카테고리 없음

RF 회로의 수동 부품

전자김치 2024. 12. 30. 14:02
320x100

RF 시스템은 다른 유형의 전기 회로와 근본적으로 다르지 않습니다. 동일한 물리 법칙이 적용되므로 RF 설계에 사용되는 기본 구성 요소는 디지털 회로 및 저주파 아날로그 회로에서도 발견됩니다.

그러나 RF 설계에는 고유한 일련의 과제와 목표가 포함되며, 결과적으로 구성 요소의 특성과 용도는 RF 맥락에서 작업할 때 특별한 고려가 필요합니다. 또한 일부 집적 회로는 RF 시스템에 매우 특화된 기능을 수행합니다. 저주파 회로에는 사용되지 않으며 RF 설계 기술에 대한 경험이 거의 없는 사람에게는 잘 이해되지 않을 수 있습니다.

우리는 종종 구성 요소를 능동 또는 수동 중 하나로 분류하며, 이 접근 방식은 RF 영역에서도 마찬가지로 유효합니다. 이 페이지에서는 수동 구성 요소를 RF 회로와 관련하여 구체적으로 논의하고, 다음 페이지에서는 능동 구성 요소를 다룹니다.

 

커패시터

이상적인 커패시터는 1Hz 신호와 1GHz 신호에 대해 정확히 동일한 기능을 제공합니다. 그러나 구성 요소는 결코 이상적이지 않으며 커패시터의 비이상성은 고주파에서 상당히 중요할 수 있습니다.

 

커패시터의 실제 전기적 동작을 나타내는 모델입니다.

 

"C"는 많은 기생 요소 사이에 묻힌 이상적인 커패시터에 해당합니다. 플레이트(R D ), 직렬 저항(R S ), 직렬 인덕턴스(L S ), PCB 패드와 접지면 사이의 병렬 커패시턴스(C P ) 사이에 무한하지 않은 저항이 있습니다(표면 실장 구성 요소를 가정하고 있습니다. 나중에 자세히 설명하겠습니다).

고주파 신호로 작업할 때 가장 중요한 비이상성은 인덕턴스입니다. 우리는 주파수가 증가함에 따라 커패시터의 임피던스가 끝없이 감소할 것으로 예상하지만 기생 인덕턴스의 존재로 인해 임피던스가 자기 공진 주파수에서 낮아진 다음 증가하기 시작합니다.

 

 

인덕터

다음은 인덕터의 등가 회로입니다.

 

인덕터의 실제 전기적 동작을 나타내는 모델입니다.

 

이상적인 인덕터는 주파수가 증가함에 따라 꾸준히 증가하는 임피던스를 제공하지만, 병렬 커패시터는 결국 응답을 지배하고 그 결과 주파수가 증가함에 따라 감소하는 임피던스가 발생합니다. 따라서 커패시터와 인덕터는 모두 RF 회로, 특히 1GHz를 훨씬 넘는 주파수를 가진 RF 회로에서 사용할 때 신중하게 선택해야 함을 알 수 있습니다.

 

저항기 등

저항기조차도 직렬 인덕턴스, 병렬 커패시턴스, 그리고 PCB 패드와 관련된 일반적인 커패시턴스를 가지고 있기 때문에 고주파에서는 문제가 될 수 있습니다.

그리고 이것은 중요한 점을 제기합니다. 고주파로 작업할 때 기생 회로 요소는 어디에나 있습니다. 저항 요소가 아무리 단순하거나 이상적이라도 여전히 PCB에 패키징되고 납땜되어야 하며 그 결과는 기생입니다. 다른 모든 구성 요소에도 동일하게 적용됩니다. 보드에 패키징되고 납땜되면 기생 요소가 존재합니다.

 

크리스털

RF의 본질은 고주파 신호를 조작하여 정보를 전달하는 것이지만, 조작하기 전에 생성해야 합니다. 다른 유형의 회로에서와 마찬가지로 크리스털은 안정적인 주파수 레퍼런스를 생성하는 기본적인 수단입니다.

그러나 디지털 및 혼합 신호 설계에서는 수정 기반 회로가 실제로 수정이 제공할 수 있는 정밀도를 요구하지 않는 경우가 많으며, 결과적으로 수정 선택과 관련하여 부주의해지기 쉽습니다. 반면 RF 회로는 엄격한 주파수 요구 사항을 가질 수 있으며, 이는 초기 주파수 정밀도뿐만 아니라 주파수 안정성도 요구합니다.

일반 크리스털의 진동 주파수는 온도 변화에 민감합니다. 그 결과 주파수 불안정성은 RF 시스템, 특히 주변 온도의 큰 변화에 노출되는 시스템에 문제를 일으킵니다. 따라서 시스템에는 TCXO, 즉 온도 보상 크리스털 발진기가 필요할 수 있습니다. 이러한 장치에는 크리스털의 주파수 변화를 보상하는 회로가 통합되어 있습니다.

 

이미지는 Crystek 에서 가져왔습니다 .

발룬

RF 시스템에서는 흔하지만 다른 곳에서는 드문 구성 요소 중 하나가 발룬입니다. 이 이름은 "balanced to unbalanced"에서 유래한 것으로, 발룬이 차동(즉, ​​균형) 신호를 싱글엔드(즉, 균형) 신호로 변환하거나 싱글엔드에서 차동으로 변환하는 데 사용된다는 것을 기억하는 데 도움이 되는 문구입니다.

발룬은 회로 기호에서 볼 수 있듯이 변압기의 일반 범주에 속합니다.

 

발룬. 이 경우, 좌측 단자에 연결된 신호는 차동이고 우측 단자에 연결된 신호는 싱글엔드입니다.

 

저주파 회로에서는 싱글엔드와 디퍼렌셜 사이를 변환하기 위해 증폭기를 사용하는 반면 RF에서는 발룬이 일반적입니다. 왜 차이가 있을까요? 글쎄요, 그 설명은 많은 RF 설계 결정에 영향을 미치는 사실과 관련이 있습니다. 매우 높은 주파수를 다룰 때 간단한 수동 구성 요소가 IC 기반 구성 요소보다 종종 더 실용적입니다.

 

안테나

안테나는 RF 전기 신호를 전자기 복사(EMR)로 변환하거나 그 반대로 변환하는 데 사용되는 수동 구성 요소입니다. 다른 구성 요소와 도체를 사용하여 EMR의 영향을 최소화하려고 하며, 안테나를 사용하여 애플리케이션의 요구 사항에 따라 EMR의 생성 또는 수신을 최적화하려고 합니다.

안테나 과학은 결코 간단하지 않습니다. 다양한 요소가 특정 애플리케이션에 최적의 안테나를 선택하거나 설계하는 과정에 영향을 미칩니다. AAC에는 안테나 개념에 대한 훌륭한 소개를 제공하는 두 개의 기사가 있습니다( 여기  여기를 클릭하세요 ).

더 높은 주파수는 다양한 설계 과제를 동반하지만, 시스템의 안테나 부분은 주파수가 증가함에 따라 실제로 덜 문제가 될 수 있습니다. 더 높은 주파수는 더 짧은 안테나를 사용할 수 있기 때문입니다. 오늘날에는 일반적인 표면 실장 구성 요소와 같이 PCB에 납땜된 "칩 안테나" 또는 특별히 설계된 트레이스를 PCB 레이아웃에 통합하여 만든 PCB 안테나를 사용하는 것이 일반적입니다.

 

표면 실장 대 관통 구멍

이전에 저는 등가 회로가 표면 실장 부품을 사용한다고 가정하는 방법에 대해 언급했습니다. 관통 구멍 부품이 RF에 적합하지 않은 것은 아니지만, 고주파 신호로 작업할 때 표면 실장 패키징이 본질적으로 더 우수하다는 것을 이해하는 것이 중요합니다.

표면 실장 기술은 다양한 이점을 제공하지만, 이 경우 우리는 특히 인덕턴스에 대해 이야기하고 있습니다. 우리는 고주파 회로에서 기생 인덕턴스를 최소화하고자 합니다. 리드가 길수록 인덕턴스가 더 크고, 결과적으로 표면 실장 패키징이 선호됩니다.

 

요약

  • 일부 구성 요소는 RF 애플리케이션에서만 일반적이며, 다른 구성 요소는 이상적이지 않은 고주파 동작 때문에 보다 신중하게 선택하고 구현해야 합니다.
  • 수동 부품은 기생 인덕턴스와 커패시턴스의 결과로 비이상적인 주파수 응답을 보입니다.
  • RF 애플리케이션에는 디지털 회로에 일반적으로 사용되는 수정보다 더 정확하고/또는 안정적인 수정이 필요할 수 있습니다.
  • 발룬은 싱글엔드와 차동 신호 간의 고주파 변환을 가능하게 합니다.
  • 안테나는 RF 시스템의 특성과 요구 사항에 따라 선택해야 하는 중요한 구성 요소입니다.
320x100