PCB 뉴스 - 무선 주파수 회로기판의 설계와 비결

무선 주파수 회로기판의 설계와 비결

성공적인 무선 주파수 PCB 설계는 설계 과정 내내 모든 단계와 세부 사항에 주의를 기울여야 하며, 이는 설계 초기에 철저하고 세밀한 계획을 세워야 하며, 각 설계 단계의 진도를 전면적이고 지속적으로 평가해야 한다는 것을 의미한다.이런 세밀한 디자인 기교는 대다수 국내 전자 기업 문화가 부족한 것이다.

최근 몇 년 동안 Bluetooth 장치, 무선 랜 (WLAN) 장치 및 휴대 전화의 수요와 증가로 인해 사업자는 점점 더 무선 주파수 회로 설계의 기술을 중시하고 있습니다.과거부터 지금까지 무선 주파수 회로 기판의 설계는 전자 간섭과 마찬가지로 엔지니어가 가장 통제하기 어려운 부분이었으며 심지어 악몽이었습니다.만약 당신이 한 번에 설계에 성공하고 싶다면, 당신은 반드시 사전에 자세히 계획하고 세부 사항에 주의해야 한다.

무선 주파수 (RF) 회로 기판 설계는 이론적으로 많은 불확실성이 있기 때문에 일반적으로"블랙 아트"로 묘사됩니다.그러나 이것은 부분적으로 덮어쓰는 관점일 뿐이다.무선 주파수 회로 기판의 설계에는 여전히 많은 규칙이 따를 수 있다.그러나 실제 설계에서 진정한 실용적인 기술은 이러한 법률이 각종 제한으로 인해 실시될 수 없을 때 어떻게 타협하는가이다.중요한 무선주파수 설계 주제는 임피던스와 임피던스 매칭, 절연층 소재와 층압판, 파장과 고조파 등이다. 본고는 무선주파수 회로기판 분구 설계와 관련된 다양한 문제를 중점적으로 다루게 된다.

미세 구멍 유형

인쇄회로기판의 서로 다른 특성을 가진 회로는 분리해야 하지만, 전자기 간섭이 없는 가장 좋은 조건에서 연결해야 하며, 이는 마이크로 오버홀을 사용해야 한다.일반적으로 마이크로 오버홀의 지름은 0.05mm~0.20mm입니다. 이러한 오버홀은 일반적으로 블라인드 오버홀, 매몰 오버홀, 관통 오버홀 등 세 종류로 나뉩니다.블라인드 구멍은 인쇄 회로 기판의 위쪽 및 아래쪽 표면에 위치하며 깊이가 일정합니다.이것은 아래의 표면 회로와 내부 회로 사이의 연결에 사용됩니다.일반적으로 구멍의 깊이는 일정한 축척 (구멍 지름) 을 초과하지 않습니다.매몰구멍은 인쇄회로기판 내부에 있는 연결 구멍으로 인쇄회로기판 표면까지 확장되지 않습니다.위의 두 구멍 유형은 보드 내부에 있습니다.이러한 작업은 계층 압력 이전에 구멍을 통해 이루어집니다.구멍을 통과하는 동안 여러 내부 레이어가 중첩될 수 있습니다.세 번째는 전체 회로 기판을 통과하여 내부 상호 연결을 가능하게 하거나 컴포넌트의 접착 위치 구멍으로 사용할 수 있는 통과 구멍이라고 합니다.

파티션 기술 사용

무선 주파수 회로 기판을 설계할 때 HPA(고출력 무선 주파수 증폭기)와 저소음 증폭기(LNA)는 가능한 한 격리해야 한다.결론적으로, 고출력 무선 주파수 발사 회로는 저소음 수신 회로를 멀리해야 한다.PCB에 공간이 많이 있다면 쉽게 할 수 있습니다.그러나 많은 구성 요소가 있을 때 PCB 공간은 매우 작아지기 때문에 구현하기 어렵습니다.PCB의 양쪽에 놓거나 동시에 작동하지 않고 교대로 작동하게 할 수 있습니다.고출력 회로에는 RF 버퍼 및 압력 제어 발진기 (VCO) 도 포함될 수 있습니다.

설계 파티션은 물리적 파티션과 전기 파티션으로 나눌 수 있습니다.물리적 파티션은 주로 부품의 배치, 방향성 및 차폐와 관련됩니다.전기 파티션은 계속해서 배전, 무선 주파수 배선, 민감한 회로 및 신호, 접지 등의 파티션으로 나눌 수 있습니다.

엔티티 파티션

컴포넌트 레이아웃은 탁월한 무선 주파수 설계의 핵심입니다.가장 효과적인 기술은 먼저 구성 요소를 RF 경로에 고정하고 RF 경로의 길이를 최소화하기 위해 방향을 조정하는 것입니다.또한 무선 주파수 입력을 무선 주파수 출력에서 멀어지게 하고, 가능한 한 고출력 회로와 저소음 회로에서 멀어지게 한다.

가장 효과적인 보드 스택 방법은 주 접지를 표층 아래의 두 번째 층에 배치하고 가능한 한 표층에서 무선 주파수를 걷는 것이다.무선 주파수 경로의 오버홀 크기를 최소화하면 경로 감지를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 주 접지의 가짜 용접점을 줄일 수 있으며 무선 주파수 에너지가 층압판의 다른 영역으로 누출될 기회도 줄일 수 있다.

물리적 공간에서 다중 레벨 증폭기와 같은 선형 회로는 일반적으로 여러 RF 영역을 서로 격리하기에 충분하지만 이중 작업자, 믹서 및 if 증폭기는 항상 여러 RF/if 신호를 상호 간섭하므로 이러한 영향을 조심스럽게 최소화해야합니다.RF 및 if 경로설정은 가능한 한 교차해야 하며 가능한 한 접지 영역을 구분해야 합니다.정확한 무선 주파수 경로는 전체 PCB의 성능에 매우 중요합니다. 이것이 휴대 전화 PCB의 설계에서 컴포넌트 레이아웃이 일반적으로 대부분의 시간을 차지하는 이유입니다.

휴대폰 PCB에서는 일반적으로 저소음 증폭기 회로를 PCB의 한쪽에, 고출력 증폭기를 다른 쪽에 놓고, 마지막에는 쌍공기를 통해 같은 쪽에 있는 RF 안테나의 한쪽과 베이스밴드 프로세서의 다른 한쪽에 연결할 수 있다.이것은 RF 에너지가 판의 한쪽에서 다른 쪽으로 구멍을 통해 이동하지 않도록 보장하는 기술이 필요합니다.일반적인 기술은 양쪽에 블라인드 구멍을 사용하는 것입니다.RF 간섭을 받지 않는 PCB 양쪽 영역에 블라인드 홀을 배치함으로써 오버홀의 악영향을 최소화할 수 있습니다.

금속차폐

때때로 여러 개의 회로 블록 사이에 충분한 간격을 유지하는 것은 불가능합니다.이 경우 금속 차폐를 사용하여 RF 영역에서 RF 에너지를 차단하는 것을 고려해야하지만 금속 차폐는 PCB 제조 비용과 높은 PCB 조립 비용과 같은 부작용도 있습니다.

불규칙한 금속 차폐는 제조 중 고정밀도를 보장하기 어려우며, 직사각형 또는 사각형의 금속 차폐는 부품의 배치를 제한한다;금속 차폐는 부품 교체와 고장 변위에 불리하다.금속 차폐는 바닥에 용접해야 하고 어셈블리와 적절한 거리를 유지해야 하기 때문에 귀중한 PCB 공간을 차지해야 합니다.

가능한 한 금속 차단의 무결성을 보장하는 것이 중요하므로 금속 차단에 들어가는 디지털 신호선은 가능한 한 안쪽을 통과해야 하며 신호선 층의 다음 층을 접지층으로 설정하는 것이 좋습니다.무선 주파수 신호선은 금속 차폐 하단의 작은 간격과 접지 간격의 케이블 레이어에서 경로설정할 수 있지만 간격의 외곽은 가능한 한 큰 접지 면적으로 둘러싸여야 합니다.서로 다른 신호층의 접지는 여러 개의 오버홀 s를 통해 연결될 수 있다.

이러한 단점에도 불구하고 금속 차폐는 매우 효과적이며 일반적으로 중요한 회로를 격리하는 유일한 해결책입니다.

전원 분리 회로

또한 적절하고 효과적인 칩 전력 디커플링 회로도 매우 중요합니다.선형 회선과 통합된 많은 RF 칩은 전원 소음에 매우 민감합니다.일반적으로 각 칩에는 최대 4개의 콘덴서와 하나의 분리 센서가 필요하여 모든 전원 잡음을 필터링합니다.

최소 커패시터는 일반적으로 커패시터 자체의 공명 주파수와 핀 감지에 따라 결정되며 C4의 값도 그에 따라 선택됩니다.C3 및 C2의 값은 자체 핀 감지로 인해 상대적으로 크므로 RF 디커플링 효과가 낮지만 저주파 노이즈 신호를 필터링하는 데 더 적합합니다.무선 주파수 디커플링은 전기 감지 L1에 의해 이루어지며, 이로 인해 무선 주파수 신호가 전원 코드에서 칩으로 결합되지 않습니다.모든 케이블은 RF 신호를 수신하고 보낼 수 있는 잠재적 안테나이므로 RF 신호를 주요 회선 및 구성 요소와 분리할 필요가 있습니다.

이러한 디커플링 어셈블리의 물리적 위치도 일반적으로 중요합니다.이러한 주요 부품의 레이아웃 원칙은 C4는 가능한 한 IC 핀에 가깝고 접지해야 하며 C3는 C4에 가장 가깝고 C2는 C3에 가장 가까워야 하며 IC 핀과 C4 사이의 연결 경로는 가능한 한 짧아야 한다는 것이다.이러한 구성 요소 (특히 C4) 의 접지 끝은 일반적으로 보드 아래의 첫 번째 접지층을 통해 칩 접지 핀에 연결되어야 합니다.어셈블리를 접지 평면의 오버홀에 연결하려면 PCB의 어셈블리 용접 디스크에 가능한 가까이 있어야 합니다.용접판에 프레스된 블라인드 구멍을 사용하여 연결선의 감전을 최소화하는 것이 좋으며 감전 L1은 C1에 가까워야 합니다.

집적회로나 증폭기는 일반적으로 집전극 회로 출력을 가지고 있기 때문에 고임피던스 RF 부하와 저임피던스 DC 전원을 공급하기 위해 인덕터가 필요하다.같은 원리는 이 센서의 전원 단자를 분리하는 데도 적용된다.일부 칩은 작동하기 위해 여러 개의 전원이 필요하기 때문에 각각 분리하기 위해 2~3개의 콘덴서와 센서가 필요할 수 있습니다.칩 주위에 충분한 공간이 없다면 디커플링 효과가 떨어질 수 있습니다.

특히 공심 변압기를 형성하고 교란 신호를 상호 감지하기 때문에 센서가 거의 병렬되지 않는다는 점에 유의해야 한다.그러므로 그들 사이의 거리는 적어도 그중의 하나의 높이와 같거나 직각으로 배치하여 상호감각을 최소화해야 한다.

전기 파티션

전기 파티셔닝은 원칙적으로 물리적 파티셔닝과 동일하지만 일부 다른 요소도 포함됩니다.현대 휴대전화의 일부 부품은 서로 다른 작업 전압을 사용하고 소프트웨어에 의해 제어되어 배터리의 사용 수명을 연장한다.이것은 휴대폰에 여러 개의 전원이 필요하다는 것을 의미하며, 이는 더 많은 격리 문제를 일으킬 수 있습니다.일반적으로 전원 공급 장치는 회로 기판 외부의 소음을 필터링한 다음 스위치 세트나 선형 조절기를 통해 할당하기 위해 커넥터에 의해 도입되어 즉시 분리됩니다.

휴대폰에서는 대부분의 회로의 직류 전류가 매우 작기 때문에 배선 폭은 일반적으로 문제가 되지 않는다.그러나 고출력 증폭기의 전원은 전송 과정에서 순간적인 전압 강하를 최소화하기 위해 가능한 한 넓은 전류선을 별도로 설계해야 합니다.과도한 전류 손실을 피하기 위해서는 여러 개의 구멍을 사용하여 전류를 한 층에서 다른 층으로 전송해야 한다.또한 고출력 증폭기의 전원 핀에서 완전히 분리되지 않으면 고출력 노이즈가 인쇄 회로 기판 전체에 방사되어 여러 가지 문제가 발생합니다.고출력 증폭기의 접지는 매우 중요하며, 일반적으로 금속 차폐를 설계해야 한다.