Uso de vías de tierra en áreas sin rastro en una PCB de 4 capas

Esencialmente, los puntos de sutura solo necesitan estar espaciados a aproximadamente 1/20 de la longitud de onda mínima.

Donde λ (lambda) es la longitud de onda, v es la frecuencia y c es la velocidad de la luz.

$\frac{300\text{Mm/s (speed of light)}}{868\text{MHz (/s)}}$es una longitud de onda de 0.3456m. Un vigésimo de eso es 17.2cm. Entonces, con vías espaciadas a 17 cm y una cantidad significativa de cobre molido, la superficie superior parecería casi completamente reflectante a 868 MHz. Las vías excesivas pueden generar costos adicionales para el fabricante de la placa, ya que los pequeños taladros se desgastan con bastante rapidez y/o se rompen, lo que genera rechazos. Puede que no les importe unas pocas tablas, pero sí lo harán con muchas tablas.

¿[La costura] tendría un efecto positivo en la PCB (EMI/EMC, mejores rutas de retorno,...) o sería algo negativo (fuente de ruido, diafonía,...)?

Esta es una gran pregunta. En general, si tiene un transmisor de RF en la placa, el cobre externo del mismo lado (vertido) debe conectarse a tierra, con costuras como se indicó anteriormente. La mayoría de los módulos tienen una sección de "mantenimiento" donde no debe haber nada debajo: cose ambos lados al suelo alrededor de esa área. Si se encuentra dentro o cerca de una fuente reflectante (como una caja de metal, una mesa de metal, etc.), puede ser necesario verter a tierra el reverso también. Está bien ejecutar algunos trazos en la parte superior/inferior, pero recuerde la longitud de onda: un trazo descaradamente expuesto de 17 cm de largo comenzará a comportarse como una antena a 868 MHz.

Si se usa una traza para conectar un SMA o una antena al módulo de RF, se necesitan todo tipo de requisitos especiales, como la coincidencia de impedancia (ancho, grosor y distancia de la traza a tierra, posiblemente también los componentes de coincidencia de impedancia), esquinas en inglete, unión a tierra alrededor de toda la traza, etc.) Eche un vistazo a The Signal Path para ver ejemplos de diseño de muy alta frecuencia y los detalles involucrados.

En cuanto a EMC, rutas de retorno, ruido, diafonía... todas estas son preocupaciones separadas . Voy a dar un resumen aquí.

• EMC = blindaje/diseño de circuitos para reducir las emisiones radiadas y la susceptibilidad de las mismas. Este es un vasto campo de estudio.
• Rutas de retorno = bucles actuales. Cosas que cambian grandes corrientes rápidamente (como lógica digital, transmisores de RF, controladores de motor, fuentes de alimentación conmutadas, etc.) Debe analizar dónde fluyen físicamente estas corrientes cuando ocurre la conmutación y "minimizar el área del bucle". Cuanto más grandes sean los bucles de corriente (especialmente >17 cm), más RF podría irradiar la placa sin querer e interferir con la radio. Los bucles más pequeños también pueden interferir (diafonía) con otros rastros, así que trate de mantener el interruptor de alimentación alejado de la señal. Los condensadores de "derivación" (generalmente de cerámica de 0,1 µF) se colocan lo más cerca posible de estos interruptores, lo que ayuda a "suavizar" los picos de energía generados en ese punto. Las vías GND generalmente ayudan a reducir la resistencia y mejoran EMI/EMC, pero puedenobstaculizar los bucles de ruta de retorno: esto realmente es una consideración de diseño físico completamente separada.
• Ruido - También un vasto campo de estudio. En general, cuanto más rígidamente esté conectada la conexión a tierra del circuito a la conexión a tierra física (chasis y conexión a tierra), mejor. Cuanto mayor sea el porcentaje de la parte superior (e inferior, para señales sensibles) de cobre vertido, menor será la susceptibilidad al ruido al aumentar la frecuencia. La costura de vía en sí no es una preocupación principal para el ruido. El enrutamiento y la evitación de bucles son mucho más importantes.
• Y el ruido puede provenir del propio circuito, por ejemplo, al ejecutar trazas lógicas digitales directamente sobre entradas analógicas sensibles, que es un ejemplo de diafonía. La forma en que enruta una PCB es cada vez más importante para frecuencias más rápidas, ya que cuanto mayor sea la frecuencia, más cortas deben ser las trazas para convertirse en antenas.

¿Cómo sabría si necesitaría usar [mediante costura] para reducir la inductancia?

Esto va en línea con las rutas de retorno, el ruido y la diafonía. En general, mitigue esto diseñando mejor la PCB. Esto puede significar comenzar de nuevo varias veces con la colocación de componentes para lograr las rutas más cortas. Mantenga los trazos cortos, use tapas de desacoplamiento adecuadas cerca de los dispositivos de conmutación y use un vertido en el suelo en el lado de RF.

Usando un osciloscopio rápido, vería un timbre de alta frecuencia en los picos y valles de las transiciones lógicas, oscilaciones de HF en los rieles de alimentación, etc. Cualquier cosa como esto podría deberse a la inductancia y capacitancia parásitas. Estos forman un circuito de tanque LC no intencional. Todo conductor tiene una cierta cantidad de cada uno. Ambos pueden mitigarse mediante el uso de mejores componentes, trazos más cortos, más espacio entre trazos, sin bucles de trazos, etc. Si un punto de vía a tierra es un camino más corto que un trazo, entonces tendrá menos de ambos.

Tenga en cuenta que puede ser tentador realizar una conexión a tierra en la almohadilla de un dispositivo, como un condensador de desacoplamiento. Esto no se recomienda... puede funcionar para una placa ensamblada a mano, pero el ensamblaje de la máquina y el reflujo tenderán a "lápidas" o se pondrán de pie ya que la vía succionará la soldadura lejos de la almohadilla.