In this paper, we first propose an audio frequency ground distribution network (GDN) model of an arbitrary shaped smartphone multilayer printed circuit board (PCB) and chassis. The proposed model enables fast and accurate analysis of audio frequency ground noise induced in the audio circuit from the switching time division multiple access (TDMA) RF power amplifier (PA) of a smartphone. The GDN is modeled as a distributed resistance model. The proposed model is verified by comparing the ground noise coupling in a test vehicle obtained from the model, three dimensional (3-D) electromagnetic (EM) simulation and measurement in the time domain and frequency domain (20 Hz ~ 20 kHz). The proposed model has been successfully verified by showing differences of 3.4 % and 22.8 % of the ground noise level in the time domain and 3.8 % and 14.8 % of the ground noise level at a 217Hz fundamental frequency in the frequency domain, respectively, compared with 3-D EM simulation and measurement. Using the proposed model, we analyze audio frequency ground integrity (GI) of various PCBs of audio circuits and TDMA RF PA integrated systems and discuss grounding design for low audio frequency ground noise coupling to audio circuits. Furthermore, we fabricate the PCBs, mount commercial delta-sigma ($\Delta\Sigma$)modulators and RF Pas switching at 217 Hz and measure the performance of the modulators. The modulator mounted on the PCB with the least ground noise coupling has a spurious free dynamic range 26.9 dB less than the modulator mounted on the PCB with the largest ground noise coupling. Through the experiment, we verify the audio frequency GI analysis made using the proposed modeling correlates with the actual performance degradation of audio circuits.
본 논문에서는 임의의 형상의 스마트폰 다층 인쇄 회로 기판(PCB)과 섀시의 오디오 주파수 접지 분배 네트워크 모델을 제안한다. 제안 된 모델은 스마트 폰의 스위칭 시분할 다중 접속 RF 전력 증폭기에서 오디오 회로에 유도 된 오디오 주파수 접지 잡음을 빠르고 정확하게 분석 할 수있다. 접지 네트워크는 분산 저항 모델로 모델링됩니다. 제안 된 모델은 모델 및 3차원(3D) 전자기(EM) 시뮬레이션과 시간 영역 및 주파수 영역(20 Hz ~ 20 kHz)에서 측정 한 테스트 차량의 접지 노이즈 커플 링을 비교함으로써 검증된다. 제안 된 모델은 시간 영역에서 지상 잡음 레벨의 3D EM 시뮬레이션 및 측정과 비교하여 3.4 %와 22.8 %와 주파수 영역에서 217Hz 기본 주파수에서 지상 잡음 레벨의 3.8 %와 14.8 %의 차이를 보여줌으로써 성공적으로 검증되었다. 제안 된 모델을 사용하여 오디오 회로 및 TDMA RF PA 통합 시스템의 다양한 PCB의 오디오 주파수 접지 무결성 (GI)을 분석하고 오디오 회로에 낮은 오디오 주파수 접지 노이즈 커플 링을위한 접지 설계에 대해 논의한다. 또한 PCB를 제작하고 217 Hz에서 스위칭하는 상용 델타-시그마($\Delta\Sigma$) 변조기 및 RF 전력 증폭기를 탑재하고 변조기의 성능을 측정한다. 가장 낮은 접지 잡음이 발생하는 PCB에 장착 된 모듈레이터는 가장 큰 접지 잡음이 발생하는 PCB에 장착 된 모듈레이터보다 26.9dB 낮은 217 Hz 노이즈값을 갖는다.
