¿Las áreas no utilizadas en la capa superior de mi PCB de RF deben tener vertidos en el suelo?

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 parezca. Los conceptos de resistencia, capacitancia e inductancia, que tienen sentido en CC y baja frecuencia (hasta algunos MHz), están completamente sesgados cuando se trata de diseño e implementación de alta frecuencia. Las trazas pueden comportarse más como resistencias o elementos de impedancia, las almohadillas y los espacios parecen condensadores, las esquinas como reflectores, etc. Las complejidades completas van más allá incluso de un libro breve sobre el tema.

La respuesta corta es que "RF" y "PCB de 2 caras" rara vez se conocen juntos. La mayoría de los dispositivos de RF (transmisores) utilizan una PCB de 4 o más capas, y las capas exteriores suelen ser planos de tierra. Algunos dirán que esto es más bien pecar de precavido, 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 durante la transmisión, el campo electromagnético producido puede acoplarse a trazas cercanas (especialmente cuando su longitud se acerca a un cuarto de la longitud de onda) e inducir voltajes y corrientes, lo que provoca un comportamiento errático. Por eso se utilizan planos de tierra; para absorber estas ondas. Cerca de la antena, el EM es más fuerte, por lo que no se pueden colocar allí de forma arbitraria; las dimensiones e incluso la forma pueden ser críticas para el correcto funcionamiento. Más lejos, se convierte en un problema menor, ya que el campo EM se disipa en el inverso del cuadrado de la distancia. Esta nota de la aplicación TI toca algunos de los otros detalles a altas frecuencias.

Diría que la solución más práctica es encontrar un diseño de PCB de referencia para el dispositivo BT en 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 sobre la PCB, probablemente porque el diseñador pasó mucho tiempo trabajando en ella. El PCB parece como si pudiera ser de dos caras, sin embargo, esto no está claro. Una foto más grande se puede ver aquí . Las huellas se ven en la parte superior y es posible que estés pensando "¡Aaha! Sabía que se podía hacer de 2 lados..." sin embargo, se notan algunas cosas pequeñas pero muy importantes:

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

• Es imposible saber si el lado izquierdo de la antena hace un cortocircuito a tierra debajo del logotipo serigrafiado. 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 la PCB central está oscura. Como explica Olin en el enlace de Paul anterior, algunas almohadillas pequeñas y rastros aquí y allá probablemente no importen mucho, pero un rastro de una pulgada de largo o un grupo de partes sin conexión a tierra en cualquier lugar está causando problemas.

• Las microvías que se ven en algunas de las huellas del lado frontal probablemente se conectan al plano de tierra. Estos no se colocaron a la ligera, sino que llenaron la mayor parte posible de la superficie superior para reducir la EMI allí lo mejor que se pueda. (Este es un intento de tratar de producir un dispositivo robusto sin usar más capas). Puede ser que haya suficientes áreas en la parte superior del suelo, que cubran suficiente superficie, que impida mucho el acoplamiento 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 penetrar).

• Es probable que haya rastros en la parte posterior debajo de la antena que parecen "no hacer nada" o no conectarse a ninguna parte. Como cuadrados o rectángulos. Aquí es donde entra en juego el asunto realmente divertido de RF. Recuerde que a altas frecuencias, un pad puede aparecer como un condensador. Entonces, esos rastros probablemente estén diseñados para introducir alguna capacitancia o acoplamiento físicamente 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.