Otimizando a linha de alimentação RF no design de PCB

Nota do editor:o design sem fio pode frustrar os melhores planos para o desenvolvimento de dispositivos conectados. Em particular, uma linha de alimentação de antena projetada incorretamente pode ser difícil de descobrir até o final do desenvolvimento durante o teste. Aqui está uma amostra de um bom artigo de nossos amigos do EEWeb, oferecendo uma visão aprofundada de uma abordagem usada para melhorar o projeto de uma linha de alimentação RF de guia de onda coplanar aterrada necessária para melhorar o desempenho do Wi-Fi.

Recentemente, o Grupo de Integridade de Sinais da Arira Design foi solicitado a redesenhar uma linha de alimentação RF existente de 5 GHz com aterramento Coplanar Waveguide para melhorar o desempenho de um subsistema Wi-Fi na placa do cliente. As medições mostraram que a impedância da impedância da linha de alimentação era de aproximadamente 38 ohms.

Antes da simulação, vários problemas foram descobertos com o design original, incluindo:

• Falha ao levar em consideração os efeitos da máscara de solda na impedância do traço
  

• Falha ao levar em consideração o etchback do PCB no cálculo da impedância do traço
  

• Recorte incorreto em um plano de solo próximo de não referência
  

A linha de alimentação existente foi simulada, após o que a geometria coplanar foi aprimorada com base nos resultados da simulação para atender ao requisito de impedância de 50 ohms. Como resultado, o cliente relatou uma grande melhoria no desempenho do Wi-Fi com o novo PCB.

Este artigo discute a geometria coplanar do projeto inicial do PCB, os efeitos dos três itens observados acima e a geometria coplanar final. Os gráficos de campo E são mostrados para diferentes configurações coplanares para ilustrar o acoplamento intencional e não intencional que pode ocorrer com projetos coplanares aterrados (presume-se que o leitor esteja familiarizado com a estrutura básica dos guias de ondas coplanares, ou CPWs, e guias de ondas coplanares aterrados, ou GCPWs).

Guias de onda coplanares aterrados

Os guias de onda coplanares aterrados estão se tornando mais prevalentes em projetos de PCB devido à difusão de Wi-Fi e integração Bluetooth em placas de circuito modernas. Algumas das vantagens do GCPW sobre as linhas de transmissão de microfita tradicionais são as seguintes:

• Perda mais baixa:Mais linhas de campo E viajam pelo ar em vez de fluir através do material PCB com perdas. Isso pode permitir o uso de FR-4 mais barato para projetos de PCB operando a 5 GHz.
  

• Isolamento:as linhas GCPW oferecem mais isolamento em comparação com a microfita porque as linhas de campo são mais estreitamente confinadas.
  

• Geometria flexível:A impedância GCPW é controlada principalmente pela lacuna entre o traço e a estrutura de solo coplanar. Isso permite mais flexibilidade em larguras de traço em comparação com linhas de transmissão de microfita.
  

• Perda de rugosidade da superfície do cobre inferior:a corrente nas linhas de microfita tende a se concentrar ao longo da parte inferior do traço, que é onde o cobre é mais áspero (para promover a adesão ao dielétrico). Linhas de transmissão GCPW adequadamente projetadas tendem a ter a corrente concentrada nas bordas do traço, onde a superfície é mais lisa.
  

• Posicionamento superior de componentes de correspondência:a maioria das linhas de alimentação de RF de Bluetooth ou Wi-Fi exige componentes de correspondência em série e / ou paralela. Como o GCPW possui o solo imediatamente adjacente ao traço, os componentes paralelos podem ser montados diretamente entre o traço e o solo coplanar, o que elimina os parasitas associados às vias.
  

Muitas ferramentas estão disponíveis para calcular a impedância de estruturas GCPW, mas as ferramentas gratuitas disponíveis na Internet geralmente têm restrições sobre os tipos de estruturas que podem ser analisados. Estruturas básicas geralmente podem ser calculadas, mas os efeitos de estruturas quase de cobre geralmente precisam de simulação EM para modelá-los corretamente.