¿Deberían las áreas no utilizadas en la capa superior de mi PCB RF tener vertidos a tierra?


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Me doy cuenta de que hay algunas preguntas relacionadas con este tema, pero no vi ninguna que sea realmente específica de RF.

Estoy trabajando en un módulo Bluetooth de 2 capas y tengo algunos espacios no utilizados en la capa superior que no puedo decidir si deben ser vertidos a tierra con vías de costura a la capa inferior (que es principalmente un plano de tierra sólido) o no . He estado leyendo e investigando mucho y parece haber ideas contradictorias sobre los vertidos de la capa superior. Entonces, me estoy acercando a ustedes y espero que alguien con experiencia en esto (el diseño de la placa RF sea una ventaja) pueda arrojar algo de luz sobre este tema para mí.

¡Gracias!

Para cualquiera que esté investigando esto o simplemente esté interesado aquí, hay algunos buenos recursos que he encontrado útiles:

  1. http://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/5100#10
  2. http://www.eeweb.com/blog/circuit_projects/basic-concepts-of-designing-an-rf-pcb-board
  3. http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1279446
  4. http://www.atmel.com/images/atmel-42131-rf-layout-with-microstrip_application-note_at02865.pdf
  5. http://www.icd.com.au/articles/Copper_Ground_Pours_AN2010_4.pdf
  6. http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=swra367a&fileType=pdf

La mayoría de las fuentes anteriores mencionan vertidos de tierra y diseño general de RF.


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Una cosa de la que debe preocuparse es el acoplamiento capacitivo entre el vertido superior y sus trazas de RF: tenga cuidado de que el espacio en las reglas de diseño sea al menos el doble de su ancho de traza. Además, creo que Olin ha quedado en el registro diciendo que un vertido en el suelo no hace la diferencia en un tablero de 2 capas, pero no puedo encontrar la publicación ahora.
Paul L

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Aquí está su publicación: electronics.stackexchange.com/a/41923/56232
Paul L

Respuestas:


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RF Engineering es "magia negra pura". Los defensores insistirán en que no lo es, pero a menos que tenga un doctorado en física, probablemente lo parecerá. Los conceptos de resistencia, capacitancia e inductancia, que tiene sentido en CC y baja frecuencia (hasta algunos MHz), están completamente sesgados cuando se trata de diseño e implementación de alta frecuencia. Las huellas pueden comportarse más como resistencias o elementos de impedancia, las almohadillas y los huecos parecen condensadores, esquinas como reflectores, etc. Las complejidades completas están más allá de un breve libro sobre el tema.

La respuesta breve es que "RF" y "PCB de 2 lados" rara vez se escuchan juntas. La mayoría de los dispositivos de RF (de transmisión) usan un PCB de 4 o más capas, y las capas externas son típicamente planos de tierra. Algunos dirán que es más errar por precaución, pero para alguien que no esté familiarizado con el diseño de RF, puede significar la diferencia entre un diseño funcional o no.

Para un dispositivo transceptor como Bluetooth, cerca de la ubicación de la antena cuando se transmite, el campo electromagnético producido puede acoplarse a trazas cercanas (especialmente cuando su longitud se aproxima a un cuarto de la longitud de onda) e inducir voltajes y corrientes, causando un comportamiento errático. Por eso se utilizan planos de tierra; para absorber estas olas. Cerca de la antena, el EM es más fuerte, por lo que no se pueden colocar arbitrariamente allí; Las dimensiones e incluso la forma pueden ser críticas para la operación correcta. Más lejos, se convierte en un problema menor, ya que el campo EM se disipa en el cuadrado inverso de la distancia. Esta nota de la aplicación TI toca algunos de los otros detalles en frecuencias altas.

Yo diría que la solución más práctica es encontrar un diseño de PCB de referencia para el dispositivo BT particular que se utiliza y comenzar desde allí. Esperemos que el fabricante haya hecho uno disponible. En aras de la comparación, aquí hay una pequeña imagen de uno de esos diseños. Su hoja de datos no menciona mucho acerca de la PCB, probablemente porque el diseñador pasó mucho tiempo trabajando en ella. El PCB parece que podría ser de dos lados, sin embargo, esto no está claro. Una foto más grande se puede ver aquí . Las huellas se ven en la parte superior y usted puede estar pensando "¡Aaha! Sabía que se podían hacer dos caras ..." sin embargo, algunas cosas pequeñas pero muy importantes son notables:

  • Hay una franja de vías debajo de la antena. Estos están estrechamente espaciados para acortar todos los campos EM más fuertes a tierra.

  • Es imposible saber si el lado izquierdo de la antena se cortocircuita bajo el logotipo de la serigrafía. Si lo hace, puede ser una antena PIFA .

  • Definitivamente hay al menos un plano de tierra parcial en el reverso, ya que la mayoría de los PCB centrales están oscuros. Como Olin explica en el enlace de Paul anterior, algunas pequeñas pistas y rastros aquí y allá probablemente no importen mucho, pero un rastro de una pulgada de largo o un grupo de partes no conectadas a tierra están pidiendo problemas.

  • Las microvias vistas en algunos de los trazos frontales probablemente se conectan al plano de tierra. Estos no se colocaron de forma involuntaria, pero llenan la mayor parte de la superficie superior posible para reducir la EMI allí lo mejor que pueden. (Este es un intento de tratar de producir un dispositivo robusto sin usar más capas). Puede ser que haya suficientes áreas de superficie superior, cubriendo suficiente superficie, que evite que se acople mucho allí. (¿Alguna vez se preguntó por qué un horno de microondas tiene agujeros en la puerta, pero no entran microondas? Eso se debe a que los agujeros son mucho más pequeños que la frecuencia (longitud de onda), por lo que las microondas no pueden penetrarlo).

  • Es probable que haya rastros en la parte posterior debajo de la antena que parecen "no hacer nada" o no se conectan a ninguna parte. Como cuadrados o rectángulos. Aquí es donde entra en juego el negocio realmente divertido de RF. Recuerde que a altas frecuencias, una almohadilla puede aparecer como un condensador. Por lo tanto, esas trazas probablemente estén diseñadas para introducir algo de capacitancia o acoplamiento físico en esa ubicación, incluso a través de la PCB. Esto se puede hacer para "conectar" una parte de un elemento resonante (antena) con otra, aunque no exista una conexión física.


Gracias por la larga y detallada respuesta. Agradezco tu ayuda y tiempo. También he visto otros diseños de referencia y todos parecen tener islas de vertidos en la capa superior. Tengo entendido que algunos de estos pueden estar actuando como un escudo de interferencias externas de EMI y RF. He copiado un diseño de referencia, pero mi placa tiene que ser un poco diferente debido a la interconexión y un IC adicional, que cambia el diseño lo suficiente como para tener algunos espacios vacíos. ¿No creo que pueda doler llenarlos si los coso bien?
DigitalNinja

Me parece que los diseños de referencia que he visto tendrían más derrames de tierra en el lado superior si el espacio lo permitiera (la mayoría de los módulos se desglosan en los bordes de la placa). Esta será mi segunda versión, ya que cometí un gran error en la primera. Así que esta vez estoy siendo muy exigente. El diseño de RF es como magia. Es sorprendente cómo lo hace un pequeño cambio o algo que no pensarías que causaría un problema. Sin mencionar algunos de los diseños de antenas locas. ¿Alguien tiene la información de contacto de Merlín?
DigitalNinja

Yo diría que lo diseñe para alterarlo y planifique una revisión o dos. Deje algunas almohadillas de tierra sin enmascarar, y si no funciona, intente soldar un pequeño escudo de metal sobre esa parte. Si se sospecha que una línea de señal capta EMI, raspe un poco de aislamiento y suelde una tapa de 20pF o algo por el otro. Y mire las cuentas de ferrita, tienen pérdidas a ciertas frecuencias, pero su inductancia puede ser complicada. Desafortunadamente para nosotros los mortales, el número de teléfono de Merlín es + x-xxx-xxx-xxxx . (¡No me dejaría usar símbolos $, ja!)
rdtsc

¡Gracias de nuevo! Suena como un plan. Voy a seguir con lo que he aprendido y a hacer el mejor juicio posible sobre los vertidos en la parte superior. LOL, buen enlace a "Merlin".
DigitalNinja
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