모바일 기기는 AP(Application processor)와 무선통신용 모뎀을 탑재하고 내장형 키보드와, 고성능 카메라 등의 인터페이스를 갖춘 스마트폰 등장 이후 전자우편, 인터넷, 전자책 읽기, 소셜 네트워크, 게임, 비즈니스 활동 등 다양한 기능이 있는 소형 컴퓨터의 형태로 발전하였으며, 모바일 기기에 적용되는 회로, 부품 및 시스템의 성능은 컴퓨터 및 네트워크 시스템에서 요구되는 수준으로 향상되었다. 따라서 모바일 기기의 신호와 전원 ...
모바일 기기는 AP(Application processor)와 무선통신용 모뎀을 탑재하고 내장형 키보드와, 고성능 카메라 등의 인터페이스를 갖춘 스마트폰 등장 이후 전자우편, 인터넷, 전자책 읽기, 소셜 네트워크, 게임, 비즈니스 활동 등 다양한 기능이 있는 소형 컴퓨터의 형태로 발전하였으며, 모바일 기기에 적용되는 회로, 부품 및 시스템의 성능은 컴퓨터 및 네트워크 시스템에서 요구되는 수준으로 향상되었다. 따라서 모바일 기기의 신호와 전원 무결성이 확보되도록 시스템 레벨 설계에 관련된 연구가 필요하다. 본 논문에서는 먼저 모바일 기기용 인쇄회로기판의 신호 진폭 왜곡을 방지하기 위해 적용 소재와 인터페이스에 맞게 특성임피던스 정합 설계하였으며, 임피던스 불연속점인 비아홀의 반사손실을 줄이기 위한 설계 기법을 도입하여 PTH 기준으로 10 GHz에서 반사손실이 –27 dB 임을 확인하였다. 다음으로 신호의 타이밍 왜곡을 방지하기 위해 도체 손실과 유전체 손실을 반영한 배선 설계 기준을 적용하여 전송 신호의 대역폭을 확보하였다. 전송선로 설계에 손실을 고려하지 않으면 rising time degradation에 의해 ISI와 같은 심각한 타이밍 왜곡이 발생될 수 있다. 또한 고속 차동신호 전송선로의 유전체 소재 내부 Glass weave 구조 비대칭성으로 인해 발생되는 skew는 배선을 10도 rotation 할 때 0.1 psec 이하로 최소값을 가짐을 확인하였다. 도출된 신호의 진폭과 타이밍 왜곡을 방지하기 위한 설계 기준을 모바일 기기의 HDMI, USB, MIPI, SD card 인터페이스 설계에 반영하여 사전 시뮬레이션과 측정을 통해 인터페이스 표준을 만족하는 것을 확인하였다. 마지막으로 모바일 기기의 동시 스위칭 노이즈를 유발할 수 있는 전원공급 네트워크의 무결성 확보를 위해 VRM에서 드라이버 IC까지의 전원공급 선로의 Shape을 최적화하여 DC 저항을 최소화하고 디커플링캐패시터의 위치 및 개수를 최적화하여 1.26 V, 2.52 A, 허용 리플 2% 이하 조건에서 모바일 기기의 드라이버 IC에서 요구하는 전원 공급 네트워크의 목표 임피던스 결과가 10 mΩ 이하를 만족하는 것을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 모바일 기기의 인쇄회로기판 전송선로 및 전원공급 네트워크 설계 기법은 일반적인 설계 가이드라인으로 해결할 수 없는 신호 진폭과 타이밍 왜곡 및 전원 불안정성에 의한 EMI 문제를 해결할 수 있는 시스템 레벨 설계 방법으로 다양한 모바일 기기 설계에 적용 가능할 것으로 기대된다.
모바일 기기는 AP(Application processor)와 무선통신용 모뎀을 탑재하고 내장형 키보드와, 고성능 카메라 등의 인터페이스를 갖춘 스마트폰 등장 이후 전자우편, 인터넷, 전자책 읽기, 소셜 네트워크, 게임, 비즈니스 활동 등 다양한 기능이 있는 소형 컴퓨터의 형태로 발전하였으며, 모바일 기기에 적용되는 회로, 부품 및 시스템의 성능은 컴퓨터 및 네트워크 시스템에서 요구되는 수준으로 향상되었다. 따라서 모바일 기기의 신호와 전원 무결성이 확보되도록 시스템 레벨 설계에 관련된 연구가 필요하다. 본 논문에서는 먼저 모바일 기기용 인쇄회로기판의 신호 진폭 왜곡을 방지하기 위해 적용 소재와 인터페이스에 맞게 특성임피던스 정합 설계하였으며, 임피던스 불연속점인 비아홀의 반사손실을 줄이기 위한 설계 기법을 도입하여 PTH 기준으로 10 GHz에서 반사손실이 –27 dB 임을 확인하였다. 다음으로 신호의 타이밍 왜곡을 방지하기 위해 도체 손실과 유전체 손실을 반영한 배선 설계 기준을 적용하여 전송 신호의 대역폭을 확보하였다. 전송선로 설계에 손실을 고려하지 않으면 rising time degradation에 의해 ISI와 같은 심각한 타이밍 왜곡이 발생될 수 있다. 또한 고속 차동신호 전송선로의 유전체 소재 내부 Glass weave 구조 비대칭성으로 인해 발생되는 skew는 배선을 10도 rotation 할 때 0.1 psec 이하로 최소값을 가짐을 확인하였다. 도출된 신호의 진폭과 타이밍 왜곡을 방지하기 위한 설계 기준을 모바일 기기의 HDMI, USB, MIPI, SD card 인터페이스 설계에 반영하여 사전 시뮬레이션과 측정을 통해 인터페이스 표준을 만족하는 것을 확인하였다. 마지막으로 모바일 기기의 동시 스위칭 노이즈를 유발할 수 있는 전원공급 네트워크의 무결성 확보를 위해 VRM에서 드라이버 IC까지의 전원공급 선로의 Shape을 최적화하여 DC 저항을 최소화하고 디커플링 캐패시터의 위치 및 개수를 최적화하여 1.26 V, 2.52 A, 허용 리플 2% 이하 조건에서 모바일 기기의 드라이버 IC에서 요구하는 전원 공급 네트워크의 목표 임피던스 결과가 10 mΩ 이하를 만족하는 것을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 모바일 기기의 인쇄회로기판 전송선로 및 전원공급 네트워크 설계 기법은 일반적인 설계 가이드라인으로 해결할 수 없는 신호 진폭과 타이밍 왜곡 및 전원 불안정성에 의한 EMI 문제를 해결할 수 있는 시스템 레벨 설계 방법으로 다양한 모바일 기기 설계에 적용 가능할 것으로 기대된다.
Mobile devices are equipped with application processors (APs) and modems for wireless communication and provide a variety of functions such as e-mail, Internet, e-book reading, social networks, games, business activities, etc. In the form of small computers, the performance of circuits, components, ...
Mobile devices are equipped with application processors (APs) and modems for wireless communication and provide a variety of functions such as e-mail, Internet, e-book reading, social networks, games, business activities, etc. In the form of small computers, the performance of circuits, components, and systems applied in mobile devices has been improved to the level required by computer and network systems. Therefore, research related to system-level design is required to ens ure the signal and power integrity of mobile devices. In this paper, we first designed a characteristic impedance matching method for an applied material and interface to prevent signal amplitude distortion of the printed circuit board (PCB) for mobile devices. We also introduced a design technique to reduce the return loss of the vertical interconnect access via hole, which is impedance discontinuity point. It is confirmed that the return loss is −27 dB at 10 GHz based on plated-through-hole (PTH). Next, to prevent the timing distortion of the signal, the wiring design criteria that takes into account the conductor and dielectric losses were applied to secure the bandwidth of the transmission signal. Without considering the losses in the transmission line design, significant timing distortions such as inter-symbol interference (ISI) can be caused by rising time degradation. Furthermore, it was confirmed that the skew generated by the asymmetry of the glass weave structure inside the dielectric material of the high-speed differential signal transmission line has a minimum value of 0.1 psec or less when the wire is rotated by 10°. The design criteria to prevent the amplitude and timing distortion of the derived signal are reflected in the high definition multimedia interface (HDMI), universal serial bus (USB), mobile industry processor interface (MIPI), and secure digital (SD) card designs of the mobile device, and the preliminary simulation and measurement confirm that the interface standard is satisfied. Finally, the shape of the power supply line from the voltage regulator module (VRM) to the driver IC is optimized to ensure the integrity of the power supply network, which can cause a simultaneous switching noise in mobile devices, minimizing the DC resistance and optimizing the position and number of decoupling capacitors. We confirmed that the target impedance of the power supply network required by the driver IC of the mobile device satisfies the limit of 10 mΩ or less under 2.52 A and a maximum allowable ripple of 2%. The PCB transmission line and power supply network design techniques presented in this paper form a system-level design method that can solve EMI problems caused by the signal amplitude, timing distortion, and power instability. The method has potential for application in mobile device design.
Mobile devices are equipped with application processors (APs) and modems for wireless communication and provide a variety of functions such as e-mail, Internet, e-book reading, social networks, games, business activities, etc. In the form of small computers, the performance of circuits, components, and systems applied in mobile devices has been improved to the level required by computer and network systems. Therefore, research related to system-level design is required to ens ure the signal and power integrity of mobile devices. In this paper, we first designed a characteristic impedance matching method for an applied material and interface to prevent signal amplitude distortion of the printed circuit board (PCB) for mobile devices. We also introduced a design technique to reduce the return loss of the vertical interconnect access via hole, which is impedance discontinuity point. It is confirmed that the return loss is −27 dB at 10 GHz based on plated-through-hole (PTH). Next, to prevent the timing distortion of the signal, the wiring design criteria that takes into account the conductor and dielectric losses were applied to secure the bandwidth of the transmission signal. Without considering the losses in the transmission line design, significant timing distortions such as inter-symbol interference (ISI) can be caused by rising time degradation. Furthermore, it was confirmed that the skew generated by the asymmetry of the glass weave structure inside the dielectric material of the high-speed differential signal transmission line has a minimum value of 0.1 psec or less when the wire is rotated by 10°. The design criteria to prevent the amplitude and timing distortion of the derived signal are reflected in the high definition multimedia interface (HDMI), universal serial bus (USB), mobile industry processor interface (MIPI), and secure digital (SD) card designs of the mobile device, and the preliminary simulation and measurement confirm that the interface standard is satisfied. Finally, the shape of the power supply line from the voltage regulator module (VRM) to the driver IC is optimized to ensure the integrity of the power supply network, which can cause a simultaneous switching noise in mobile devices, minimizing the DC resistance and optimizing the position and number of decoupling capacitors. We confirmed that the target impedance of the power supply network required by the driver IC of the mobile device satisfies the limit of 10 mΩ or less under 2.52 A and a maximum allowable ripple of 2%. The PCB transmission line and power supply network design techniques presented in this paper form a system-level design method that can solve EMI problems caused by the signal amplitude, timing distortion, and power instability. The method has potential for application in mobile device design.
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