Optimisation de la ligne d'alimentation RF dans la conception de PCB

Note de l'éditeur :la conception sans fil peut contrecarrer les meilleurs plans pour le développement d'appareils connectés. En particulier, une ligne d'alimentation d'antenne mal conçue peut être difficile à découvrir jusqu'à la fin du développement lors des tests. Voici un avant-goût d'un bel article de nos amis d'EEWeb, offrant un aperçu approfondi d'une approche utilisée pour améliorer la conception d'une ligne d'alimentation RF à guide d'ondes coplanaire mis à la terre nécessaire pour améliorer les performances Wi-Fi.

Récemment, le groupe d'intégrité du signal d'Arira Design a été invité à reconcevoir une ligne d'alimentation RF de guide d'ondes coplanaire mise à la terre à 5 GHz existante afin d'améliorer les performances d'un sous-système Wi-Fi sur la carte du client. Les mesures ont montré que l'impédance de l'impédance de la ligne d'alimentation était d'environ 38 ohms.

Avant la simulation, plusieurs problèmes ont été découverts avec la conception d'origine, notamment :

• Impossible de prendre en compte les effets du masque de soudure sur l'impédance de trace

• Impossible de prendre en compte l'attaque PCB dans le calcul de l'impédance de trace

• Coupe incorrecte dans un plan de masse non-référence proche

La ligne d'alimentation existante a été simulée, après quoi la géométrie coplanaire a été améliorée sur la base des résultats de la simulation pour répondre à l'exigence d'impédance de 50 ohms. En conséquence, le client a signalé une amélioration considérable des performances Wi-Fi avec le nouveau PCB.

Cet article traite de la géométrie coplanaire de la conception initiale du PCB, des effets des trois éléments mentionnés ci-dessus et de la géométrie coplanaire finale. Les tracés E‐Field sont présentés pour différentes configurations coplanaires afin d'illustrer le couplage intentionnel et non intentionnel qui peut se produire avec des conceptions coplanaires mises à la terre (il est supposé que le lecteur est familiarisé avec la structure de base des guides d'ondes coplanaires, ou CPW, et des guides d'ondes coplanaires mis à la terre, ou GCPW).

Guides d'ondes coplanaires mis à la terre

Les guides d'ondes coplanaires mis à la terre sont de plus en plus répandus dans les conceptions de circuits imprimés en raison de l'omniprésence de l'intégration Wi-Fi et Bluetooth sur les circuits imprimés modernes. Certains des avantages de GCPW par rapport aux lignes de transmission microruban traditionnelles sont les suivants :

• Perte plus faible :davantage de lignes de champ électrique voyagent dans l'air au lieu de traverser le matériau PCB avec perte. Cela peut permettre l'utilisation de FR-4 moins coûteux pour les conceptions de circuits imprimés fonctionnant à 5 GHz.

• Isolation :les lignes GCPW offrent plus d'isolation que les microrubans car les lignes de champ sont plus étroitement confinées.

• Géométrie flexible :l'impédance GCPW est principalement contrôlée par l'écart entre la trace et la structure de sol coplanaire. Cela permet plus de flexibilité dans les largeurs de trace par rapport aux lignes de transmission microruban.

• Perte inférieure de la rugosité de la surface du cuivre :le courant dans les lignes microruban a tendance à se concentrer le long du bas de la trace, là où le cuivre est le plus rugueux (pour favoriser l'adhérence au diélectrique). Les lignes de transmission GCPW correctement conçues ont tendance à concentrer le courant sur les bords de la piste, là où la surface est plus lisse.

• Placement supérieur des composants de correspondance :la plupart des lignes d'alimentation RF Bluetooth ou Wi-Fi nécessitent des composants de correspondance en série et/ou en parallèle. Étant donné que le GCPW a la terre immédiatement adjacente à la trace, les composants parallèles peuvent être montés directement entre la trace et la terre coplanaire, ce qui élimine les parasites associés aux vias.

De nombreux outils sont disponibles pour calculer l'impédance des structures GCPW, mais les outils gratuits disponibles sur Internet ont généralement des restrictions sur les types de structures pouvant être analysées. Les structures de base peuvent généralement être calculées, mais les effets des structures presque en cuivre nécessitent généralement une simulation EM pour les modéliser correctement.