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Segunda versión de las PCB’s

Ya hablaba en un post hace unos años que routear una placa es como el juego de las casitas. El juego es este que dibujas tres casas y tres suministros (agua, luz, gas) en un papel y tienes que unir con una línea cada uno de los tres suministros a cada una de las casas, la única condición que se pone es que no pueden cruzarse las líneas. En este juego la intuición dice que es muy fácil, pero cuando te pones ves que es muy difícil, si lo analizas desde un punto de vista matemático ves que es imposible.

En este caso, independientemente de los errores cometidos en la versión anterior hay una serie de requisitos importantes a los habituales en una placa por incorporar radiofrecuencia, ojo porque hay mucha gente que los desprecia, en muchos casos no son alcanzables al 100%, pero hay que acercarse todo lo que se pueda.

La antena

Cualquier objeto en el alcance de una antena altera su radiación y su “frecuencia de resonancia” natural (si el lenguaje no es correcto os pido disculpas, no soy especialista en RF), en función de la conductividad de los materiales esto se agrava, además en determinados tipos de antena (los monopolos) la placa actúa como plano de tierra y esto nos limita lo cerca que puede estar de la antena, el tamaño que tiene que tener, etc.

Esto nos crea dos reglas nuevas, por un lado tenemos que respetar unas distancias a la antena sin que haya objetos metálicos, por otro lado tenemos que conseguir que el plano de masa sea lo más grande posible.  Sobre el primer asunto, he dejado en la placa una via para poner una antena helicoidal, además he dejado las pistas para poner un conector UFL, será seleccionable soldando un jumper. Sobre el conector UFL no hay dudas, irá un latiguillo y la antena la pondremos donde necesitemos, no se puede preveer en la placa. Para la antena helicoidal que es fija dejamos una zona de reserva, hice una consulta con los ingenieros de RF de Wisol, pero no recibí respuesta, por lo que al final he dejado un área con una forma determinada que he obtenido de una appnote de end ocean. Es la misma frecuencia, malo será que no nos sirva. En este aspecto nos hemos acercado porque hay un par de componentes que hemos tenido que dejar dentro de este área, el reed y el led, pero hemos dejado la zona sin plano de tierra en la PCB.

Por otro lado como el dispositivo lleva también Wifi vemos debajo del logo que hay una zona sin plano de tierra, que es la reserva de la antena de la Wifi.

 

El plano de tierra de la PCB

Hemos puesto plano de tierra en las dos caras de la PCB y hemos unido con unas vias una y otra cara intentando buscar el mayor tamaño. No se como afectará, pero hemos dejado los espacios para los componentes del “matching network” en  via de la antena para poder ajustarla a posteriori ya que no es posible conseguir el plano de tierra perfecto.

La vía de la antena

Aunque la sabiduría popular dice que la via de la antena no tiene porque tener los componentes para ajustarla si la razón entre su longitud y la longitud de onda es menor que 1/10 porque su efecto es despreciable, la observación me dice que cuando veo un equipo bien diseñado lo han tenido en cuenta independientemente de la longitud, la via de la antena tiene que estar ajustada a 50 ohms de impedancia.

hay calculadores en Internet que en función del material de la placa, de su grueso, del ancho de la vía, del espacio entre la via y el plano de tierra y de si está apantallada o no por abajo te dan el ancho de la pista, normalmente el resultado es un ancho generoso que es muy difícl de  compaginar con una placa tan pequeña, en la foto del artículo se ven las pistas raras a la derecha. En mi caso concreto salen pistas de 1,4 mm de ancho, mucho más anchas que los propios componentes.

En la via se ha dejado espacio para los componentes, hemos unido también el plano de tierra de cada lado de la placa un montón de veces, no se porqué, pero en todos los diseños que he visto lo hacen.

Esto que os cuento aplica a la placa en su versión de Sigfox, en la de Lora hemos soldado la antena directamente al RFM95W, por lo que la longitud de la pista es 0 no hay nada a ajustar.

El footprint de la radio

Para acabar de liarla en el datasheet de la radio recomiendan que debajo del chip haya un plano de tierra entero sin ninguna pista, ha sido un arduo trabajo el sacarlas fuera, pero, después de unas horas lo he conseguido.

El resto

El resto es lo de siempre, distancias entre pistas, anchos, etc. Además he hecho un poco más gruesa la pista de alimentación (por pura lógica). Voy a pedirlas a ver que tal.

 

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