PCB设计敷铜时的天线效应

设计pcb时，覆铜区域一定要注意接地的完整性，这几天解决的干扰问题就是因为覆铜区域接地不完整导致随机的干扰问题；

关于PCB设计敷铜时的天线效应

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”，本文用实测的角度来说明这个问题。

下面的测量结果是利用EMSCAN 电磁干扰扫描系统获得的，EMSCAN 能使我们实时看清电磁场的分布，它具有1280个近场探头，采用电子切换技术，高速扫描PCB 产生的电磁场。是世界上唯一采用阵列天线和电子扫描技术的电磁场近场扫描系统，也是唯一能获得被测物完整电磁场信息的系统。

先看一个实测的案例，在一块多层PCB 上，工程师把PCB 的周围敷上了一圈铜，如图1 所示。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。

图1 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。

从上面这个实际测量的结果来看，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”。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。

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