Wireless-Design

Optimale drahtlose Kommunikation beim Design von IoT-Leiterplatten

| Autor / Redakteur: Krisztián Kovács* / Sebastian Gerstl

Die Kondensatoren mit den höchsten Werten (welche die Interferenz aus Schaltnetzteilen herausfiltern) können weiter von den Versorgungs-Pins entfernt sitzen; in batteriebetriebenen Kits werden sie überhaupt nicht benötigt. Ihr Quarz sollte so nahe wie möglich dem RF-IC seinen Platz haben. Verbinden Sie sein Gehäuse über mehrere Vias mit Erde. Setzen Sie ein isolierendes Erdungsmetall zwischen den VDD-Bahnen und dem Quarz ein.

Es ist von größter Wichtigkeit, dass ihre Masse-Verbindungen stimmen. Die Leiterbahnen, die in der Nähe der Masse-Pins des Kondensators laufen und zusätzliche Vias nahe dieser Masse-Pins haben, mit der Erdungsebene auf der Unterseite oder der inneren Schicht verbunden sind, sollten verdickt werden.

In ähnlicher Weise sollte man mithilfe mehrerer Vias die Montagefläche des freiliegenden Lötauges für das Paddle des RF-ICs, das gleichzeitig als Kühlkörper dient, mit Masse verbinden. Das Beispiel in Bild 2 zeigt ein IC-Gehäuse von 7x7 mm mit 25 Vias, jede mit einem Durchmesser von 0,25 mm. Im Idealfall sollten Ihre Paddle-Masseverbindungen mit dem Erdungsmetall der obersten Lage verbunden sein, vielleicht unter Verwendung diagonaler Leiterbahnverbindungen über die Kanten der IC-Montagefläche.

In manchen Fällen können Signale zwischen den Masseverbindungen und nahegelegenen Filterkondensatoren koppeln. Wenn Sie diese mit der Masse auf gegenüberliegenden Seiten der Übertragungsleitung verbinden, können Sie dieses Problem umgehen.

In Ihrem Anpassungsnetzwerk halten Sie einen Mindestabstand von 0,5 mm sowohl zwischen Ihren Lötaugen und den benachbarten Masse-Einbauschichten (Pours) als auch zwischen Leiterbahnen. Bei Verwendung einer vierlagigen Leiterplatte, füllen Sie die erste innenliegende Lage (unter der obersten Lage) des Bereichs unter dem Anpassungsnetzwerk und dem RF-IC mit kontinuierlichem Masse-Metall.

Am besten ist es darüber hinaus, die Erdungs-Rückpfade zwischen den Masse-Vias des Tx/Rx-Anpassungsnetzwerks und denen des RF-IC-Paddles nicht zu blockieren. Ein ungestörter Rückpfad zum RF-IC ist erstrebenswert.

Das letzte Gebiet, das zu beachten ist, ist der RF-Bereich selbst. Stellt man eine Verbindung mit der Antenne auf dem Board, einem Antennenstecker oder irgendwelchen anderen RF-Bauelementen her, sollten geerdete koplanare 50-Ohm-Übertragunsleitungen eingesetzt werde. Unter anderem wird dadurch eine unerwünschte Abstrahlung eingeschränkt, die sich dadurch noch weiter verringern lässt, dass Sie Ihre Kopplungsleitungen mit mehreren Masse-Durchkontaktierungen versehen. Bild 3 demonstriert, wie man Übertragungsleitungen einsetzen kann.

Die Entwicklung der Leiterplatte insgesamt

Über den RF-Teil der PCB hinaus lässt sich die Performance auf zahlreiche Weise verbessern. Zunächst einmal sollte man die kontinuierliche Metallisierung der Erdungsfläche vom RF-Bereich auf die gesamte Leiterplatte ausdehnen.

Wenn nämlich die RF-Spannungspotenziale über den gesamten Erdungsbereich auf gleichem Niveau gehalten werden, fällt es leichter, eine gute RF-Erdung zu erzielen, weil sie zur Sicherstellung einer korrekten VDD-Filterung beiträgt. Auch wenn Sie Antennen vom Monopol-Typ verwenden, erhalten diese eine gute Erdungsebene. Schließen Sie sämtliche Lücken im Masse-Metall und verbinden Sie die resultierenden Abschnitte auf der untersten und obersten Lage mit so vielen Durchkontaktierungen wie Sie nur können.

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