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    PCB板敷銅是利大于弊還是弊大于利?

    發(fā)布時間:2013-03-20 責(zé)任編輯:Lynnjiao

    【導(dǎo)讀】大部分PCB 生產(chǎn)廠家會要求PCB 設(shè)計者在PCB 的空曠區(qū)域填充銅皮或者網(wǎng)格狀的地線,究竟敷銅是“利大于弊”還是“弊大于利”,本文用實測的角度來說明這個問題。

    出于讓PCB 焊接時盡可能不變形的目的,大部分PCB 生產(chǎn)廠家會要求PCB 設(shè)計者在PCB 的空曠區(qū)域填充銅皮或者網(wǎng)格狀的地線。但是我們的工程師對這個“填充”不敢輕易使用,也許是因為在PCB 調(diào)試中,曾經(jīng)吃過“苦頭”,也可能是專家們一直沒有給出明確的結(jié)論。究竟敷銅是“利大于弊”還是“弊大于利”,本文用實測的角度來說明這個問題。

    下面的測量結(jié)果是利用EMSCAN 電磁干擾掃描系統(tǒng)獲得的,EMSCAN 能使我們實時看清電磁場的分布,它具有1280 個近場探頭,采用電子切換技術(shù),高速掃描PCB 產(chǎn)生的電磁場。是世界上唯一采用陣列天線和電子掃描技術(shù)的電磁場近場掃描系統(tǒng),也是唯一能獲得被測物完整電磁場信息的系統(tǒng)。先看一個實測的案例,在一塊多層PCB 上,工程師把PCB 的周圍敷上了一圈銅,如圖1 所示。在這個敷銅的處理上,工程師僅在銅皮的開始部分放置了幾個過孔,把這個銅皮連接到了地層上,其他地方?jīng)]有打過孔。

    PCB 不良接地的敷銅產(chǎn)生的電磁場
    圖題:PCB 不良接地的敷銅產(chǎn)生的電磁場

    在高頻情況下,印刷電路板上的布線的分布電容會起作用,當(dāng)長度大于噪聲頻率相應(yīng)波長的1/20 時,就會產(chǎn)生天線效應(yīng),噪聲就會通過布線向外發(fā)射。

    從上面這個實際測量的結(jié)果來看,PCB 上存在一個22.894MHz 的干擾源,而敷設(shè)的銅皮對這個信號很敏感,作為“接收天線”接收到了這個信號,同時,該銅皮又作為“發(fā)射天線”向外部發(fā)射很強的電磁干擾信號。

    我們知道,頻率與波長的關(guān)系為f= C/λ。

    式中f 為頻率,單位為Hz,λ為波長,單位為m,C 為光速,等于3×108 米/秒。對于22.894MHz 的信號,其波長λ為:3×108/22.894M=13 米。λ/20 為65cm。
     
    本PCB 的敷銅太長,超過了65cm,從而導(dǎo)致產(chǎn)生天線效應(yīng)。目前,我們的PCB 中,普遍采用了上升沿小于1ns 的芯片。假設(shè)芯片的上升沿為1ns,其產(chǎn)生的電磁干擾的頻率會高達fknee = 0.5/Tr =500MHz。對于500MHz 的信號,其波長為60cm,λ/20=3cm。也就是說,PCB 上3cm 長的布線,就可能形成“天線”。

    所以,在高頻電路中,千萬不要認(rèn)為,把地線的某個地方接了地,這就是“地線”。一定要以小于λ/20 的間距,在布線上打過孔,與多層板的地平面“良好接地”。

    對于一般的數(shù)字電路,按1cm 至2cm 的間距,對元件面或者焊接面的“地填充”打過孔,實現(xiàn)與地平面的良好接地,才能保證“地填充”不會產(chǎn)生“弊”的影響。

    由此,我們進行如下延伸:

    Ø 多層板中間層的布線空曠區(qū)域,不要敷銅。因為你很難做到讓這個敷銅“良好接地”。
    Ø 一塊 PCB,不管有多少種電源,建議采用電源分割技術(shù),并且只使用一個電源層。因為電源與地一樣,也是“參考平面”,電源與地的“良好接地”是通過大量的濾波電容實現(xiàn)的,沒有濾波電容,就沒有“接地”。
    Ø 設(shè)備內(nèi)部的金屬,例如金屬散熱器、金屬加固條等,一定要實現(xiàn)“良好接地”。
    Ø 三端穩(wěn)壓器的散熱金屬塊,一定要良好接地。
    Ø 晶振附近的接地隔離帶,一定要良好接地。

    結(jié)論:PCB 上的敷銅,如果接地問題處理好了,肯定是“利大于弊”,它能減少信號線的回流面積,減小信號對外的電磁干擾。

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