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PCB的敷銅問題

日期:2017/8/9                                                        瀏覽次數:2048

     出于讓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。

   下面的測量結果是利用EMSCAN電磁干擾掃描系統獲得的,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,高速掃描PCB產生的電磁場。是世界上唯一采用陣列天線和電子掃描技術的電磁場近場掃描系統,也是唯一能獲得被測物完整電磁場信息的系統。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,其他地方沒有打過孔。


圖1 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,當長度大于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。從上面這個實際測量的結果來看,PCB上存在一個22.894MHz的干擾源,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干擾信號。我們知道,頻率與波長的關系為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,從而導致產生天線效應。

     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,實現與地平面的良好接地,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:
   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”一塊PCB,不管有多少種電源,建議采用電源分割技術,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的,沒有濾波電容的地方,就沒有“接地”。 設備內部的金屬,例如金屬散熱器、金屬加固條等,一定要實現“良好接地”。三端穩壓器的散熱金屬塊,一定要良好接地。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。

                                        (本文內容來源于網絡,版權歸原作者所有)

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