接地付きコプラナ導波路RF給電線の最適化でWi-Fi性能を向上
編集部注: ワイヤレスPCB設計では、RF給電線が正しく設計されていないと最良の計画も台無しになります。本記事はEEWebからの転載で、Arira Designの信号インテグリティグループが、インピーダンス不足でWi-Fi性能を低下させていた5 GHz接地付きコプラナ導波路(GCPW)にどう対処したかを詳述します。
最近のプロジェクトで、既存の5 GHz GCPWの再設計を依頼されました。そのインピーダンスは約38 Ωと、目標の50 Ωを大きく下回っていました。初期測定で、開発後期まで気づかれやすい3つの設計上の見落としが判明しました。
- はんだマスクの誘電体効果がトレースインピーダンスに与える影響を十分に考慮していなかった。
- PCBエッチバックをインピーダンス計算に含めていなかった。
- 隣接する非参照グラウンドプレーンの切り抜きが不適切だった。
徹底的なシミュレーション見直しの後、コプラナ形状を改良して50 Ω要件を満たしました。更新されたPCBは、クライアントの確認によりWi-Fiスループットと信頼性の測定可能な向上をもたらしました。
本記事では、元の形状、3つの設計欠陥の影響、最終的な最適化レイアウトを解説します。Eフィールドプロットで、接地付きコプラナ設計における意図的および意図しない結合を示します。読者はCPWおよびGCPWの基本概念に精通していることを前提としています。
接地付きコプラナ導波路(GCPW)
GCPWは、現代のボードにおけるWi-FiおよびBluetooth実装でますます採用されています。従来のマイクロストリップと比較して、いくつかの魅力的な利点があります。
- 低損失: 電界の多くが損失の大きいFR-4基板ではなく空気中を伝播するため、5 GHzでもコスト効率の良い基板が使用可能。
- 優れたアイソレーション: 電界の閉じ込めが強いため、隣接トレースとのクロストークを低減。
- 設計柔軟性: インピーダンスは主に信号トレースと隣接グラウンドの間隔で決まるため、性能を損なわずにより幅広のトレースが可能。
- 銅表面粗さ損失の低減: 電流が銅表面の滑らかなトレースエッジに集中するため、電流が粗い底面に乗るマイクロストリップとは対照的。
- マッチング部品の効率的な配置: グラウンドプレーンが近接しているため、直列/並列マッチング部品をトレースとコプラナグラウンドの間に直接実装でき、パラジックビア効果を排除。
GCPWインピーダンスを見積もる無料計算ツールはいくつか存在しますが、複雑な銅形状や近接構造を扱えないことが多々あります。正確な設計には電磁界シミュレーションが不可欠です。
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