PCB設計におけるRFフィードラインの最適化

編集者注：ワイヤレス設計は、接続されたデバイスの開発に最適な計画を妨げる可能性があります。特に、不適切に設計されたアンテナフィードラインは、テスト中の開発の後半まで発見するのが難しい場合があります。これは、EEWebの友人からのすばらしい記事の一部であり、Wi-Fiパフォーマンスを改善するために必要な接地されたコプレーナ導波管RFフィードラインの設計を改善するために使用されるアプローチの詳細を提供します。

最近、AriraDesignのSignalIntegrity Groupは、クライアントのボード上のWi-Fiサブシステムのパフォーマンスを向上させるために、既存の5GHz接地コプレーナ導波管RFフィードラインを再設計するように要求されました。測定の結果、フィードラインのインピーダンスは約38オームでした。

シミュレーションの前に、次のようないくつかの問題が元の設計で明らかになりました。

• トレースインピーダンスに対するはんだマスクの影響を考慮に入れていない

• トレースインピーダンス計算でPCBエッチングバックを考慮できない

• 近くの非参照グランドプレーンの切り欠きが正しくありません

既存のフィードラインがシミュレーションされた後、シミュレーション結果に基づいてコプレーナジオメトリが改善され、50オームのインピーダンス要件が満たされました。その結果、クライアントは新しいPCBでWi-Fiパフォーマンスが大幅に向上したと報告しました。

このホワイトペーパーでは、最初のPCB設計の同一平面上の形状、上記の3つの項目の効果、および最終的な同一平面上の形状について説明します。接地されたコプレーナ設計で発生する可能性のある意図的および非意図的な結合を示すために、さまざまなコプレーナ構成の電界プロットが示されています（読者はコプレーナ導波路（CPW）および接地コプレーナ導波路（またはGCPW）。

接地コプレーナ導波管

接地されたコプレーナ導波路は、最新の回路基板でのWi-FiおよびBluetooth統合の普及により、PCB設計でより一般的になりつつあります。従来のマイクロストリップ伝送ラインに対するGCPWの利点のいくつかは次のとおりです。

• 低損失：損失のあるPCB材料を流れるのではなく、より多くの電界線が空中を移動します。これにより、5GHzで動作するPCB設計に安価なFR-4を使用できるようになります。

• 分離：フィールドラインがより厳密に制限されているため、GCPWラインはマイクロストリップと比較してより多くの分離を提供します。

• 柔軟なジオメトリ：GCPWインピーダンスは、主にトレースと同一平面上の地面構造の間のギャップによって制御されます。これにより、マイクロストリップ伝送ラインと比較して、トレース幅の柔軟性が高まります。

• 銅の表面粗さの損失が少ない：マイクロストリップラインの電流は、銅が最も粗い場所であるトレースの下部に集中する傾向があります。 （誘電体への接着を促進するため）。適切に設計されたGCPW伝送ラインでは、電流がトレースのエッジに集中する傾向があり、表面がより滑らかになります。

• 優れたマッチングコンポーネントの配置：ほとんどのBluetoothまたはWi-Fi RFフィードラインには、直列および/または並列のマッチングコンポーネントが必要です。 GCPWにはトレースに直接隣接するグラウンドがあるため、並列コンポーネントをトレースとコプレーナグラウンドの間に直接取り付けることができ、ビアに関連する寄生要素を排除します。

GCPW構造のインピーダンスを計算するために多くのツールを利用できますが、インターネットで利用できる無料のツールには、通常、分析できる構造のタイプに制限があります。通常、基本構造を計算できますが、銅に近い構造の効果を正しくモデル化するには、通常、EMシミュレーションが必要です。