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分析利弊之PCB設計覆銅

覆銅,就是將PCB上閑置的空間作為基準面,然后用固體銅填充,這些銅區又稱為灌銅。 

覆銅的意義在于,減小地線阻抗,提高抗干擾能力;降低壓降,提高電源效率;與地線相連,還可以減小環路面積。也出于讓PCB焊接時盡可能不變形的目的,大部分PCB生產廠家也會要求PCB設計者在PCB的空曠區域填充銅皮或者網格狀的地線,覆銅如果處理的不當,那將得不賞失,究竟覆銅是“利大于弊”還是“弊大于利”? 

大家都知道在高頻情況下,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,如果在PCB中存在不良接地的覆銅話,覆銅就成了傳播噪音的工具,因此,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”。如果把覆銅處理恰當了,覆銅不僅具有加大電流,還起了屏蔽干擾的雙重作用。 

覆銅一般有兩種基本的方式,就是大面積的覆銅和網格銅,經常也有人問到,大面積覆銅好還是網格覆銅好,不好一概而論。為什么呢?大面積覆銅,具備了加大電流和屏蔽雙重作用,但是大面積覆銅,如果過波峰焊時,板子就可能會翹起來,甚至會起泡。因此大面積覆銅,一般也會開幾個槽,緩解銅箔起泡,單純的網格覆銅主要還是屏蔽作用,加大電流的作用被降低了,從散熱的角度說,網格有好處(它降低了銅的受熱面)又起到了一定的電磁屏蔽的作用。 

但是,需要指出的是,網格是使由交錯方向的走線組成的,我們知道對于電路來說,走線的寬度對于電路板的工作頻率是有其相應的“電長度”的(實際尺寸除以工作頻率對應的數字頻率可得,具體可見相關書籍),當工作頻率不是很高的時候,或許網格線的作用不是很明顯,一旦電長度和工作頻率匹配時,就非常糟糕了,你會發現電路根本就不能正常工作,到處都在發射干擾系統工作的信號。 

所以,對于使用網格的同仁,我的建議是根據設計的電路板工作情況選擇,不要死抱著一種東西不放。因此高頻電路對抗干擾要求高的多用網格,低頻電路有大電流的電路等常用完整的鋪銅。 

那么我們在覆銅中,為了讓覆銅達到我們預期的效果,需要注意哪些問題: 

1、對不同地的單點連接,做法是通過0歐電阻或者磁珠或者電感連接。 

2、晶振附近的覆銅,電路中的晶振為一高頻發射源,做法是在環繞晶振覆銅,然后將晶振的外殼另行接地。 

3、孤島(死區)問題,如果覺得很大,那就定義個地過孔添加進去也費不了多大的事。 

4、在開始布線時,應對地線一視同仁,走線的時候就應該把地線走好,不能依靠于覆銅后通過添加過孔來消除為連接的地引腳,這樣的效果很不好。 

5、在板子上最好不要有尖的角出現(小于等于180度),因為從電磁學的角度來講,這就構成的一個發射天線!對于其他總會有一影響的只不過是大還是小而已,我建議使用圓弧的邊沿線。 

6、如果PCB的地較多,有SGND、AGND、GND,等等,就要根據PCB板面位置的不同,分別以最主要的“地”作為基準參考來獨立覆銅,數字地和模擬地分開來覆銅自不多言,同時在覆銅之前,首先加粗相應的電源連線:5.0V、3.3V等等,這樣一來,就形成了多個不同形狀的多變形結構。 

7、多層板中間層的布線空曠區域,不要覆銅。因為你很難做到讓這個覆銅“良好接地”。 

8、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”。 

9、三端穩壓器的散熱金屬塊,一定要良好接地。晶振附近的接地隔離帶,一定要良好接地。PCB上的覆銅,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。

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