电路设计

PCB的铺铜问题

2019-07-14 06:17发布

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所谓覆铜，就是将PCB上闲置的空间作为基准面，然后用固体铜填充，这些铜区又称为灌铜。

 铺铜的意义：
1)减小地线阻抗，提高抗干扰能力；

2)降低压降，提高电源效率；

3)与地线相连，还可以减小环路面积。

4)也出于让PCB 焊接时尽可能不变形的目的，大部分PCB 生产厂家也会要求PCB 设计者在PCB 的空旷区域填充铜皮或者网格状的地线。



不过敷铜如果处理的不当，那将得不赏失
 

在一块多层PCB 上，如果工程师把PCB 的周围敷上了一圈铜。在这个敷铜的处理上，工程师仅在铜皮的开始部分放置了几个过孔，把这个铜皮连接到了地层上，其他地方没有打过孔。
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。


     从上面这个例子结果来看，PCB 上存在一个22.894MHz 的干扰源，而敷设的铜皮对这个信号很敏感，作为“接收天线”接收到了这个信号，同时，该铜皮又作为“发射天线”向外部发射很强的电磁干扰信号。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”。


注意问题：


那么我们在敷铜中，为了让敷铜达到我们预期的效果，那么敷铜方面需要注意那些问题： 

1.       如果PCB的地较多，有SGND、AGND、GND，等等，就要根据PCB板面位置的不同，分别以最主要的“地”作为基准参考来独立覆铜，数字地和模拟地分开来敷铜自不多言，同时在覆铜之前，首先加粗相应的电源连线：5.0V、3.3V等等，这样一来，就形成了多个不同形状的多变形结构。 

2.       对不同地的单点连接，做法是通过0欧电阻或者磁珠或者电感连接；

3.        晶振附近的覆铜，电路中的晶振为一高频发射源，做法是在环绕晶振敷铜，然后将晶振的外壳另行接地。

4.       孤岛（死区）问题，如果觉得很大，那就定义个地过孔添加进去也费不了多大的事。

5.        在开始布线时，应对地线一视同仁，走线的时候就应该把地线走好，不能依*于覆铜后通过添加过孔来消除为连接的地引脚，这样的效果很不好。

6.       在板子上最好不要有尖的角出现（<=180度），因为从电磁学的角度来讲，这就构成的一个发射天线！对于其他总会有一影响的只不过是大还是小而已，我建议使用圆弧的边沿线。

7.        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”

8.        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”。

9.        三端稳压器的散热金属块，一定要良好接地。 晶振附近的接地隔离带，一定要良好接地。




总之：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。 

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