PCB Artwork 설계 지침 (IPCB Co.)

 

 

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안녕하세요.

이번 포스팅에서는 주어진 조건에서 고성능 PCB를 설계하기 위해 CheckList로 활용 가능한 몇몇 엔지니어, 회사의 PCB Artwork 설계 지침에 대해 알아보겠습니다.

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※1. iPCB Co.

RF PCB 레이아웃 가이드

아래 내용은 iPCB사의 홈페이지에서 공유하고 있는 내용입니다. 자세한 내용은 위 링크를 통해 확인해보세요.

 

 

[ RF PCB 레이아웃 가이드 ]

RF PCB 레이아웃은 현대 전자 장치에서 매우 중요한 역할을 합니다.무선 회로는 고주파, 고감도, 저소음의 특징을 가지고 있다.좋은 RF PCB 레이아웃은 신호의 반사와 손실을 줄이고 전자기 간섭을 줄이며 시스템의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

 

1. 임피던스 일치

임피던스 정합은 무선 주파수 인쇄 회로 설계의 기본 원칙 중의 하나이다.무선 주파수 회로에서 신호의 전송은 반드시 일정한 임피던스를 유지하여 신호의 완전성과 전송의 효율을 확보해야 한다.임피던스가 일치하지 않으면 신호가 반사되고 손실되어 성능에 영향을 미칩니다.시스템.신호 주파수와 전송선의 특성에 따라 적합한 임피던스 값을 선택하고 합리적인 레이아웃 설계를 통해 임피던스 일치를 실현할 필요가 있다.흔히 볼 수 있는 임피던스 정합 방법에는 마이크로밴드 선 정합, 공면 전도 정합, 디커플링 등이 포함된다.찾을 수 있습니다.

 

2. 신호 격리

(1) 서로 다른 신호를 층으로 나누어 놓아 신호 간의 교차 결합 방해를 피한다.

(2) 화면이나 보호층을 사용하여 민감한 신호를 다른 신호와 분리한다.

(3) 접지 방식을 합리적으로 조직하여 접지 전류가 신호에 대한 간섭을 줄인다.

 

3. 전력 및 접지 설계

(1) 무선 주파수 신호에서 전원 잡음의 간섭을 줄이기 위해 적절한 전원 필터를 선택합니다.

(2) 전원과 지면의 배치를 합리적으로 조직하여 전원과 지면 사이의 회로 방해를 피한다.

(3) 비교적 큰 접지 평면 면적을 사용하여 접지의 안정성과 신뢰성을 높인다.

 

 

 

< RF PCB 레이아웃의 특수 설계 단계 >

1. 먼저 회로 설계를 한다. 회로 설계는 원리도 설계와 인쇄 회로 기판 배치 설계의 두 단계를 포함한다.원리도 설계 단계에서는 시스템의 기능 요구에 따라 적합한 전자 부품을 선택하고 합리적인 회로도를 설계할 필요가 있다.인쇄회로기판의 배치를 설계하는 단계에서는 회로원리도에 따라 인쇄회로기판에 전자부품을 합리적으로 배치하고 반드시 배선설계를 해야 한다.

 

2. 소자 배치 장치와 같은 기본 소자는 가능한 한 가까이 배치하여 전송 경로와 신호 손실을 줄인다.

(1) 임피던스 일치: 임피던스 일치 요구에 따라 구성 요소의 위치와 방향을 합리적으로 배치하여 임피던스 일치를 확보한다.

(2) 신호 격리: 서로 다른 신호원과 증폭기와 같은 민감한 구성 요소를 가능한 한 결합시켜 신호 간의 간섭을 줄인다.

(3) 방열 문제: 고출력 부품의 경우 방열 문제를 고려하고 부품의 위치와 배열을 합리적으로 조직하여 방열 효과를 높여야 한다.

 

3. 배선 설계

(1) 임피던스 일치: 임피던스 일치 요구 사항에 따라 적합한 케이블 너비를 선택하여 임피던스 일치를 실현합니다.

(2) 신호 격리: 서로 다른 신호 케이블을 가능한 한 분리하여 배치하여 신호 간의 교차 디커플링 간섭을 피한다.

(3) 접지 설계: 접지 케이블을 합리적으로 배치하여 접지 전류가 신호에 대한 방해를 줄인다.

(4) 전자기 간섭: 접선 중 회로가 형성되는 것을 방지하고 전자기 간섭을 줄인다.

 

 

4.전자기 보호 설계

전자기 차폐를 설계할 때 다음 방법을 사용할 수 있습니다.

(1) 보호막 또는 보호층 사용: 보호막 또는 보호층으로 민감한 부품이나 전체 무선 주파수 회로를 덮어 외부 전자기 간섭을 줄인다.

(2) 접지 방식을 합리적으로 규정한다: 보호 덮개나 보호층을 접지하여 보호 효과를 높인다.

(3) 필터 사용: 신호 입력과 출력 포트에 필터를 사용하여 외부 전자기 간섭의 입력을 줄인다.

 

 

< 무선 주파수 PCB 레이아웃 배치 고려 사항 >

1.직각회전은 가급적 피해야 한다.직각 회전은 신호를 반사하고 분실하여 시스템의 성능에 영향을 줄 수 있습니다.커브 또는 45도 커브는 반사 및 신호 손실을 줄이는 데 사용됩니다.

2. 가능한 한 케이블의 길이를 조절해야 합니다.너무 긴 경로설정은 시스템 성능에 영향을 미쳐 신호 전송이 지연되고 손실될 수 있습니다.짧고 곧은 경로설정 방법을 사용하여 전송 지연과 신호 손실을 줄일 수 있습니다.

3. 평행으로 경로설정하지 않도록 합니다.병렬 경로설정은 신호 간의 결합을 유발하고 시스템 성능에 영향을 미칩니다.교차 또는 수직 경로설정은 신호 간의 디커플링 간섭을 줄이는 데 사용됩니다.

4. 어셈블리의 배치 방향에 특히 주의해야 합니다.증폭기, 필터 등.입력 및 출력 포트의 방향이 신호의 반사 및 손실을 줄이기 위해 가능한 한 신호 전송 방향과 일치하는 것과 같은 일부 민감한 컴포넌트의 경우

5. 설계의 정확성과 성능을 검증하기 위해 시뮬레이션과 테스트를 해야 한다.ADS, HFSS 등과 같은 전문 무선 주파수 에뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 에뮬레이션 분석을 수행할 수 있습니다.동시에 S 매개변수 테스트, 노이즈 쉐이프 테스트 등을 수행합니다.진짜 테스트처럼...또한 설계 성능이 요구 사항에 부합하는지 확인할 수 있습니다.

 

간단히 말해서, RF PCB 레이아웃은 현대 전자 장치에서 매우 중요한 역할을 합니다.합리적인 배치 설계 덕분에 무선 주파수 신호의 품질과 안정성을 향상시키고 소음 간섭을 줄이며 시스템의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.개선.앞으로 전자설비의 설계에서 무선주파수인쇄회로기판의 배치는 계속 중요한 역할을 발휘하여 전자설비의 고성능과 높은 신뢰성을 확보하게 된다.

 

 

※2. Hitech Circuit Co.

 

고주파 PCB(RF PCB) 설계 팁 - HiTech Circuits

아래 내용은 Hitech사의 홈페이지에서 공유하고 있는 내용입니다. 자세한 내용은 위 링크를 통해 확인해보세요.

[ 고주파 PCB(RF PCB) 설계 요령 ]

고주파 PCB(Microwave RF PCB)에 대한 보다 합리적인 설계와 더 나은 간섭 방지 기능을 달성하기 위해 설계 엔지니어는 다음과 같은 팁을 고려해야 합니다.

1. 내부 레이어를 전원 접지 레이어로 사용하면 차폐 효과가 있고 스퓨리어스 인덕턴스가 줄어들고 신호 와이어 길이가 짧아져 신호 간의 교차 간섭이 줄어듭니다.
2. 회로 레이아웃은 45도 각도로 회전해야 하며, 이는 고주파 신호 방출 및 서로 간의 결합을 줄이는 데 도움이 됩니다.
3. 회로 레이아웃의 길이는 짧을수록 좋습니다.
4. 관통 구멍은 적을수록 좋습니다.
5. 레이어 간의 레이아웃은 수직 방향, 상단 레이어는 수평 방향, 하단 레이어는 수직 방향이어야 합니다. 이렇게 하면 신호 간섭을 줄이는 데 도움이 됩니다.
6. 신호 간섭을 줄이기 위해 접지 레이어의 구리를 늘립니다.
7. 중요한 신호 추적에 대한 패키지를 수행하면 신호 간섭 방지 기능이 분명히 향상될 수 있습니다. 물론 다른 신호에 대한 간섭을 피하기 위해 간섭 소스에 대한 패키지를 수행할 수도 있습니다.
8. 신호 추적 레이아웃은 루프를 피해야 하지만 국화 연결에 따라 레이아웃해야 합니다.
9. 집적 회로의 전원 섹션에서 브리징 디커플링 커패시터.

 

 

※3. PROTO-ELECTRONICS

 

Our 8 best hints for RF PCB design

아래 내용은 proto-electronics의 홈페이지에서 공유하고 있는 내용입니다. 자세한 내용은 위 링크를 통해 확인해보세요.

[ Our 8 best hints for RF PCB design ]

 

1. Material 선택

PCB 제조에 사용되는 FR-4는 저렴하지만 고주파 RF 애플리케이션에는 적합하지 않은 재료입니다. 이는 유전 상수의 불균일성과 낮은 탄젠트 특성 때문입니다. 고주파 RF PCB에는 FEP, PTFE, 세라믹, 탄화수소 및 유리 섬유가 포함된 고급 재료가 사용됩니다.

• PTFE 및 FEP: 내화학성, 내열성, 접착 방지, 평활도 특성이 뛰어나고 200°C 이상의 온도에서도 안정적입니다.
• PTFE+유리 섬유: 품질이 중요할 경우, 유리 섬유가 포함된 PTFE가 최상의 솔루션으로 추천됩니다.
• 세라믹 코팅 PTFE: 비용이 더 낮지만, 여전히 고성능을 제공합니다.

Rogers 재료는 RF 애플리케이션에서 우수한 성능을 보이며, 전력 손실을 50%까지 줄이고, 주파수 변화에도 낮은 유전 상수를 유지합니다.

RF PCB는 일반적으로 다층 구조로 설계되며, 전기적 성능과 열적 특성, 비용을 고려해 다양한 재료를 조합해 사용합니다. 예를 들어 외층에는 고성능 Rogers 라미네이트를, 내층에는 에폭시 유리 라미네이트를 사용할 수 있습니다.

 

 

2. 전송 라인

RF PCB에서는 전력 손실을 방지하고 신호 무결성을 보장하기 위해 전송 라인(마이크로스트립, 스트립라인, 동일 평면 도파관 등)의 임피던스 값을 엄격히 제어해야 합니다.

• 마이크로스트립: 외부 레이어에 사용되며, 특성 임피던스는 트레이스의 폭, 층 두께, 유전체 유형에 따라 결정됩니다. 대표적인 임피던스 값은 50Ω과 75Ω입니다.
• 스트립라인: 내부 레이어에 사용되며, 유사한 원리로 임피던스를 결정합니다.
• 동일 평면 도파관(접지): RF 신호의 절연을 최상으로 제공하는 방식으로, 매우 가까운 트레이스를 가로지르는 경우 유용합니다.

특성 임피던스를 계산하려면 각 레이어의 유전 상수(εR)를 정확히 알아야 하며, 예를 들어 FR-4 내부 레이어의 εR은 4.2, 외부 프리프레그 라미네이트의 εR은 3.8일 수 있습니다.

 

 

3. 임피던스 & 인덕턴스

설계자들은 RF PCB 설계에서 50Ω의 공통 임피던스를 선택하여 특성 임피던스가 50Ω인 RF 구성 요소(필터, 안테나, 증폭기)를 사용하는 접근 방식을 널리 사용합니다. 50Ω 값은 임피던스 매칭을 간단하게 하고, 각 PCB 트레이스에 적합한 너비를 할당하는 데 유리합니다.

또한, 인덕턴스는 RF PCB 설계에 큰 영향을 미치므로 가능한 한 낮게 유지해야 하며, 이를 위해 넓은 트레이스와 불연속성이 없는 간격을 사용하고, 여러 개의 접지면을 배치하여 각 RF 구성 요소에 적절한 접지 연결을 제공합니다. 접지면은 고주파수 구성 요소와 트레이스에 인접하게 배치해야 합니다.

 

 

4. 라우팅

 

• 트레이스 곡률과 각도: 트레이스가 방향을 바꿔야 할 경우, 곡률 반경이 트레이스 너비의 3배 이상인 부드러운 곡선을 만들어야 특성 임피던스가 일정하게 유지됩니다. 직각을 피하고, 가능하면 45° 각도로 설계합니다.
• 비아 홀: 전송 라인이 2개 이상의 레이어를 통과할 때는 인덕턴스 변동을 최소화하기 위해 각 교차에 2개 이상의 비아 홀을 사용해야 합니다. 비아 쌍은 인덕턴스 변동을 50%까지 줄일 수 있습니다.
• 트레이스 길이: RF 구성 요소를 연결하는 트레이스는 가능한 한 짧게 유지하고, 민감한 신호가 교차하는 경우 인접 레이어와 충분히 간격을 두고 수직으로 배열합니다.
• 스택업 구성: 고주파 신호에는 4개의 레이어로 구성된 다층 PCB가 가장 적합합니다. 이중층 솔루션보다 비용이 높지만 성능과 반복성이 뛰어납니다. 고주파는 접지면의 불연속성을 지원하지 않으므로 트레이스 아래에 연속 접지면을 삽입해야 합니다.

 

 

 

5. 단열제

 

• 트레이스 분리: RF 전송 라인은 HDMI, 이더넷, USB, 클럭, 차동 신호와 같은 고속 신호와 가능한 한 분리되어야 하며, 평행하게 길게 이동하지 않도록 해야 합니다. 평행 마이크로스트립 간의 결합은 분리 거리가 줄어들고 평행 이동 거리가 늘어날수록 증가합니다.
• 고전력 신호: 고전력 신호를 전달하는 트레이스도 회로의 다른 부분과 분리되어야 하며, 동일 평면 도파관을 사용하여 우수한 절연을 제공합니다.
• 고속 신호 라우팅: 고속 신호 트레이스는 커플링 현상을 피하기 위해 RF 신호와 다른 레이어에서 라우팅해야 합니다.
• 전원 공급 라인: 전원 공급 라인은 적절한 디커플링/바이패스 커패시터를 삽입하여 전용 레이어에 라우팅해야 합니다.

 

 

 

 

6. 접지

 

• 연속 접지 평면: 구성 요소나 RF 전송 라인을 포함하는 각 레이어에 인접한 연속 접지 평면을 삽입하여 중단 없이 신호를 안정화시킵니다.
• 스트립라인 접지: 스트립라인에서는 중심 도체 위와 아래에 전용 접지면을 배치해야 합니다.
• 비아 홀: 비아 홀은 RF 트레이스와 구성 요소에 근접하게 추가하여 기생 인덕턴스를 줄이고, RF 라인과 다른 신호 간의 결합을 감소시킵니다.

 

 

 

 

7. 바이패스 커패시터

 

• 바이패스 커패시터 배치:  적절한 값의 바이패스 커패시터는 전원 핀 근처에 배치해야 합니다.
• 별 구성에서의 디커플링: 다중 전원 핀이 있는 구성 요소에서는 더 높은 용량(수십 마이크로 패럿)의 커패시터는  중앙에 배치하고, 더 낮은 용량의 커패시터는 각 분기 근처에 배치합니다. 이는 긴 복귀 경로를 피하고 기생 인덕턴스를 줄여 피드백 루프를 방지합니다.
• 자기 공진 주파수(SRF): 커패시터의 SRF 값을 확인하고, 이 값 이상에서는 커패시터가 유도 특성을 나타내어 디커플링 효과가 무효화될 수 있음을 유념해야 합니다.

 

 

 

 

8. 부품 접지

 

• 연속 접지면: 대부분의 집적 회로는 구성 요소 아래에 위치한 상단 또는 하단 레이어에 연속 접지면이 필요합니다. 이는 RF 신호와 CC 신호의 반환 전류를 적절한 접지 평면으로 유도하는 역할을 합니다.
• 접지 패들: "접지 패들"은 과도한 열을 발산하는 기능을 하며, 이를 위해 적절한 비아 홀이 필요합니다. 이 비아는 PCB의 여러 레이어를 가로지르는 스루 홀이어야 하며, 내부적으로 도금되고 열 전도성 페이스트로 채워져야 열 방출을 효과적으로 증대시킬 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

이상으로 PCB 아트웤 과정에서 주의사항에 대한 설명을 마치겠습니다. 감사합니다.