 하위 시스템의 성능을 개선하기 위해 기존 5GHz Grounded Coplanar Waveguide RF 급전선을 재설계하도록 요청받았습니다. 측정 결과 급전선 임피던스의 임피던스는 약 38옴인 것으로 나타났습니다.

시뮬레이션 전에 원래 설계에서 다음과 같은 몇 가지 문제가 발견되었습니다.

• 트레이스 임피던스에 대한 솔더 마스크의 영향 설명 실패

• 트레이스 임피던스 계산에서 PCB 에치백을 설명하지 못함

• 근처의 비참조 접지면에서 잘못된 컷아웃

기존 급전선을 시뮬레이션한 후 시뮬레이션 결과를 기반으로 50옴의 임피던스 요구 사항을 충족하도록 동일 평면 형상을 개선했습니다. 그 결과 클라이언트는 새로운 PCB로 Wi-Fi 성능이 크게 향상되었다고 보고했습니다.

이 백서에서는 초기 PCB 설계의 동일 평면 형상, 위에서 언급한 세 가지 항목의 효과, 최종 동일 평면 형상에 대해 설명합니다. E-Field 플롯은 접지된 동일 평면 설계에서 발생할 수 있는 의도적 및 비의도적 결합을 설명하기 위해 서로 다른 동일 평면 구성에 대해 표시됩니다(독자가 Coplanar Waveguides 또는 CPW 및 Grounded Coplanar Waveguides의 기본 구조에 익숙하다고 가정합니다. GCPW).

접지된 동일 평면 도파관

접지된 Coplanar 도파관은 최신 회로 기판에 Wi-Fi 및 Bluetooth 통합의 보급으로 인해 PCB 설계에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 기존 마이크로스트립 전송 라인에 비해 GCPW의 장점은 다음과 같습니다.

• 낮은 손실:손실이 있는 PCB 재료를 통해 흐르는 것과는 반대로 더 많은 E-필드 라인이 공기를 통해 이동합니다. 이를 통해 5GHz에서 작동하는 PCB 설계에 보다 저렴한 FR-4를 사용할 수 있습니다.

• 격리:GCPW 선은 필드 선이 더 촘촘하게 제한되어 있기 때문에 마이크로스트립에 비해 더 많은 절연을 제공합니다.

• 유연한 기하학:GCPW 임피던스는 주로 트레이스와 동일 평면 접지 구조 사이의 간격에 의해 제어됩니다. 이것은 마이크로스트립 전송 라인에 비해 트레이스 폭에서 더 많은 유연성을 가능하게 합니다.

• 낮은 구리 표면 거칠기 손실:마이크로 스트립 라인의 전류는 구리가 가장 거친 트레이스의 바닥을 따라 집중되는 경향이 있습니다. (유전체에 대한 접착을 촉진하기 위해). 적절하게 설계된 GCPW 전송 라인은 표면이 더 매끄러운 트레이스의 가장자리에 전류가 집중되는 경향이 있습니다.

• 우수한 일치 구성 요소 배치:대부분의 Bluetooth 또는 Wi-Fi RF 급전선에는 직렬 및/또는 병렬 일치 구성 요소가 필요합니다. GCPW에는 트레이스에 바로 인접한 접지가 있기 때문에 병렬 구성 요소를 트레이스와 동일 평면 접지 사이에 직접 장착할 수 있으므로 비아와 관련된 기생 요소를 제거할 수 있습니다.

많은 도구를 사용하여 GCPW 구조의 임피던스를 계산할 수 있지만 인터넷에서 사용할 수 있는 무료 도구는 일반적으로 분석할 수 있는 구조 유형에 제한이 있습니다. 기본 구조는 일반적으로 계산할 수 있지만 거의 구리 구조의 효과는 일반적으로 올바르게 모델링하기 위해 EM 시뮬레이션이 필요합니다.