Impedancia de pista 50 ohms pcb 2 y 4 capas , grounded coplanar waveguide

[AKENAFAB]

Hola amigos,buen día!

Estoy realizando una tarjeta con un switch electrónico de 1 polo y 4 tiros (SP4T).
La frecuencia de operación es de 900MHz.

El lector tiene entrada para 1 antena,usare el switch para poder cubrir un area mayor switcheando entre antenas.
El lector y switch necesitan una impedancia de 50ohms en la pista.

realizare 2 diseños , Un pcb con 2 capas y el otro con 4 capas.
Estos diseños son para comparar y saber si los requerimientos de las tarjetas pueden ser cumplidos por el fabricante de pcb.

He usado diversas calculadoras,los resultados son muy cercanos,me ayudo de esta calculadora http://wcalc.sourceforge.net/cgi-bin/coplanar.cgi

*Por lo que he entendido aquí no importa tanto la longitud de la pista sino su geometría constante y otras mas como:

+Espesor del cobre
+Distancia entre la pista y la tierra que blinda la señal junto con sus vías.
+Material pcb (constante dieléctrica)
+Espesor del pcb

Si bien entiendo , se trata de crear un camino para que la señal se transporte sin dificultades.

Mis dudas

Con un pcb de 2 capas
Espesor de 1.6mm
Cobre de 1onza(0.035um)
Ancho de pista 0.8mm
Espacio entre pista y blindaje gnd 0.122
Z=50

La pista se hace grande y el espacio del blindaje se reduce  PERO

Con un PCB de 4 capas
Espesor de 1.6mm pero con la segunda capa de cobre a 0.2mm(prepeg)/1.2mm(core)/.2mm(prepeg)
Cobre de 1onza(0.035um)
Ancho de pista 0.4mm
Espacio entre pista y blindaje gnd 0.8
Z=49.22

La pista se hace mas angosta pero el espaciado crece

¿Es esto correcto ?

 ¿como si fuera un capacitor,ya que cambia la distancia entre capas del pcb y altera el ancho de la pista?

Se que las vias van paralelas a la señal sobre el blindaje , pero
¿A que distancia entre vía y vía se deben colocar , con el minimo que soporte el fabricante del pcb o por ejemplo cada 1mm?


Saludos a todos!

[manwenwe]

No entiendo lo de la distancia al blindaje: ¿te refieres a la distancia al plano de referencia (puede ser gnd o vcc)? No lo entiendo porque has puesto que para 2 capas en una pcb con core de 1.6mm la distancia al blindaje es 0.122mm?.

La mayoría de tu planteamiento está bien pero esa parte no. Lo que importa no es el espesor de la PCB sino la distancia perpendicular al primer plano de referencia. Si tienes 2 capas esas magnitudes coinciden. Si te refieres a la distancia entre la net y el plano adyacente en la misma capa, este valor es mucho menos significativo que el resto. Como normal general con que dejes 4-5 veces el ancho de la pista es suficiente, aún así ya te comento que ese factor no es relevante (yo suelo poner los planos "pegados" o a nets con impedancia controlada y nunca tuve problemas).

Lo de las vias no sabría decirte ya que se utiliza en radifrecuencia (tu caso) y no en buses de alta velocidad (lo que yo he hecho).

Saludos!

[AKENAFAB]

Muchas gracias por responder Manwenwe,

Si,me refiero a que si es normal que al variar la distancia entre layers cambie el espacio entre la señal y su blindaje así como el ancho de la pista.

Ya que al usar un pcb de 4 capas, la segunda capa esta a solo 0.2mm y hace mas grande el espacio entre la señal y el plano gnd(este valor por las calculadoras), mi inquietud es si al hacerse mas grande dejaría de funcionar como grounded coplanar y funcione solo como microstrip  por lo que la impedancia se veria afectada.

Con 2 capas la distancia entre capas es de 1.6mm
Con 4 capas la distancia de la cara top con la siguiente cara es de solo 0.2mm

Adjunto imagen.

Disculpa el no poder expresarme de manera correcta,estoy empezando con este temas de impedancia y alta frecuencia.

Saludos!

[manwenwe]

Puff, ahí me pillas. Creo que los cálculos que yo conozco para high speed no son los mismos que para radio. Si te lo calcula es que debe ser importante el espacio al plano adyacente: me desdigo de lo que dije anteriormente. Es decir: no entiendo la 'G'. Bueno la entendería en pares diferenciales o en pistas paralelas para evitar ruido por inducción pero no en este caso no . Yo estoy acostumbrado a striplines y microstrips no a coplanars.

No sabría contestarte a lo de microstrip vs coplanar ya que lo que estas mostrando, si usas 2 capas solo o si usas 4 y NO empotras la linea entre 2 planos en capas adyancetes, para mi es una microstrip. De todas formas que sea microstrip, stripline o coplanar creo que es una definición: lo que importa es la impedancia que te de... no me preocuparía por eso.

Te recomiendo que uses IDC o Polar para los calculos y que si no puedes elegir los materiales (cores y prepegs) que es lo ideal pero caro, simplemente juegues con el ancho de pista y si acaso el espesor del cobre (aq si es una microstrip no varía mucho) y que cojas los valores que te dé el SW que utilices...

Saludos!

[AKENAFAB]

Muchas gracias nuevamente

Me falta probar con el programa polar,tengo 4 versiones del PCB para probar lo que comentas,el espacio entre blindaje y anchos de pista.

Si tengo más info la subo.

Un saludo!

[jhozate]

hola akena, actualmente en el trabajo tambien estamos con el dilema de un diseño que cumpla con los 50 ohm, para antena bluetooth, hemos seguido el siguiente PDF,

Código: [Seleccionar]

https://wireless-solutions.de/images/stories/downloads/Radio%20Modules/iM880B/General_Information/iM880B_Datasheet_V1_3.pdf
hay calculadoras de ancho de pista que no tienen en cuenta la distancia que hay entre el plano de tierra y la pista de la antena, esto es el CPWG.
En un documento de Nordic, he visto que a dos capas se coloca una capa restric en el matching network
La imagen adjunta, en la parte izquierda se encuentra el acople de la antena.

[manwenwe]

Yo hice una plaquita con Nordic: debajo de la antena no puse planos porque es lo que recomienda Nordic. Para una PCB de 1.6mm de espesor usan una antena pcb de 50mil (1.27mm). Bájate el projecto del Development Kit que está para Altium.

Saludos!

[AKENAFAB]

hola akena, actualmente en el trabajo tambien estamos con el dilema de un diseño que cumpla con los 50 ohm, para antena bluetooth, hemos seguido el siguiente PDF,

Código: [Seleccionar]

https://wireless-solutions.de/images/stories/downloads/Radio%20Modules/iM880B/General_Information/iM880B_Datasheet_V1_3.pdf
hay calculadoras de ancho de pista que no tienen en cuenta la distancia que hay entre el plano de tierra y la pista de la antena, esto es el CPWG.
En un documento de Nordic, he visto que a dos capas se coloca una capa restric en el matching network
La imagen adjunta, en la parte izquierda se encuentra el acople de la antena.

Muchas gracias!

Los datos que muestra tienen coherencia con los resultados que obtengo al variar la altura entre capas de cobre.

[AKENAFAB]

ME surgió otra duda

¿Afectará el soldermask sobre el cobre? o ¿podría ser mínimo casi despreciable?

Si no lleva soldermaks el cobre quedaría estañado o con el acabo que se seleccione y aumentaría su espesor un poco, algunos acabados no son planos.

[manwenwe]

El soldemask apenas afecta. El acabado sí: siempre tienes que calcular con el espesor final no con el cobre base ya que luego hay una metalización que suele ser de unas 12-15 micras.

Si utilizas Polar también puedes añadir el soldermask en los calculos (yo no lo suelo hacer).

Saludos!

[AKENAFAB]

Muchas gracias!

[AKENAFAB]

Hola amigos!

Les dejo imagen del pcb de 2 capas que llevo hasta ahora,es muy sencillo,a la entrada lleva un buffer cd4050 y unos LED para saber que linea esta conmutando.

En la cara top realizo todas las conexiones,la cara bottom la uso para el plano de gnd

PCB 1.6mm
2 layers 1onza(35um)espesor cobre
FR4
Ancho de pista 0.8128mm
Espacio entre pista y blindaje gnd(GAP) 0.2032mm
Z= 55ohms aprox de 50 ohms ideales

Justo donde va el conector SMA

¿Deberia quitar parte del plano? o ?es correcto rodearlo completamente?

[KILLERJC]

Lo unico que opino es que deberias arreglar el footprint, porque solo 1 pad de los 4 de sorporte del conector conecta al plano GND 

Solo una pregunta, El 4050 te permite  10mA max por cada salida (max 50mA total) si en ves de usar 330ohms, usas 1K y lo pones directo al buffer, total el LED SMD se ve claramente con poca corriente, y no creo que distingas cual esta encendido desde lejos a no ser que le pongas distinto color, con lo cual lo mas seguro es que lo vas a ver de cerca, pero para mi con 1k lo podes ver de lejos inclusive ( lejos me refiero a 1/2m tal ves mas ) .

Eso te elimina ese fet que tenes pensado poner. De ultima esos 2 buffer que no tenes usando podes agregarselo a cada led, 2 buffer manejarian 1 solo led. Asi podes tener mas corriente en el mayor de los casos y de esta forma podrias poner la de 330 ohms (6mA por salida). No creo que la entrada al integrado que hace el switch demande demasiada corriente como para que esos 50mA sean significantes

[AKENAFAB]

Lo unico que opino es que deberias arreglar el footprint, porque solo 1 pad de los 4 de sorporte del conector conecta al plano GND 

Solo una pregunta, El 4050 te permite  10mA max por cada salida (max 50mA total) si en ves de usar 330ohms, usas 1K y lo pones directo al buffer, total el LED SMD se ve claramente con poca corriente, y no creo que distingas cual esta encendido desde lejos a no ser que le pongas distinto color, con lo cual lo mas seguro es que lo vas a ver de cerca, pero para mi con 1k lo podes ver de lejos inclusive ( lejos me refiero a 1/2m tal ves mas ) .

Eso te elimina ese fet que tenes pensado poner. De ultima esos 2 buffer que no tenes usando podes agregarselo a cada led, 2 buffer manejarian 1 solo led. Asi podes tener mas corriente en el mayor de los casos y de esta forma podrias poner la de 330 ohms (6mA por salida). No creo que la entrada al integrado que hace el switch demande demasiada corriente como para que esos 50mA sean significantes

Gracias por el dato,

-Si ,me falta modificar el footpint para conectar todas las patas a GND.

-Buena idea usar los buffer para conectar los LEDs directamente ,cambiare los LEDs a rojos difusos y con esa corriente es suficiente para hacerlos brillar.

Muchas gracias , saludos!