RF(무선 주파수) PCB(인쇄 회로 기판) 설계에는 수많은 불확실성이 존재하기 때문에 흔히 '블랙 아트(Black Art)'라고 불립니다. 일반적으로 마이크로파 이하 주파수(저주파 및 저주파 디지털 회로 포함) 회로의 경우, 모든 설계 원칙을 숙지하고 있다면 신중한 레이아웃만으로도 회로 설계의 최초 성공을 보장할 수 있습니다. 그러나 마이크로파 이상의 주파수와 고주파 PC급 디지털 회로에서는 2~3번의 PCB 버전 수정을 통해 회로 품질을 확보할 수 있습니다. 마이크로파 이상의 주파수에서 RF 회로의 경우, 지속적인 개선을 위해 더 많은 PCB 설계 버전이 필요합니다. 따라서 RF 회로 설계 과정에서 많은 어려움이 필연적으로 발생합니다.
아날로그 회로(RF 회로)와 디지털 회로가 독립적으로 작동할 때는 각각 완벽하게 동작할 가능성이 높습니다. 하지만 동일한 회로 기판에 혼재되어 동일한 전원 공급에 의존하게 되면, 디지털 신호가 그라운드와 양의 전원(3V 이상) 사이에서 빈번하게 스위칭되고 나노초 단위의 매우 짧은 주기를 가지기 때문에 전체 시스템이 불안정해질 수 있습니다. 더 큰 진폭과 더 짧은 스위칭 시간으로 인해 모든 디지털 신호에는 스위칭 주파수와 무관한 고주파 성분이 포함됩니다. 아날로그 섹션에서는 라디오 튜닝 루프부터 라디오 장비 수신기까지 전압이 보통 1µV 미만입니다. 따라서 라디오 튜닝 루프와 RF 신호 간의 차이는 120dB에 달할 수 있습니다. 디지털 신호와 RF 신호가 깔끔하게 분리되지 않으면 약한 RF 신호가 손상되어 라디오 장비의 작동이 저하되거나 아예 작동하지 않을 수 있습니다.
RF 회로는 노이즈에 매우 민감하며, 특히 글리치 전압과 기타 고주파 고조파에 취약합니다. 최신 마이크로컨트롤러는 CMOS 공정으로 제조되므로 각 내부 클록 주기마다 갑자기 대부분의 전류를 흡수합니다. 예를 들어 마이크로컨트롤러가 1MHz의 내부 클록 주파수로 동작한다면, 같은 주파수로 전원에서 전류를 끌어오게 됩니다. 적절한 전원 디커플링이 적용되지 않으면 전원 라인에 전압 글리치가 발생합니다. 이 전압 글리치가 RF 회로의 전원 핀에 도달하면 심각한 경우 장애를 일으킬 수 있습니다.
RF 회로의 그라운드가 불합리하게 설정되면 기이한 결과가 발생할 수 있습니다. 디지털 회로 설계에서는 그라운드가 없어도 대부분의 디지털 회로 기능이 훌륭하게 구현될 수 있습니다. 그러나 RF 회로에서는 짧은 그라운드 라인조차 인덕터와 같은 역할을 합니다. 1nH의 인덕턴스는 약 1mm 길이와 호환되므로, 길이 10mm의 PCB 패턴의 유도성 리액턴스는 대략 27Ω로 추정됩니다. 그라운드가 적용되지 않으면 대부분의 그라운드 라인이 너무 길어져 설계 의도대로 회로 특성을 나타내지 못하게 됩니다.
PCB 레이아웃 설계 시 보드上还有其他 아날로그 회로들이 존재합니다. 예를 들어 많은 회로가 아날로그-디지털 컨버터(ADC)나 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 포함합니다. RF 송신기가 전송하는 고주파 신호는 어떤 회로 라인이든 안테나처럼 RF 신호를 송수신하므로 ADC의 아날로그 입력 단자에 도달할 수 있습니다. ADC 입력 단자가 부적절하게 처리되면 RF 신호가 ADC 입력의 ESD 다이오드 내부에서 자발 진동하여 ADC 편차를 유발할 수 있습니다.
RF 레이아웃을 설계할 때는 다음 일반 원칙을 먼저 준수해야 합니다:
파티셔닝은 물리적 파티셔닝과 전기적 파티셔닝으로 분류됩니다. 전자는 주로 부품 레이아웃, 방향, 차폐와 관련되며, 후자는 전원 분배, RF 라우팅, 민감 회로, 신호, 그라운드 파티셔닝으로 세분화됩니다.
부품 레이아웃 원칙. 부품 레이아웃은 우수한 RF 설계에 필수적입니다. 가장 효과적인 기술은 RF 경로를 따라 배치되는 부품을 먼저 고정하고, 그 방향을 조정하여 RF 경로를 최소화하고 입력을 출력에서 멀리 떨어뜨리며, 고전력 회로와 저전력 회로를 최대한 분리하는 것입니다.
PCB 적층 설계 원칙. 가장 효율적인 회로 적층 방법은 메인 그라운드 면을 최상층(제1층) 바로 아래인 제2층에 배치하고, RF 트레이스를 제1층에 배치하는 것입니다. RF 경로상의 비아 홀 크기는 최소화해야 하며, 이는 경로 인덕턴스를 줄이고 메인 그라운드의 콜드 솔더 조인트 수를 감소시킵니다. 또한 RF 에너지가 적층 내 다른 영역으로 누설되는 것을 줄여줍니다.
RF 부품 및 RF 트레이싱 원칙. 물리적 공간에서 다단 증폭기와 같은 선형 회로는 모든 RF 영역을 분리할 수 있지만, 듀플렉서, 믹서, 중주파 증폭기/믹서는 여러 RF/IF 신호 간의 상호 간섭을 유발하는 경우가 많습니다. 따라서 이러한 영향을 신중하게 최소화해야 합니다. RF/IF 트레이스는 교차 배선하되 그 사이에 그라운드를 두어야 합니다. 올바른 RF 경로는 PCB 성능에 매우 중요하므로, 휴대폰 PCB 설계에서 부품 레이아웃이 대부분의 시간을 차지합니다.
전원 전송 원칙. 휴대폰의 대부분 회로에서 DC 전류는 매우 낮으므로 트레이스 폭을 세심하게 고려할 필요는 없습니다. 그러나 큰 전류가 흐르는 트레이스는 가능한 한 넓게 독립적으로 설계하여 고전력 증폭기의 전원 공급용으로 사용하여 전송 전압을 최소화해야 합니다. 과도한 전류 손실을 방지하기 위해 여러 비아 홀을 사용하여 한 면에서 다른 면으로 전류를 전달해야 합니다.
고전력 소자의 전원 디커플링. 고전력 증폭기의 전원 핀에서 완전한 디커플링이 이루어지지 않으면 고전력 노이즈가 보드 전체로 복사되어 많은 문제가 발생합니다. 고전력 증폭기의 접지는 매우 중요하며, 보통 금속 차폐 커버가 설계에 필요합니다.
RF 입/출력 분리 원칙. 대부분의 상황에서 RF 출력이 RF 입력에서 멀리 떨어져 있도록 보장하는 것도 마찬가지로 필수적이며, 이는 증폭기, 버퍼, 필터에도 적용됩니다. 최악의 경우 증폭기와 버퍼의 입력이 적절한 위상과 진폭으로 입력 단자로 되돌아오면 자발 진동이 발생할 수 있습니다. 최상의 경우 어떤 온도와 전압에서도 안정적으로 작동합니다. 실제로는 불안정해져서 RF 신호에 노이즈와 상호 변조 신호를 추가할 수 있습니다.
요약하자면, RF 회로는 분포 정수 회로이기 때문에 표피 효과와 결합 효과를 가지며, 이는 저주파 회로 및 DC 회로와 다릅니다. 따라서 위에서 논의한 문제들을 RF 회로 PCB 설계 시 특별히 강조해야 회로 설계가 효과적이고 정확해질 수 있습니다.
산업기술
임피던스 제어 기술은 고속 디지털 회로 설계에서 매우 중요하며, 고속 PCB 우수 성능 보장 위해 효과적 방법 채택 필수. PCB 상 고속 회로 전송선 임피던스 계산 및 제어 전송선 등가 모델 그림 1은 PCB 전송선 등가 효과: 직렬·병렬 저항, 커패시터, 인덕터 포함 구조(RLGC 모델). 직렬 저항 대표값 0.25~0.55Ω/ft, 병렬 저항 값 보통 매우 높음. PCB 전송선에 기생 저항·커패시턴스·인덕턴스 추가 시 전체 임피던스 = 특성 임피던스(Z₀). 선경 대·전원 그라운드 근접·유전율 높을 때 Z₀ 값 상대적
LED PCB 제조 난제 회로 그래픽 LED 측면에 회로 라인과 패드가 고밀도로 배치되어 있기 때문에 제조 과정에서 스크래치 감소가 최우선 고려 사항입니다. 노광 시행 시 참고 그림에 따라 밀집 회로 층을 설계하는 것이 좋습니다. 비아 충전 공정(VFP)과 솔더 마스크 도포 전 보드 연마 공정에서 연마 스크래치와 이미지 결함을 줄이기 위해 노력해야 합니다. 외형 공차 현재 LED 보드의 외형 공차는 보통 ±0.1mm입니다. 그러나 LED 디스플레이 조립 필요성에 따라 ±0.08mm 또는 ±0.05mm 같은 더 엄격한 공차가 요구
