As áreas não utilizadas na camada superior da minha placa de circuito impresso de RF devem ter derramamento de terra?

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Percebo que há algumas perguntas relacionadas a esse tópico, mas não vi nenhuma que seja realmente específica de RF.

Estou trabalhando em um módulo Bluetooth de duas camadas e tenho alguns espaços não utilizados na camada superior que não consigo decidir se devem ser esmerilados com vias de costura para a camada inferior (que é principalmente um plano de terra sólido) ou não . Venho lendo bastante / pesquisando e parece haver idéias conflitantes sobre o derramamento da camada superior. Portanto, estou contatando vocês e espero que alguém com experiência nisso (o design da placa de RF seja uma vantagem) possa lançar alguma luz sobre esse tópico para mim.

Obrigado!

Para quem mais se interessar por isso ou estiver interessado aqui, há alguns bons recursos que eu achei úteis:

  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

A maioria das fontes acima menciona vazamentos no solo e design geral de RF.

DigitalNinja
fonte
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Você pode se preocupar com o acoplamento capacitivo entre o vazamento superior e os traços de RF - tenha cuidado para que o espaçamento nas regras de design seja pelo menos o dobro da largura do traço. Além disso, acredito que Olin registrou que um derramamento no solo não faz diferença em um painel de duas camadas, mas não consigo encontrar o post agora.
Paul L
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Aqui está o post dele: electronics.stackexchange.com/a/41923/56232
Paul L

Respostas:

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A engenharia de RF é "pura magia negra". Os defensores insistirão que não, mas a menos que você tenha um doutorado em física, provavelmente parecerá. Os conceitos de resistência, capacitância e indutância, que fazem sentido em corrente contínua e baixa frequência (até alguns MHz), são completamente distorcidos quando se trata de design e implementação de alta frequência. Os traços podem se comportar mais como resistores ou elementos de impedância, almofadas e intervalos parecem capacitores, cantos como refletores, etc. As complexidades completas estão além de um pequeno livro sobre o assunto.

A resposta curta é que "RF" e "PCB de 2 lados" raramente são ouvidos juntos. A maioria dos dispositivos de RF (transmissão) usa um PCB de 4 ou mais camadas, e as camadas externas são tipicamente planos de terra. Alguns dirão que é mais um erro por precaução, mas para alguém não familiarizado com o design de RF, isso pode significar a diferença entre um design de trabalho ou não.

Para um dispositivo transceptor como Bluetooth, próximo ao local da antena durante a transmissão, o campo eletromagnético produzido pode acoplar-se a traços próximos (especialmente quando o comprimento se aproxima de um quarto do comprimento de onda) e induzir tensões e correntes, causando comportamento irregular. É por isso que aviões terrestres são usados; para absorver essas ondas. Perto da antena, o EM é mais forte; portanto, eles não podem ser colocados arbitrariamente lá; dimensões e formas uniformes podem ser críticas para a operação correta. Mais longe, torna-se menos problemático, pois o campo EM se dissipa no quadrado inverso da distância. Esta nota do aplicativo de TI aborda alguns dos outros detalhes em altas frequências.

Eu diria que a solução mais prática é encontrar um layout de PCB de referência para o dispositivo BT específico que está sendo utilizado e começar a partir daí. Espero que o fabricante tenha disponibilizado um. Para fins de comparação, aqui está uma pequena imagem de um desses projetos. Sua folha de dados não menciona muito sobre o PCB, provavelmente porque o designer passou muito tempo trabalhando nele. O PCB parece ser de dois lados, mas isso não está claro. Uma foto maior pode ser vista aqui . Vestígios são vistos no lado superior e você pode estar pensando "Aaha! Eu sabia que os dois lados poderiam ser feitos ...", mas algumas coisas minúsculas, mas muito importantes, são perceptíveis:

  • Há uma faixa de vias abaixo da antena. Estes são espaçados de perto para colocar em curto todo o campo EM mais forte.

  • É impossível saber se o lado esquerdo da antena está aterrado sob o logotipo da serigrafia. Nesse caso, pode ser uma antena PIFA .

  • Definitivamente, há pelo menos um plano de aterramento parcial no verso, pois a maioria do PCB central é escura. Como Olin explica no link de Paul acima, algumas pequenas almofadas aqui e ali provavelmente não importam muito, mas um rastro de uma polegada de comprimento ou um grupo de peças não aterradas em qualquer lugar está pedindo problemas.

  • As micro-vias vistas em alguns dos traços da frente provavelmente se conectam ao plano de terra. Elas não foram colocadas à vontade, mas preenchem o máximo possível da superfície superior para reduzir a EMI da melhor maneira possível. (Esta é uma tentativa de tentar produzir um dispositivo robusto sem usar mais camadas.) Pode ser que haja áreas de solo superiores suficientes, cobrindo suficiente superfície, que evite muito acoplamento. (Você já se perguntou por que um forno de micro-ondas tem buracos na porta, mas não há microondas? Isso ocorre porque os buracos são muito menores que a frequência (comprimento de onda), para que as microondas não possam penetrá-lo.)

  • É provável que existam traços no lado de trás da antena que pareçam "não fazer nada" ou não se conectem a lugar algum. Como quadrados ou retângulos. É aqui que o negócio realmente engraçado da RF entra em cena. Lembre-se de altas frequências, um bloco pode aparecer como um capacitor. Portanto, esses traços provavelmente foram projetados para introduzir alguma capacitância ou acoplamento fisicamente nesse local, mesmo através do PCB. Isso pode ser feito para "conectar" uma parte de um elemento ressonante (antena) a outra, mesmo que não exista conexão física.

rdtsc
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Obrigado pela resposta longa e detalhada. Agradeço sua ajuda e seu tempo. Também observei outros projetos de referência e todos eles parecem ter ilhas de derramamento de solo na camada superior. Entendo que alguns deles possam estar atuando como uma proteção contra interferência externa de EMI e RF. Eu praticamente copiei um design de referência, mas minha placa deve ser um pouco diferente por causa da interconexão e de um IC adicional, que altera o layout o suficiente para ter alguns espaços vazios. Eu não acho que pode doer preenchê-los se eu os costurar bem?
precisa
Parece-me que os projetos de referência que eu observei teriam mais derramamento de terra no lado superior, se houvesse espaço para eles (a maioria dos módulos se rompe nas bordas da placa). Esta será a minha segunda versão, pois cometi um grande erro na minha primeira. Então desta vez estou sendo muito exigente. O design de RF é como mágica. É incrível como uma pequena mudança ou algo que você não acha que causaria um problema. Sem mencionar alguns dos designs de antena malucos. Alguém tem as informações de contato de Merlin?
precisa
Eu diria, projete-o para alteração e planeje uma revisão ou duas. Deixe algumas almofadas de terra sem máscara e, se não funcionar, tente soldar um pequeno escudo de metal sobre essa parte. Se houver suspeita de uma linha de sinal de captação de EMI, retire algum isolamento e solde uma tampa de 20pF ou outros enfeites. E olhe para as esferas de ferrite, elas são perdidas em certas frequências, mas sua indutância pode ser complicada. Infelizmente para nós mortais, o número de telefone de Merlin é + x-xxx-xxx-xxxx . (Não me deixou usar $ símbolos, ha!)
rdtsc
Obrigado novamente! Soa como um plano. Vou apenas seguir o que aprendi e fazer o melhor julgamento possível sobre o derramamento de terra no topo. LOL, bom link para "Merlin".
precisa