PCB的敷銅問(wèn)題

　　出于讓PCB焊接時(shí)盡可能不變形的目的，大部分PCB生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì )要求PCB設計者在PCB的空曠區域填充銅皮或者網(wǎng)格狀的地線(xiàn)。

　　但是我們的工程師對這個(gè)“填充”不敢輕易使用，也許是因為在PCB調試中，曾經(jīng)吃過(guò)“苦頭”，也可能是專(zhuān)家們一直沒(méi)有給出明確的結論。

　　究竟敷銅是“利大于弊”還是“弊大于利”，本文用實(shí)測的角度來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

　　下面的測量結果是利用EMSCAN電磁干擾掃描系統獲得的，EMSCAN能使我們實(shí)時(shí)看清電磁場(chǎng)的分布，它具有1218個(gè)近場(chǎng)探頭，采用電子切換技術(shù)，高速掃描PCB產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。是世界上唯一采用陣列天線(xiàn)和電子掃描技術(shù)的電磁場(chǎng)近場(chǎng)掃描系統，也是唯一能獲得被測物完整電磁場(chǎng)信息的系統。

　　先看一個(gè)實(shí)測的案例，在一塊多層PCB上，工程師把PCB的周?chē)笊狭艘蝗︺~，如圖1所示。在這個(gè)敷銅的處理上，工程師僅在銅皮的開(kāi)始部分放置了幾個(gè)過(guò)孔，把這個(gè)銅皮連接到了地層上，其他地方?jīng)]有打過(guò)孔。

　　圖1 PCB不良接地的敷銅產(chǎn)生的電磁場(chǎng)

　　在高頻情況下，印刷電路板上的布線(xiàn)的分布電容會(huì )起作用，當長(cháng)度大于噪聲頻率相應波長(cháng)的1/20時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生天線(xiàn)效應，噪聲就會(huì )通過(guò)布線(xiàn)向外發(fā)射。

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

　　我們知道，頻率與波長(cháng)的關(guān)系為f= C/λ。

　　式中f為頻率，單位為Hz，λ為波長(cháng)，單位為m，C為光速，等于3×108米/秒

　　對于22.894MHz的信號，其波長(cháng)λ為：3×108/22.894M=13米。λ/20為65cm。

　　本PCB的敷銅太長(cháng)，超過(guò)了65cm，從而導致產(chǎn)生天線(xiàn)效應。

　　目前，我們的PCB中，普遍采用了上升沿小于1ns的芯片。假設芯片的上升沿為1ns，其產(chǎn)生的電磁干擾的頻率會(huì )高達fknee = 0.5/Tr =500MHz。對于500MHz的信號，其波長(cháng)為60cm，λ/20=3cm。也就是說(shuō)，PCB上3cm長(cháng)的布線(xiàn)，就可能形成“天線(xiàn)”。

　　所以，在高頻電路中，千萬(wàn)不要認為，把地線(xiàn)的某個(gè)地方接了地，這就是“地線(xiàn)”。一定要以小于λ/20的間距，在布線(xiàn)上打過(guò)孔，與多層板的地平面“良好接地”。

　　對于一般的數字電路，按1cm至2cm的間距，對元件面或者焊接面的“地填充”打過(guò)孔，實(shí)現與地平面的良好接地，才能保證“地填充”不會(huì )產(chǎn)生“弊”的影響。

　　由此，我們進(jìn)行如下延伸：

　　? 多層板中間層的布線(xiàn)空曠區域，不要敷銅。因為你很難做到讓這個(gè)敷銅“良好接地”

　　? 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(gè)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(guò)大量的濾波電容實(shí)現的，沒(méi)有濾波電容的地方，就沒(méi)有“接地”。

　　? 設備內部的金屬，例如金屬散熱器、金屬加固條等，一定要實(shí)現“良好接地”。

　　? 三端穩壓器的散熱金屬塊，一定要良好接地。

　　? 晶振附近的接地隔離帶，一定要良好接地。

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