RF PCB 구현

참고

이 문서의 층위 — 적용. RF 회로를 기판에 옮기는 규칙과 구조를 다룬다. 재료 선정 기준은 PCB 재료와 물성이 소유한다.

1. RF 스택업

원칙	이유
RF 층 바로 아래에 온전한 접지면(ground plane)	리턴 경로(return path)와 기준을 준다
RF 층과 접지면 사이를 얇게	결합이 줄고 임피던스(impedance) 제어가 쉬워진다
저손실 유전체를 RF 층 구간에만	전체를 바꾸지 않고 비용을 억제한다(혼합 스택업)
디지털 층을 멀리	결합과 잡음을 막는다

혼합 스택업이 흔하다. RF 구간만 저손실 재료를 쓰고 나머지는 일반 재료를 쓰는 구성이며, 재료의 열팽창 차이 때문에 제작사와 미리 합의해야 한다.

2. 전송선 선택

구조	언제
마이크로스트립(microstrip)	부품을 실장해야 한다 · 지연이 짧아야 한다
접지 코플래너(CPWG)	유전체 두께가 고정되어도 임피던스를 맞춰야 한다 · 고주파
스트립라인	방사와 결합을 막아야 한다 · 부품이 없는 구간

주파수가 높아질수록 CPWG 를 선호한다. 옆 접지가 장을 가두어 방사와 결합이 줄고, 옆 간격이 조절 변수를 하나 더 준다 — PCB 전송선 구조 §1.

3. 접지 구조

요소	하는 일
온전한 접지면	기준과 리턴을 제공한다
접지 비아(via)	표면 접지와 아래 접지면을 잇는다
비아 펜스	선로 양옆에 비아를 줄지어 두어 장을 가둔다
스티칭 비아	넓은 접지 영역을 여러 층에서 하나로 묶는다

주의

RF 에서 접지 비아 하나의 인덕턴스가 성능을 정한다. 병렬 소자의 접지가 멀거나 비아가 하나뿐이면 그 인덕턴스가 정합 값에 더해진다. 짧게, 여러 개, 바로 아래에 둔다.

3.1 비아 펜스 간격

비아 사이 간격이 파장에 견줄 만해지면 그 사이로 장이 샌다. 간격을 파장에 견주어 충분히 작게 두어야 차단 효과가 유지된다. 정확한 값은 주파수와 구조가 정하므로 해석으로 확인한다.

4. 배치

원칙	이유
신호 흐름대로 일렬로 배치한다	되돌아가는 배선(routing)이 없어야 격리가 유지된다
입력과 출력을 멀리 둔다	되먹임이 생기면 발진한다
정합 소자를 능동 소자 가까이	사이 선로가 임피던스를 돌린다
국부 발진 경로를 격리한다	다른 경로로 새면 스퍼가 된다
전력 증폭기의 열 경로를 확보한다	온도가 특성을 바꾼다
안테나(antenna) 주변에 금지 영역을 둔다	구리와 부품이 방사 특성을 바꾼다

5. 배선

규칙	이유
RF 선로는 가능한 한 짧게	손실과 위상 오차가 길이에 비례한다
폭을 일정하게 유지한다	폭이 변하면 임피던스가 변한다
급격한 굽힘을 피한다	굽은 자리에서 임피던스가 내려간다
직각 굽힘은 모서리를 잘라 낸다	여분 용량을 줄인다
층 전환을 줄인다	비아 전이가 불연속이다
다른 RF 선로와 나란히 두지 않는다	결합이 생긴다

6. 전이 구조

전이	문제	대책
IC → 기판	패드와 본딩이 불연속을 만든다	제조사 권장 랜드 패턴 · 패드 아래 접지면 처리
커넥터 → 기판	구조가 3 차원으로 바뀐다	제조사 권장 진입 형상 · 접지 비아 배치
마이크로스트립 → 동축	단면 형상이 다르다	점진 변화 구조 · 접지 연결
층 전환	비아 인덕턴스와 스터브	리턴 비아 · 백드릴 · 얕은 전환

전이 구조는 전송선 모델로 세울 수 없다. 3D 전자기장 해석으로 S 파라미터를 뽑아 경로에 넣는다 — 해석 방법 §5.

7. 디지털과 함께 실을 때

문제	대책
클럭 고조파가 RF 대역에 떨어진다	클럭 주파수를 고르고 대역을 확인한다
디지털 전원 잡음이 RF 로 넘어온다	전원을 나누고 필터를 둔다
스위칭 전원의 스퍼	스위칭 주파수를 RF 대역 밖으로 · 차폐
접지 공유	공통 임피던스 결합이 생긴다 — 접지 영역과 리턴 경로를 설계한다

자세한 축은 설계 최적화 §2 가 소유한다.

8. 확정 전 점검 항목

축	확인
스택업	RF 층 아래 접지면이 온전한가
임피던스	목표값과 허용 범위를 제작사와 합의했는가
접지	병렬 소자 접지 비아가 바로 아래인가 · 여러 개인가
펜스	비아 간격이 대역 끝에서도 유효한가
배치	입력과 출력이 격리되었는가
전이	IC·커넥터 전이를 해석에 포함했는가
안테나	금지 영역을 지켰는가