PCB板敷銅是利大於弊還是弊大於利?
發布時間:2013-03-20 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】大部分PCB 生產廠家會要求PCB 設計者在PCB 的空曠區域填充銅皮或者網格狀的地線,究竟敷銅是“利大於弊”還是“弊大於利”,本文用實測的角度來說明這個問題。
出於讓PCB 焊接時盡可能不變形的目的,大部分PCB 生產廠家會要求PCB 設計者在PCB 的空曠區域填充銅皮或者網格狀的地線。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 調試中,曾經吃過“苦頭”,也可能是專家們一直沒有給出明確的結論。究竟敷銅是“利大於弊”還是“弊大於利”,本文用實測的角度來說明這個問題。
下麵的測量結果是利用EMSCAN 電磁幹擾掃描係統獲得的,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,高速掃描PCB chanshengdediancichang。shishijieshangweiyicaiyongzhenlietianxianhedianzisaomiaojishudediancichangjinchangsaomiaoxitong,yeshiweiyinenghuodebeicewuwanzhengdiancichangxinxidexitong。xiankanyigeshicedeanli,zaiyikuaiduocengPCB 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,其他地方沒有打過孔。

圖題:PCB 不良接地的敷銅產生的電磁場
在高頻情況下,印刷電路板上的布線的分布電容會起作用,當長度大於噪聲頻率相應波長的1/20 時,就會產生天線效應,噪聲就會通過布線向外發射。
從上麵這個實際測量的結果來看,PCB 上存在一個22.894MHz 的幹擾源,而敷設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“發射天線”向外部發射很強的電磁幹擾信號。
我們知道,頻率與波長的關係為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,等於3×108 米/秒。對於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,從而導致產生天線效應。目前,我們的PCB 中,普遍采用了上升沿小於1ns 的芯片。假設芯片的上升沿為1ns,其產生的電磁幹擾的頻率會高達fknee = 0.5/Tr =500MHz。對於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,千萬不要認為,把地線的某個地方接了地,這就是“地線”。一定要以小於λ/20 的間距,在布線上打過孔,與多層板的地平麵“良好接地”。
對於一般的數字電路,按1cm 至2cm 的間距,對元件麵或者焊接麵的“地填充”打過孔,實現與地平麵的良好接地,才能保證“地填充”不會產生“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,並且隻使用一個電源層。因為電源與地一樣,也是“參考平麵”,電源與地的“良好接地”是通過大量的濾波電容實現的,沒有濾波電容,就沒有“接地”。
Ø 設備內部的金屬,例如金屬散熱器、金屬加固條等,一定要實現“良好接地”。
Ø 三端穩壓器的散熱金屬塊,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。
結論:PCB 上的敷銅,如果接地問題處理好了,肯定是“利大於弊”,它能減少信號線的回流麵積,減小信號對外的電磁幹擾。
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