4G時代のRF回路・EMC向けPCB設計最適化

通信技術の発展により、無線無線周波数（RF）回路が携帯電話、Bluetooth製品等で徐々に広く適用されるようになり、RF回路は無線伝播のコア技術となっています。しかし近年、4Gの普及とデータ転送桁数の顕著な増大により、RF回路のPCB設計に課題が生じています。RF回路で転送される信号数が日々数百倍に増加しているためです。さらにRF回路は小型・携帯性を持つポータブルデバイスに主に適用されるため、回路全体の基本要件は小型、均一・合理的な配線、微小部品間の非干渉です。しかし、携帯電話内部で部品間電磁干渉が発生するのは避けられないように見えます。心配無用。電磁干渉の影響を効果的に低減する操作を適用可能です。本稿では、小型で顕著な耐干渉能力を持つRF回路向け合理的PCB設計を提示します。

基板材料の選択

一部IC（集積回路）が基板上で実装されるため、RF回路向けに適切な基板を電子部品担持テンプレートとしてまず選択する必要があります。基板材料選択での第一考慮要素は誘電率、誘電損失、熱膨張係数。うち誘電率が最も重要で、回路のインピーダンスと伝送速度に大きく影響し、特に極めて高周波回路では誘電率への要求が厳格です。したがって、一般に誘電率が比較的小さい基板材料を選択するのが定石です。

PCB設計手順

回路図設計

PCB設計の第一歩は回路図設計で、コンピュータ支援で完了します。PCB設計ソフトウェア（全電子アナログ部品を含む）で実施。まず実回路をコンピュータ上でシミュレートして回路図を設計。次に回路図を対応部品と接続。次に回路図ベースで動作シミュレーションを実施し、基本動作の実現可能性を判定。

PCB設計

回路図設計後、回路図に基づきPCBパターンとサイズを科学的に決定。位置、寸法、パターン等パラメータに従い最適化し、システム全体を最適性能に導きます。この過程で、位置決め穴、ビューホール、基準穴の位置決定が必要です。

必要なすべての部品を配置。一般部品は倉庫で容易に入手可能。入手不可なら調達または製造。PCBCartは専門的・安定した部品調達システムを備え、お客様が信頼できます。その後、部品周辺で部品配置と配線を実施。最終ステップは回路動作検出で、回路性能が要件を満たし、動作が基本的に安定することを確認。

部品レイアウト

通常部品レイアウトと異なり、RF回路のすべての部品は回路小型化の結果として非常に小さいため、部品レイアウトにSMT（表面実装技術）、微小電子部品のはんだ付けに赤外線リフロー炉を適用。はんだ付けはRF回路設計の重要リンクで、その品質が回路全体品質に直結。RF回路PCBでは、電子部品間で優れた電磁両立性を形成する必要があり、これが最も考慮すべき要素です。異なる電子部品間の電磁放射が各部品の独立動作に影響するため、まず耐干渉能力を持つ部品を選択する必要があります。

また、回路全体動作時に電流が磁場を生成する傾向があるため、RF回路の観点から、部品間干渉に加え、回路から他回路への電磁干渉も考慮必須。マクロな回路レイアウトが極めて重要で、以下の基本レイアウト原則を参考とできます。

1. 部品配置を1列に整列。PCBエントリ錫めっきシステムの方向決定を適用し、はんだ付け不良問題を低減。一般に部品間隔は0.5mm以上で錫はんだ付けを実施可能。それ未満では距離が小さくはんだ付け不能。
2. すべてのインターフェースをPCBシステムで互換させる。部品インターフェースの位置、寸法、形状を考慮し、スムーズな接続を確保。回路複雑性により電位差が不可避的に生じ、狭い空間でショートが発生しやすい。高電位部品を互いに近接配置せずショート回避。高圧環境ではより注意が必要。
3. 回路構造を全体として慎重に検討し、回路を個別モジュールに分割（各モジュールに多数の電子部品）。部品をモジュール別に配置。例：高周波増幅回路やミキサー回路をレイアウト時にまとめて配置し、配線ループ面積を効果的に削減、回路消費と電磁放射も低減。また、異モジュール間の相互干渉を阻止。

配線（ルーティング）

基本レイアウト後に実施、詳細配線と全体配線に分類。前者は回路内の各モジュール内部配線。IC設計で詳細配線が発生する場合もあるが、予備的詳細配線は部品調達前に完了。わずかな修正のみ必要な場合も。

全体配線とは、異モジュール間の相互配線、または電源と各モジュール間のネットワーク配線。全体配線プロセスで考慮すべき側面：モジュール位置の特異性とモジュール間距離差により多くの制約が生じる。各モジュールを1点と見なし、点間接続を決定すれば、最短配線長の最良プランが生成され、材料コスト節約と回路のシンプル・整然化が可能。

参考リソース

• PCB EMC設計で初回成功を確実にする
• EMC改善のためのPCBパーティショニング設計ルール
• RFおよびマイクロ波PCB設計ガイドライン
• RF PCB設計の挫折と解決策
• PCBCartのフル機能PCB製造サービス - 複数の付加価値オプション
• PCBCartの先進PCB実装サービス - 1個から対応