Solo se usa relleno de tierra en la parte de RF de la PCB

Estoy diseñando una PCB de 4 capas que tiene componentes RF y componentes digitales. Decidí usar un relleno de tierra solo en la parte de la PCB con componentes de RF para aumentar el aislamiento entre las líneas de microstrip. Aquí hay una imagen renderizada de la PCB completamente colocada/enrutada.

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En la imagen, el circuito digital está a la izquierda y el circuito de RF está a la derecha. He usado cercas y vías de costura para aumentar el aislamiento y asegurarme de que no obtengo antenas involuntarias. Las capas 2 y 3 son planos de tierra continuos. La última capa es una capa de señal sin relleno de suelo.

Decidí omitir el relleno del suelo de las partes que no son de RF de las capas superior e inferior para evitar la creación de antenas no intencionales.

¿Hay algún problema con este diseño? No puedo pensar en ninguno, pero no he visto esto antes, así que tal vez hay un problema en el que no estoy pensando.

Respuestas (2)

Las corrientes de retorno de RF siguen prácticamente el plano de tierra directamente debajo de la ruta de corriente de salida. Entonces, en un tablero tan bien diseñado como este (RF en un lado, todo lo demás en el otro), un único plano de tierra continuo en todo el tablero sin divisiones no causaría ningún problema. Habrá muy poca interferencia en el plano de tierra entre las dos mitades.

Lo ideal es que desee un suelo intacto debajo de nuestro alrededor de cada rastro de señal digital, ya que los bordes de alta velocidad de las señales digitales inducirán corrientes de RF. Para minimizar la EMI, desea mantener estas corrientes de RF lo más cerca posible de sus trazas de señal. Dices que has hecho esto en las capas internas, así que debería estar bien.

Con buenos planos en las capas internas, no debería haber mayores problemas por no tener un plano de tierra en las capas externas como se muestra. Me he encontrado con algunos tableros antes que usan este enfoque. Solo asegúrese de colocar vías de unión entre los planos internos cada vez que una señal digital cambie de capa.

La única ventaja de extender el plano de tierra al otro lado del tablero es que puede agregarlo cosiendo alrededor de los bordes del tablero. En algunos casos, he visto tableros que simplemente ejecutan un trazo de tierra en lugar de un plano completo alrededor del borde exterior del tablero en las capas superior e inferior, que luego se unen al plano de tierra.

¿Cuál es el beneficio de agregar un trazo en el suelo con costuras en el perímetro del tablero? ¿Reduce esto las emisiones de los trazos rápidos cerca del borde del tablero? ¿Algo más?
@MattHusz es básicamente para detener las emisiones que se irradian desde las vías dentro de la placa: obtienes emisiones de RF planas a la PCB, para las cuales las vías conectadas a tierra actúan como una barrera. Hay un documento de ejemplo aquí que lo discute.

¡No! ¡No hagas eso! ¡Haz lo contrario de eso! Muy buen trabajo con la sección de RF y la costura, pero en última instancia, debe otorgar el mismo privilegio de un plano de tierra a su FPGA. Especialmente para el cumplimiento del producto, el ruido generado por las señales de alta velocidad desperdiciará una prueba de cumplimiento de EMI de $5000. Mediante el uso de un plano de tierra enorme y un apilamiento de PCB con un espacio más delgado entre la capa superior y la interna 1, se crean capacitancias parásitas que parecen cortocircuitos muertos para los componentes de alta frecuencia de GHz de los bordes rápidos de su señal de X00MHz, que de otro modo sería lenta. Pero peor aún, estos bordes pueden llegar a su sección de RF a través de su buena idea de un plano de tierra continuo en las capas internas. Lo que sería mejor es aislar los componentes de CA entre sus planos de tierra. Rompe la capa interna a lo largo de la interfaz de los dominios RF y digital (¡muy buen diseño separándolos!) Y para conectarlos, usa un inductor entre los planos para pasar solo CC. También es una buena idea aislar la conexión a tierra de la señal de la conexión a tierra del chasis, convirtiendo esos orificios de montaje en redes desconectadas. Además, no olvide usar la calculadora de impedancia característica de ancho de traza adecuada para su situación, agregar esa tierra a su RF le ha dado una guía de onda coplanar con plano de tierra que, en primer lugar, no debería tener un relleno de cobre interno (no estoy seguro si insinuó que también lo hizo en la RF) Porque el espacio sería tan cercano como para desviar todas las frecuencias altas a tierra. Además, asegúrese de dejar una máscara de soldadura en sus líneas de transmisión y no las tenga como almohadillas enchapadas. ESPECIALMENTE CUANDO SE REALIZA un acabado de superficie ENIG, bendito molibdeno, esa es una manera rápida de decepcionarse. En primer lugar, la vida útil del producto experimentará oxidación, lo que cambiará la conductividad, el espesor, mu, épsilon, básicamente todas sus propiedades cambiarán con la oxidación. Con ENIG, considere que necesitaban aplicar una capa de níquel entre el cobre y el oro para hacer coincidir los CTE y las constantes de red para que se pegaran. El níquel es ferromagnético, por lo que obtendrá una atenuación por encima de unos pocos GHz, lo que podría ser algo bueno, pero en última instancia introducirá una falta de linealidad en su sistema que podría no ser intencionada. Espero que algo de eso tenga sentido, y si no, ¡pídeme que te lo aclare! ¡Perdón por la oración gigante! la vida útil del producto experimentará oxidación, lo que cambiará la conductividad, el espesor, mu, épsilon, básicamente todas sus propiedades cambiarán con la oxidación. Con ENIG, considere que necesitaban aplicar una capa de níquel entre el cobre y el oro para hacer coincidir los CTE y las constantes de red para que se pegaran. El níquel es ferromagnético, por lo que obtendrá una atenuación por encima de unos pocos GHz, lo que podría ser algo bueno, pero en última instancia introducirá una falta de linealidad en su sistema que podría no ser intencionada. Espero que algo de eso tenga sentido, y si no, ¡pídeme que te lo aclare! ¡Perdón por la oración gigante! la vida útil del producto experimentará oxidación, lo que cambiará la conductividad, el espesor, mu, épsilon, básicamente todas sus propiedades cambiarán con la oxidación. Con ENIG, considere que necesitaban aplicar una capa de níquel entre el cobre y el oro para hacer coincidir los CTE y las constantes de red para que se pegaran. El níquel es ferromagnético, por lo que obtendrá una atenuación por encima de unos pocos GHz, lo que podría ser algo bueno, pero en última instancia introducirá una falta de linealidad en su sistema que podría no ser intencionada. Espero que algo de eso tenga sentido, y si no, ¡pídeme que te lo aclare! ¡Perdón por la oración gigante! considere que necesitaban aplicar una capa de níquel entre el cobre y el oro para hacer coincidir los CTE y las constantes de red para que se pegaran. El níquel es ferromagnético, por lo que obtendrá una atenuación por encima de unos pocos GHz, lo que podría ser algo bueno, pero en última instancia introducirá una falta de linealidad en su sistema que podría no ser intencionada. Espero que algo de eso tenga sentido, y si no, ¡pídeme que te lo aclare! ¡Perdón por la oración gigante! considere que necesitaban aplicar una capa de níquel entre el cobre y el oro para hacer coincidir los CTE y las constantes de red para que se pegaran. El níquel es ferromagnético, por lo que obtendrá una atenuación por encima de unos pocos GHz, lo que podría ser algo bueno, pero en última instancia introducirá una falta de linealidad en su sistema que podría no ser intencionada. Espero que algo de eso tenga sentido, y si no, ¡pídeme que te lo aclare! ¡Perdón por la oración gigante!

No estoy ansioso por separar los planos de tierra porque tengo algunas señales entre las secciones digital y RF, y no quiero interrumpir su ruta de retorno. Podría proporcionar una ruta de retorno separada en cada caso, pero si cometo un error en alguna parte, es una manera fácil de agregar mucho ruido.
He tenido en cuenta el efecto de impedancia del relleno del suelo. Usé una simulación de openems para encontrar que cuando la brecha entre el relleno y el trazo es mayor que el tamaño del ancho del trazo, tiene un efecto insignificante en la impedancia. Lo he hecho al 150% para dar algo de margen al error del fabricante.