PCB的敷銅是否必要的討論

2021-04-29 02:15:49 字數 1448 閱讀 6747

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 除錯中,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。

下面的測量結果是利用emscan 電磁干擾掃瞄系統獲得的,emscan 能使我們實時看清電磁場的分布,它具有1280 個近場探頭,採用電子切換技術,高速掃瞄pcb 產生的電磁場。是世界上唯一採用陣列天線和電子掃瞄技術的電磁場近場掃瞄系統,也是唯一能獲得被測物完整電磁場資訊的系統。

先看乙個實測的案例,在一塊多層pcb 上,工程師把pcb 的周圍敷上了一圈銅,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,把這個銅皮連線到了地層上,其他地方沒有打過孔。

在高頻情況下,印刷電路板上的佈線的分布電容會起作用,當長度大於雜訊頻率相應波長的1/20 時,就會產生天線效應,雜訊就會通過佈線向外發射。容向系統科技**** emscan 在電子產品設計中的應用——pcb 敷銅問題

從上面這個實際測量的結果來看,pcb 上存在乙個22.894mhz 的干擾源,而敷設的銅皮對這個訊號很敏感,作為「接收天線」接收到了這個訊號,同時,該銅皮又作為「發射天線」向外部發射很強的電磁干擾訊號。

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 公尺/秒,對於22.894mhz 的訊號,其波長λ為:3×108/22.894m=13 公尺。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,普遍採用了上公升沿小於1ns 的晶元。假設晶元的上公升沿為1ns,其產生的電磁干擾的頻率會高達fknee = 0.5/tr =500mhz。對於500mhz 的訊號,其波長為60cm,λ/20=3cm。也就是說,pcb 上3cm 長的佈線,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,與多層板的地平面「良好接地」。

對於一般的數位電路,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:

ø 多層板中間層的佈線空曠區域,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,建議採用電源分割技術,並且只使用乙個電源層。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」。

ø 裝置內部的金屬,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

訊號線的回流面積,減小訊號對外的電磁干擾。

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