4G 시대 RF 회로 및 EMC 최적화를 위한 PCB 설계

통신 기술 발전으로 무선 주파수(RF) 회로 응용이 휴대폰, 블루투스 제품 등 분야로 점차 확대돼 RF 회로가 무선 전파 전파의 핵심 기술이 됐습니다. 최근 4G 보급과 데이터 전송 규모 급증으로 RF 회로 PCB 설계에 도전 과제가 생겼습니다. RF 회로 전송 신호 수가 매일 수백 배 증가하기 때문입니다. 또한 RF 회로는 소형·휴대용 기기 위주로 적용돼 전체 회로 기본 요건이 소형화, 균일하고 합리적인 배선, 마이크로 부품 간 비간섭입니다. 하지만 휴대폰 내부 부품 간 전자기 간섭은 불가피해 보입니다. 걱정 마십시오. 전자기 간섭 영향을 효과적으로 줄이는 조치들이 있습니다. 본 글은 소형화와 탁월한 내간섭성을 겸비한 합리적인 RF 회로 PCB 설계를 제시합니다.

기판 재료 선정

일부 IC(집적회로)가 기판 상에 구현되므로 RF 회로용 적합 기판을 전자 부품 탑재 템플릿으로 먼저 선정해야 합니다. 기판 재료 선정 시 최우선 고려 요소: 유전율(dielectric constant), 유전 손실(dielectric loss), 열팽창 계수. 그중 유전율이 가장 중요하며 임피던스와 전송 속도에 큰 영향, 특히 초고주파 회로는 유전율 요구 엄격. 따라서 상대적으로 낮은 유전율 기판 재료 선정 원칙.

PCB 설계 절차

회로도 설계

PCB 설계 첫 단계는 컴퓨터 지원하 회로도 설계. PCB 설계 소프트웨어(전자 아날로그 부품 내장)로 구현. 1) 컴퓨터에서 실제 회로 시뮬레이션으로 회로도 설계 2) 회로도와 해당 부품 연결 3) 회로도 기반 동작 시뮬레이션으로 기본 동작 타당성 검증.

PCB 설계

회로도 설계 후 회로도 기반으로 PCB 패턴과 크기 과학적 결정. 위치, 치수, 패턴 등 파라미터 따라 패턴과 크기 최적화해 전체 시스템 최적 성능 도출. 이 과정에서 위치 결정 홀, 뷰 아이(view eye), 레퍼런스 홀 위치 결정 필요.

필요 부품 모두 배치. 일반 부품은 창고에서 쉽게 조달. 미보유 시 조달 또는 제작 필요. PCBCart는 전문적이고 안정적인 부품 조달 시스템 보유. 이후 부품 배치 및 배선 실행. 마지막 단계 회로 동작 검증으로 성능 요건 충족 및 기본 안정 동작 확인.

부품 레이아웃

일반 부품 레이아웃과 달리 RF 회로 모든 부품은 회로 소형화로 매우 작아 SMT(표면실장기술) 적용, 적외선 리플로 오븐으로 마이크로 전자 부품 솔더링. 솔더링은 RF 회로 설계 중요 공정으로 품질이 전체 회로 품질 직결. RF 회로 PCB는 전자 부품 간 우수한 전자기 호환성(EMC) 형성 필요, 최우선 고려 요소. 부품 간 전자기 복사가 각 부품 독립 동작에 영향 → 내간섭성 부품 우선 선정.

전체 회로 동작 시 전류가 자기장 생성. RF 회로 관점에서 부품 간 간섭뿐 아니라 회로의 타 회로 전자기 간섭도 고려. 거시적 회로 레이아웃 매우 중요, 다음 기본 원칙 참조.

1. 부품 배치는 일렬 배열 원칙. PCB 진입 주석 도금 시스템 방향 결정으로 느슨한 솔더링 문제 감소. 일반적으로 부품 간 간격 0.5mm 이상 확보로 부품 간 주석 솔더링 가능. 간격 작으면 솔더링 불가.
2. PCB 시스템 내 모든 인터페이스 호환 필수. 부품 인터페이스 위치, 치수, 형상 고려해 원활한 연결 보장. 회로 복잡성으로 전기적 위치 차이 불가피, 소공간에서 단락 빈발. 고전위 부품끼리 너무 가깝게 배치 금지, 고전압 환경서 더 주의.
3. 회로 구조 전체적 고려, 회로를 독립 모듈로 분할(각 모듈 다수 전자 부품 포함). 모듈별 부품 분포. 예: 고주파 증폭 회로, 믹서 회로 등을 레이아웃 시 함께 배치 → 와이어 루프 면적 효과적 축소 → 회로 소비전력 및 전자기 복사 감소, 모듈 간 상호 간섭 차단.

배선(Routing)

기본 레이아웃 후 배선 실행, 상세 배선(detailed routing)과 전체 배선(overall routing) 분류. 전자: 회로 내 다른 모듈 내부 배선. IC 설계 중 상세 배선 발생 가능, 부품 조달 전 예비 상세 배선 완료. 때로 약간 수정만 필요.

전체 배선: 모듈 간 상호 배선 또는 전원-각 모듈 간 네트워크 배선. 전체 배선 시 고려 사항: 위치 특수성과 모듈 간 거리 차이로 다수 제약 발생. 각 모듈을 점으로 보고 점 간 연결 결정 시 최단 배선 길이 최적안 도출 → 재료비 절감, 회로 단순·명료.

유용한 자료:
• PCB EMC 설계 첫 성공 보장
• EMC 향상 위한 PCB 파티셔닝 설계 규칙
• RF 및 마이크로웨이브 PCB 설계 가이드라인
• RF PCB 설계 난제와 해결책
• PCBCart 풀피처 PCB 제조 서비스 - 다양한 부가가치 옵션
• PCBCart 첨단 PCB 조립 서비스 - 1개부터 시작