SMA 엣지 커넥터 전환 in RF PCB

최근 진행한 전력 증폭기 모듈 프로젝트에서 기본 구성 요소를 사용한 전력 모듈에서 다양한 구성 요소를 배치하고 라우팅하는 방법에 대한 고급 뷰를 보여주었습니다. 이 모듈에서는 SMA 엣지 커넥터를 사용하여 전력을 공급하고 6.3 GHz에서 생성된 RF 신호를 출력했습니다. 하지만 SMA 커넥터 풋프린트 중 하나에서 납땜 패드 아래의 접지 클리어런스를 포함시키는 것을 잊었습니다.

이 예제 프로젝트의 기반이 된 시스템에는 접지 클리어런스가 포함되어 있었기 때문에 조금 당황스럽습니다. 일부 RF 설계에서는 임피던스 매칭의 일부로 특정 구성 요소 아래에 올바른 접지 클리어런스를 포함하는 것이 중요합니다. 마치 임피던스 매칭 네트워크 주변의 접지 클리어런스를 늘리는 것과 같은 방식입니다..

이 글에서는 SMA 엣지 커넥터 아래에 더 큰 접지 클리어런스가 필요한 이유와 PCB에서 추가 클리어런스의 필요성을 평가할 것입니다. 또한 커넥터의 신호 핀 아래 접지 클리어런스의 영향을 보여주는 몇 가지 시뮬레이션 결과도 보여줄 것입니다.

큰 SMA 커넥터 착륙 패드에서 발생할 수 있는 일

SMA 엣지 커넥터의 랜딩 패드가 매우 큰 경우, 임피던스 불일치의 가능성이 생길 수 있습니다. Taoglas EMPCB.SMAFSTJ.B.HT와 같은 SMA 엣지 커넥터를 볼 때, 커넥터 뒷면의 핀이 상당히 크다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 이는 커넥터가 PCB의 가장자리에 납땜될 수 있도록 더 넓고 긴 랜딩 패드를 요구합니다.

아래 예를 보면, 입력 50 옴 피드라인이 전력 모듈 프로젝트의 SMA 엣지 커넥터에 연결된 경우입니다. 패드를 짧은 전송선로처럼 보면, 그 특성 임피던스는 약 14 옴임을 발견할 수 있습니다.

패드가 짧음에도 불구하고, 이것은 SMA 엣지 커넥터로 보는 목표 50 옴 입력 임피던스에서 상당한 편차를 만들기에 충분합니다. 이것이 과도한 반사를 일으킬지 여부는 S11 플롯을 보면서 평가할 수 있습니다.

이 문제를 다룰 때, 우리는 임피던스 매칭을 더 가깝게 보장하기 위해 세 가지 가능한 옵션이 있습니다:

1. 패드 아래의 접지 일부를 제거하여 입력 임피던스 편차를 최소화하십시오
2. 전송선과 패드 사이에 테이퍼를 배치하십시오
3. 1번과 2번 모두

착륙 패드 주변의 접지 일부를 먼저 제거함으로써, 패드로 들어오는 입력 임피던스를 50 옴에 훨씬 가깝게 증가시킬 수 있습니다.

대체 설계

두 기술을 모두 구현하는 대체 설계는 아래에 나와 있습니다. 두 가지 변경이 적용되었습니다: L2와 L3에 패드 아래에 접지 컷아웃을 배치하고, 접지 컷아웃에 추가로 테이퍼를 추가하는 것(옵션 #3)

L2와 L3에서 접지가 제거되면 어떻게 될까요? 우리는 여전히 L4와 L1에 접지를 가지고 있으므로, L4가 패드의 하단 참조가 될 것입니다. 이것은 기본적으로 우리가 대체 공평한 도파관 구성을 가지고 있다는 것을 의미합니다; 우리는 단지 50 옴의 목표 임피던스를 맞추기 위해 L1에서 패드-투-푸어 간격을 조정해야 합니다.

레이어 스택 관리자에서 임피던스 결과를 보면, 공평한 접지 클리어런스를 6 밀에서 10 밀로 단순히 증가시킴으로써 우리의 50 밀 너비 패드에 대한 50 옴 목표가 달성되었음을 알 수 있습니다.

다음 섹션에서는 이 인터커넥트에 대해 접지 클리어런스 없이, 클리어런스만 있는 경우(옵션 #1), 그리고 위에 표시된 클리어런스 + 테이퍼 배열(옵션 #3)에 대한 S11 곡선을 살펴보고자 합니다.

S11 결과

아래 이미지는 세 가지 배열(클리어런스/테이퍼 없음, 클리어런스 적용, 클리어런스 + 테이퍼)에 대한 시뮬레이션된 S11 곡선을 보여줍니다. 이 곡선들은 Simbeor에서 개별적으로 시뮬레이션되었으며, 그 후 Excel로 컴파일되었습니다. 점선은 목표 운영 주파수인 6.3 GHz를 나타냅니다. 커넥터 본체는 시뮬레이션에 포함되지 않았으며; 훨씬 더 정확한 시뮬레이션을 위해서는 커넥터 본체를 포함시키고 3D 필드 솔버 시뮬레이션을 수행하거나, 이 시스템의 선형 네트워크의 일부로 커넥터 본체를 포함시키는 것이 필요할 것입니다.

위의 결과는 테이퍼 없이 GND 클리어런스 배열이 목표 주파수에서 가장 좋은 성능을 제공한다는 것을 보여줍니다. 비록 테이퍼가 있는 디자인도 수용 가능할 것이지만, 이 간단한 예에서 엄격한 테이퍼 디자인 프로세스가 구현되지 않았기 때문에 테이퍼가 있는 디자인은 개선될 수 있습니다. 테이퍼 길이와 프로필을 직접 조정해 보고 더 나은 결과를 얻을 수 있는지 확인해 보세요; 아래 링크된 가이드를 따라해 볼 수도 있습니다.

• RF PCB를 위한 테이퍼 디자인에 대해 더 알아보기

다른 SMA 커넥터가 더 잘 작동할 수도 있습니다

다른 SMA 커넥터들은 위에 보여진 엣지 커넥터의 경우처럼 신호 핀 아래에 동일한 종류의 접지 클리어런스가 필요하지 않을 수 있습니다. 이러한 다른 SMA 커넥터들 중 하나인 아래에 보여진 Amphenol 901-10511-1은 훨씬 더 작은 신호 핀을 사용하며, 이 핀은 충분히 큰 솔더 필렛을 보장하기 위해 더 작은 착륙 패드를 요구합니다.

이 구성 요소는 커넥터 본체 중앙에 훨씬 더 작은 신호 핀을 사용하기 때문에 큰 착륙 패드가 필요하지 않으며, 이 핀을 얇은 트레이스에 맞추기가 훨씬 쉽습니다. 이는 패드의 입력 임피던스가 PCB 측을 바라보는 관점과 전송선의 특성 임피던스 사이에 훨씬 더 가까운 일치가 자연스럽게 이루어짐을 의미합니다. 이러한 더 가까운 일치로 인해, 공평면 접지를 조금만 제거해도 될 수 있습니다. 또한, 전송선을 패드에 정확히 맞추기가 훨씬 쉬우므로 추가적인 매칭 솔루션이 필요하지 않습니다.

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