Оптимизация заземленных копланарных волноводов для улучшения Wi‑Fi производительности

Примечание редактора: Проектирование беспроводных печатных плат может сорвать даже лучшие планы, если RF-фидер не спроектирован правильно. Эта статья, адаптированная с EEWeb, детально описывает, как группа Signal Integrity компании Arira Design справилась с 5 ГГц заземленным копланарным волноводом (GCPW), который имел заведомое сопротивление и вызывал деградацию Wi‑Fi.

В недавнем проекте команде попросили переработать существующий 5 ГГц GCPW с импедансом около 38 Ом, что значительно ниже целевых 50 Ом. Первоначальные измерения выявили ряд проектных упущений, которые легко остаются незамеченными до поздних стадий разработки.

• Недостаточный учет диэлектрического эффекта паяльной маски на импеданс трассы.
• Неучет подтравления PCB при расчете импеданса.
• Некорректный вырез в соседней нереференсной заземляющей плоскости.

После тщательного обзора симуляции копланарная геометрия была уточнена для соответствия требованию 50 Ом. Обновленная PCB дала измеримое улучшение пропускной способности и надежности Wi‑Fi, что подтвердил клиент.

Статья охватывает исходную геометрию, влияние трех проектных дефектов и финальную оптимизированную компоновку. E-field графики иллюстрируют как намеренную, так и нежелательную связность в заземленных копланарных дизайнах. От читателей ожидается знакомство с базовыми концепциями CPW и GCPW.

Заземленные копланарные волноводы

GCPW все чаще используются для интеграции Wi‑Fi и Bluetooth на современных платах. По сравнению с традиционным микрополосковым линией, они предлагают несколько убедительных преимуществ:

• Меньшие потери: Большая часть электрического поля распространяется через воздух, а не через потерю-присущий FR‑4 субстрат, позволяя использовать экономичные платы на 5 ГГц.
• Превосходная изоляция: Более тесное конфиnement поля снижает перекрестные помехи с соседними трассами.
• Гибкость проектирования: Импеданс в основном определяется зазором между сигнальной трассой и смежной землей, позволяя более широким трассам без ущерба для производительности.
• Снижение потерь от шероховатости меди: Ток концентрируется у краев трассы, где медь гладче, в отличие от микрополоски, где ток течет по более шершавому нижнему краю.
• Эффективное размещение согласующих компонентов: Близость заземляющей плоскости позволяет монтировать последовательные/параллельные согласующие компоненты прямо между трассой и копланарной землей, устраняя паразитные эффекты виа.

Хотя существует ряд бесплатных калькуляторов для оценки импеданса GCPW, они часто не могут справиться с сложными медными геометриями или близкими структурами. Для точного проектирования электромагнитная симуляция остается незаменимой.