휴대 단말기의 RF 성능 최적화를 위한 PCB 설계 방법에 관한 연구

Abstract

휴대 단말기는 500 ~ 800여 개의 회로부품과 기구부품으로 구성된 제품이다. 단말기 내부는 수 kHz에서 수 GHz까지 많은 종류의 주파수가 사용되고, 수 Mbps까지의 높은 데이터를 처리 하고 있다. 최근 휴대 단말기는 작은 공간에 많은 기능을 구현 해야 하는 어려움이 있다. 단말기의 성능에 영향을 미치는 요소는 많이 있지만, 본 논문에서는 HW의 무선성능 구현에 주요한 인자로 작용하는 배선기판(PCB : Printed Circuit Board)의 설계 방법에 대해서 연구 하였다. PCB의 설계 방법에 따라서 휴대 단말기의 RF성능은 차이가 발생하기도 한다. 기존의 설계방식에서의 문제점은 PCB의 2D설계로 인한 쉴드 방법의 확정 지연발생, PCB관련 시뮬레이션 적용부족으로 RF성능예측 어려움, RF전송선로의 정확한 임피던스 매칭의 부족, 표준화된 PCB설계 방법의 부족 등이 있다. 이러한 이유로 개발기간 지연과 비용증가 등이 발생하고 제품이 일정에 맞춰 출시 되지 못하는 경우가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 다섯 가지의 PCB의 설계 방법은 보드의 그라운드 안정으로 신호의 간섭 줄이고, 회로부품간 커플링을 줄일 수 있게 되어 안정된 RF 성능을 기대 할 수 있다. 개선된 PCB 설계 방법을 검증하기 위해 GSM과 WCDMA를 지원하는 휴대 단말기 모듈을 제작하여 RF성능을 측정하였다. GSM의 수신감도(Rx sensitivity)는 규격인 -102dBm에서 6dB이상의 마진을 갖고, 송신출력(Tx power)은 규격인 33dBm을 만족하였다. WCDMA의 수신감도는 규격인 -106dBm에서 4dB 이상의 마진을 갖고, 송신출력은 규격인 24dBm을 만족하는 것을 확인하였다.; Mobile Phone device is complex device consists of 500~800 electrical parts and mechanical parts. The frequencies used inside mobile phone are various ranged from kHz to GHz and Mbps data speed is required these days. PCB(Printed Circuit Board) design is getting more important to satisfactory such a high quality performance with small PCB space. Mobile phone’s RF performance can be affected by PCB design many times. This thesis aims better PCB design method which can affect RF performance. First considerations of PCB design are location of fixed parts, room for antenna, RF parts placement, shield location, Digital parts placement and routing according to the features of Mobile Phone device. Several issues on current PCB design method are delay of confirmation of shield by used 2D design, difficulty of forecasting of RF performance by difficulty of simulation parameter implementation, matching problem on RF signal lines and lack of standard PCB design rules. From the reasons, many versions of samples are required for evaluation RF performance. The numbers of Sample quantity makes cost higher, delay development schedule. To improve PCB design method, PCB design model of GSM quad band and WCDMA supporting mobile device has proposed and module has been produced. PCB structure, 50 Ohm impedance of micro strip line have been checked. Improved PCB design method is achievable by getting stability of ground, reducing of interference of signals and coupling between parts so that PCB can have better RF performance.