Les zones inutilisées sur la couche supérieure de mon PCB RF doivent-elles avoir des coulées de terre?

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Je me rends compte qu'il y a des questions liées à ce sujet, mais je n'en ai pas vu qui soient vraiment spécifiques aux RF.

Je travaille sur un module Bluetooth à 2 couches et j'ai des espaces inutilisés sur la couche supérieure que je ne peux pas décider s'ils doivent être rectifiés vers le haut avec des trous de couture sur la couche inférieure (qui est principalement un plan de masse solide) ou non . J'ai fait beaucoup de lecture / recherche et il semble y avoir des idées contradictoires sur les coulées de sol de la couche supérieure. Donc, je vous contacte et j'espère que quelqu'un ayant de l'expérience dans ce domaine (la conception de cartes RF est un plus) pourra faire la lumière sur ce sujet pour moi.

Merci!

Pour toute autre personne qui s'intéresse à cela ou qui est simplement intéressée, voici quelques bonnes ressources que j'ai trouvées utiles:

  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 plupart des sources ci-dessus mentionnent des déversements de sol et une conception RF globale.

DigitalNinja
la source
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Une chose dont vous pourriez avoir à vous soucier est le couplage capacitif entre le déversement supérieur et vos traces RF - veillez à ce que l'espacement dans les règles de conception soit au moins le double de la largeur de votre trace. De plus, je pense qu'Olin a déclaré officiellement qu'une coulée au sol ne fait pas de différence dans une planche à 2 couches, mais je ne trouve pas le message maintenant.
Paul L
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Voici son article: electronics.stackexchange.com/a/41923/56232
Paul L

Réponses:

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L'ingénierie RF est «Pure Black Magic». Les partisans insisteront sur le fait que ce n'est pas le cas, mais à moins d'avoir un doctorat en physique, cela semblera probablement. Les concepts de résistance, de capacité et d'inductance, qui ont du sens en CC et en basse fréquence (jusqu'à quelques MHz), sont complètement biaisés en ce qui concerne la conception et la mise en œuvre à haute fréquence. Les traces peuvent se comporter davantage comme des résistances ou des éléments d'impédance, les plots et les espaces ressemblent à des condensateurs, des coins comme des réflecteurs, etc. La complexité complète dépasse même un petit livre sur le sujet.

La réponse courte est que "RF" et "PCB à 2 faces" sont rarement entendus ensemble. La plupart des appareils RF (émetteurs) utilisent un PCB à 4 couches ou plus, et les couches extérieures sont généralement des plans de masse. Certains diront que c'est plus une erreur de prudence, mais pour quelqu'un qui n'est pas familier avec la conception RF, cela peut faire la différence entre une conception fonctionnelle ou non.

Pour un appareil émetteur-récepteur comme Bluetooth, près de l'emplacement de l'antenne lors de la transmission, le champ électromagnétique produit peut se coupler à des traces proches (d'autant plus que leur longueur s'approche du quart de la longueur d'onde) et induire des tensions et des courants, provoquant un comportement erratique. C'est pourquoi des plans au sol sont utilisés; pour absorber ces ondes. Près de l'antenne, l'EM est le plus fort, donc ils ne peuvent pas y être placés arbitrairement; les dimensions et même la forme peuvent être critiques pour un fonctionnement correct. Plus loin, cela devient moins problématique, car le champ EM se dissipe au carré inverse de la distance. Cette note d'application TI touche certains des autres détails à haute fréquence.

Je dirais que la solution la plus pratique consiste à trouver une disposition de PCB de référence pour le périphérique BT particulier utilisé et à partir de là. Espérons que le fabricant en ait mis un à disposition. À titre de comparaison, voici une petite image d'un tel design. Sa fiche technique ne mentionne pas beaucoup le PCB, probablement parce que le concepteur a passé beaucoup de temps à y travailler. Le PCB semble pouvoir être bilatéral, mais ce n'est pas clair. Une photo plus grande peut être vue ici . Des traces sont visibles sur le côté supérieur et vous pensez peut-être "Aaha! Je savais que les deux côtés pouvaient être faits ...", cependant certaines choses minuscules mais très importantes sont perceptibles:

  • Il y a une bande de vias sous l'antenne. Ceux-ci sont étroitement espacés pour court-circuiter tout le champ EM le plus puissant au sol.

  • Il est impossible de dire si le côté gauche de l'antenne court au sol sous le logo sérigraphié. Si c'est le cas, il peut s'agir d'une antenne PIFA .

  • Il y a certainement au moins un plan de masse partiel sur le verso, car la majorité du PCB central est sombre. Comme Olin l'explique dans le lien de Paul ci-dessus, quelques petits pads et traces ici et là n'auront probablement pas beaucoup d'importance, mais une trace d'un pouce ou un groupe de pièces non mises à la terre n'importe où pose problème.

  • Les micro-vias observés sur certaines des traces frontales se connectent probablement au plan de masse. Ceux-ci n'ont pas été placés au gré du gré, mais remplissent le plus possible la surface supérieure pour y réduire au mieux les EMI. (Il s'agit d'une tentative visant à produire un appareil robuste sans utiliser plus de couches.) Il se peut qu'il y ait suffisamment de surfaces au sol, couvrant suffisamment la surface, qu'il empêche beaucoup de couplage à cet endroit. (Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi un four à micro-ondes a des trous dans la porte, mais aucun micro-ondes ne passe? C'est parce que les trous sont beaucoup plus petits que la fréquence (longueur d'onde), de sorte que les micro-ondes ne peuvent pas y pénétrer.)

  • Il y a probablement des traces à l'arrière sous l'antenne qui semblent "ne rien faire" ou ne se connecter nulle part. Comme des carrés ou des rectangles. C'est là que l'activité vraiment drôle de RF entre en jeu. N'oubliez pas qu'aux hautes fréquences, un pad peut apparaître comme un condensateur. Ces traces sont donc probablement conçues pour introduire une certaine capacité ou un couplage physique à cet endroit, même à travers le PCB. Cela peut être fait pour «connecter» une partie d'un élément résonant (antenne) à une autre, même si aucune connexion physique n'existe.

rdtsc
la source
Merci pour la réponse longue et détaillée. J'apprécie votre aide et votre temps. J'ai également examiné d'autres modèles de référence et ils semblent tous avoir des îlots de coulée de sol sur la couche supérieure. Je crois comprendre que certains d'entre eux peuvent servir de bouclier contre les interférences EMI et RF extérieures. J'ai à peu près copié une conception de référence, mais ma carte doit être un peu différente en raison de l'interconnexion et d'un circuit intégré supplémentaire, ce qui modifie suffisamment la disposition à l'endroit où j'ai des espaces vides. Je ne pense pas que ça puisse faire mal de les remplir si je les coud bien?
DigitalNinja
Il me semble que les conceptions de référence que j'ai examinées auraient plus de coulée de terrain sur le côté supérieur si l'espace le leur permettait (la plupart des modules se répartissent sur les bords de la carte). Ce sera ma deuxième version, car j'ai fait une grosse erreur sur ma première. Donc cette fois, je suis très difficile. La conception RF est comme par magie. C'est incroyable de voir comment un petit changement ou quelque chose que vous ne pensez pas causerait un problème. Sans parler de certaines des conceptions d'antennes folles. Quelqu'un a-t-il les coordonnées de Merlin?
DigitalNinja
Je dirais, le concevoir pour l'altération et planifier une révision ou deux. Laissez quelques coussinets de terre non masqués, et si cela ne fonctionne pas, essayez de souder un petit blindage métallique sur cette partie. Si une ligne de signal est suspectée de capter les EMI, grattez un peu d'isolant et soudez un capuchon de 20pF ou autre chose dessus. Et regardez dans les billes de ferrite, elles sont à perte à certaines fréquences mais leur inductance peut être délicate. Malheureusement pour nous mortels, le numéro de téléphone de Merlin est + x-xxx-xxx-xxxx . (Ne me laisserait pas utiliser $ symboles, ha!)
rdtsc
Merci encore! Ça ma l'air bon. Je vais simplement continuer avec ce que j'ai appris et porter le meilleur jugement possible sur le sol se déverse sur le dessus. LOL, bon lien vers "Merlin".
DigitalNinja