PCB的敷銅問題

　　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1218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。

　　圖1 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(qiáng)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(dá)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(jìn)行如下延伸：

　　? 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”

　　? 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，沒有濾波電容的地方，就沒有“接地”。

　　? 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”。

　　? 三端穩(wěn)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(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。