고주파 PCB 설계의 마이크로스트립

전자 기기의 속도와 복잡성이 증가함에 따라 고주파 인쇄 회로 기판(PCB) 설계가 매우 중요해졌습니다. 다양한 신호 전송 회선 설계에서 마이크로스트립은 구조가 간단하고 성능이 우수하여 가장 널리 사용되는 선택 중 하나가 되었습니다.

이 블로그에서는 PCB 마이크로스트립에 대한 주요 정보를 살펴보겠습니다.

구조 m아이크로스트립 l너

키 특성 of m아이크로스트립s

응용 분야 m아이크로스트립s

마이크로스트립 대 s트립라인

간단히 말해, 고속, 효율적인 회로 기판을 설계하려면 마이크로스트립 라인의 특성과 응용 시나리오를 이해하는 것이 중요합니다.

마이크로스트립이란 무엇이며 구조는 무엇인가

마이크로스트립 라인은 PCB에서 고주파 또는 RF 신호를 전송하는 데 일반적으로 사용되는 전기 전송선입니다. 구조는 매우 간단하며, 주로 세 층으로 구성됩니다.

1. 맨 위에는 보통 구리로 만들어진 가느다란 전도성 금속선이 있는데, 이것이 신호 전송의 "고속도로"입니다.

2. 중간층은 절연체(예: FR-4 또는 기타 고주파 재료)로 절연을 제공합니다.

3. 하단에는 기준 전위와 복귀 경로를 제공하는 접지면이 있습니다.

이 구조는 "샌드위치"와 같습니다. 신호는 상단 트레이스를 통해 흐르고, 전자기장은 부분적으로 하단 유전체층을 통과하여 부분적으로 공기 중으로 확산됩니다. 즉, 전기장이 유전체 내에서 완전히 전파되지 않습니다. 이는 "반은 공기 중, 반은 유전체 내에서" 전송되는 하이브리드 전송선입니다.

이러한 이유로 마이크로스트립의 신호 전파 속도와 특성은 공기와 유전체층이라는 두 가지 매질 모두의 영향을 받습니다. 이러한 혼합 전파 특성으로 인해 단일 유전율만으로는 마이크로스트립의 전기적 특성을 설명할 수 없습니다. 대신, 두 가지 효과를 모두 고려하기 위해 유효 유전율을 사용합니다.

이 유효 유전율 값은 마이크로스트립 임피던스에 직접적인 영향을 미치며, 이는 신호의 안정적인 전송 여부를 결정합니다. 따라서 설계 과정에서 엔지니어는 적절한 임피던스 정합을 보장하고 신호 반사나 왜곡을 방지하기 위해 공식이나 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 마이크로스트립 임피던스를 계산해야 합니다.

•  εr: 기판 재료의 유전율(예: FR-4 ≈ 4.5)

•  H: 트레이스와 접지면 사이의 유전체 높이(두께)

•  W: 마이크로스트립 트레이스의 폭

도체 폭, 유전체 두께, 기판 재질 등 회선의 기하학적 구조가 마이크로스트립 임피던스를 결정합니다. 신호 손실을 방지하고 적절한 신호 무결성을 보장하려면 이 임피던스를 정확하게 계산하는 것이 필수적입니다. 다양한 온라인 도구를 사용하여 유효 유전율을 고려하여 마이크로스트립 임피던스를 계산할 수 있습니다.

마이크로스트립의 주요 장점

마이크로스트립은 고주파 회로 설계에 널리 사용되는데, 그 이유는 주로 제조, 구조, 비용 및 적용 유연성 측면에서 많은 장점이 있기 때문입니다.

• 간단한 제작:

다른 복잡한 전송선과 비교했을 때, 마이크로스트립은 PCB 최상층에 신호선 하나만, 최하층에는 연속 접지면만 필요합니다. 중간층은 유전체 층으로 절연되어 있습니다. 전체 구조는 다층 적층이나 기타 특수 패키징 공정을 필요로 하지 않아 PCB 생산 공정을 크게 간소화하고 대량 생산에 적합합니다.

• 컴팩트한 사이즈:

마이크로스트립은 PCB에서 신호층과 접지층 하나만 차지하므로 스트립라인과 같은 내장형 전송선보다 수직 공간을 더 많이 절약할 수 있습니다. 이는 최신 기기의 소형화 추세에 특히 중요합니다. 특히 휴대폰, 위성 모듈, 온보드 시스템과 같이 공간 요구 사항이 매우 높은 애플리케이션에서 마이크로스트립은 이상적인 선택입니다.

• 저렴한 비용:

PCB 마이크로스트립은 층 수가 적고 구조가 간단하며 공정 장비 요구 사항이 낮아 다층 패키징이나 임베디드 구조보다 전체 제조 비용이 훨씬 낮습니다. 따라서 가전제품, IoT 기기, 중저주파 RF 모듈과 같이 비용에 민감한 제품에 특히 적합합니다.

• 복잡한 회로 지원:

마이크로스트립은 고주파 신호를 전송할 뿐만 아니라 전력 분배기, 커플러, 마이크로스트립 필터와 같은 일반적인 RF 기능 모듈을 유연하게 구축할 수 있습니다. 이러한 기능을 평면 구조로 구현할 수 있어 회로 설계를 더욱 간결하고 쉽게 할 수 있습니다.

따라서 많은 엔지니어들이, 특히 극도로 높은 절연이나 낮은 EMI가 필요하지 않을 때 마이크로스트립을 선택하는 경향이 있습니다. 마이크로스트립은 제조 편의성, 유연한 레이아웃, 그리고 비용 관리가 용이하다는 장점이 있어 실제 엔지니어링에서 비용 효율적인 솔루션으로 자리매김합니다.

마이크로스트립의 한계

마이크로스트립은 많은 장점이 있지만 몇 가지 제한 사항도 있습니다.

• 방사선 손실: 신호가 부분적으로 공기에 노출되어 EMI가 증가합니다.

• 신호 무결성: 기질과 온도의 변화에 민감합니다.

• 낮은 격리도 스트립라인 설계와 비교해서.

마이크로스트립의 응용 분야

마이크로스트립 라인은 다음을 포함한 광범위한 RF 및 마이크로파 애플리케이션에 사용됩니다.

•  신호 조절을 위한 마이크로스트립 필터

•  무선 통신용 패치 안테나

•  임피던스 매칭 전송선

•  레이더 및 위성 시스템

마이크로스트립과 스트립라인: 차이점은 무엇인가?

스트립라인은 다층 PCB에서 일반적으로 사용되는 라우팅 구조입니다. 마이크로스트립과 달리, 스트립라인은 신호 트레이스를 두 접지면 사이에 배치하고 유전체로 완전히 감싸 대칭 구조를 형성합니다. 이러한 설계는 간섭과 잡음을 줄이고 신호 무결성을 향상시켜 고속 또는 고주파 신호 전송에 특히 적합합니다.

마이크로스트립과 스트립라인 비교는 PCB 설계 과정에서 자주 발생합니다. 두 가지를 표로 비교해 보겠습니다.

맺음말

고주파 PCB 설계에서 마이크로스트립은 간단한 구조, 다양한 응용 분야, 그리고 제어 가능한 임피던스 덕분에 중요한 역할을 합니다. 마이크로스트립과 스트립라인에 대한 논쟁에서 명확한 답은 없지만, PCB 마이크로스트립은 성능과 제조 용이성 간의 실질적인 균형을 제공하여 많은 응용 분야에서 선호되는 선택입니다.