出于让PCB 焊接时尽可能不变形的目的,大部分PCB 生产厂家会要求PCB 设计者在PCB 的空旷区域填充铜皮或者网格状的地线。但是我们的工程师对这个“填充”不敢轻易使用,也许是因为在PCB 调试中,曾经吃过“苦头”,也可能是专家们一直没有给出明确的结论。究竟敷铜是“利大于弊”还是“弊大于利”。
PCB 不良接地的敷铜产生的电磁场
在高频情况下,印刷电路板上的布线的分布电容会起作用,当长度大于噪声频率相应波长的1/20 时,就会产生天线效应,噪声就会通过布线向外发射。
我们知道,频率与波长的关系为f= C/λ。式中f 为频率,单位为Hz,λ为波长,单位为m,C 为光速,等于3×108 米/秒,对于22.894MHz 的信号,其波长λ为:3×108/22.894M=13 米。λ/20 为65cm。本PCB 的敷铜太长,超过了65cm,从而导致产生天线效应。目前,我们的PCB 中,普遍采用了上升沿小于1ns 的芯片。假设芯片的上升沿为1ns,其产生的电磁干扰的频率会高达fknee = 0.5/Tr =500MHz。对于500MHz 的信号,其波长为60cm,λ/20=3cm。也就是说,PCB 上3cm 长的布线,就可能形成“天线”。所以,在高频电路中,千万不要认为,把地线的某个地方接了地,这就是“地线”。一定要以小于λ/20 的间距,在布线上打过孔,与多层板的地平面“良好接地”。
对于一般的数字电路,按1cm 至2cm 的间距,对元件面或者焊接面的“地填充”打过孔,实现与地平面的良好接地,才能保证“地填充”不会产生“弊”的影响。
由此,我们进行如下延伸:
Ø 多层板中间层的布线空旷区域,不要敷铜。因为你很难做到让这个敷铜“良好接地”
Ø 一块PCB,不管有多少种电源,建议采用电源分割技术,并且只使用一个电源层。因为电源与地一样,也是“参考平面”,电源与地的“良好接地”是通过大量的滤波电容实现的,没有滤波电容的地方,就没有“接地”。
Ø 设备内部的金属,例如金属散热器、金属加固条等,一定要实现“良好接地”。
Ø 三端稳压器的散热金属块,一定要良好接地。
Ø 晶振附近的接地隔离带,一定要良好接地。
结论:PCB 上的敷铜,如果接地问题处理好了,肯定是“利大于弊”,它能减少
信号线的回流面积,减小信号对外的电磁干扰。