PCB 設計：利用EMSCAN實測 PCB 板敷銅的利害關系

下面的測量結果是利用EMSCAN 電磁干擾掃描系統(tǒng)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，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(tǒng)，也是唯一能獲得被測物完整電磁場信息的系統(tǒng)。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。

圖題：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(fā)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(fā)射天線”向外部發(fā)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(qū)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，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(wěn)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。