PCB设计中的充填和网格优化

设计工程师经常会受到来自主管人员的巨大压力来减少使用PCB的层数，以尽可能降低裸板的成本。尽管许多工程师，甚至他们的主管也都相信一个产品的可赢利售价与材料费用并没有什么直接的联系。

但无论如何，假如通过减少PCB的层数而使它的成本有所降低的话，它的确会提高获益率。但大前提是，倘若层次的减少不会带来信号完整性或EMC问题而延迟产品进入市场的时间，或者由于要求附加的滤波器和屏蔽而增加成本，也不会造成产品的可靠性下降或出现非符合EMC法规标准的情况。因此，PCB层次的减少只能作为产品EMC（发射和抗扰性）以及信号完整性整体设计方案的一部分予以考虑。并且必须在配备有必要手段的技术主管人员的控制下执行。

要理解的另外一点是，在合理数量条件下，以现今的价格来看，4层PCB仅略微高于2层的PCB（典型的大约高出20%）。但大多数裸板PCB供应商所提供的PCB标准层次大多为1、2、4层，然后是6层或更多层次。因此，倘若一个PCB制造厂商对一个2层板报出最优惠价格情况下，通常4层板的报价就会要高一些。公司中的许多使用4层或少于4层PCB的设计工程师通常会放弃增加裸板层次的设想。因为他们也知道：他们的采购部门就这类正常采购而言，仅是向他们的正常供应商询问价格而已，而决不会像他们应该做的要求多家公司报价。

在PCB设计中，参考面的使用是可用的单个功能最为强大的和性价比最佳的EMC技术。因此，试图通过降低平面层的数目来降低成本的做法往往反而会导致整体成本的增加。伴随的还可能有市场进入的推迟和保修期费用的增加等（这往往是由于在实际应用的电磁环境中产品的不可靠性增加所引起的）。

当使用双层PCB时，就EMC的角度出发，最佳布局是将所有线条的走线设计在一个层面上（通常是元器件层面）。而尽可能使用第二层形成一个完整的0V参考面。在线条要求交叉的地方，最好使用导线跨越连接元器件（“零欧姆连接”，一个制成表面安装型元器件的“零欧姆”导线），而不是采用将线条“潜行”于0V参考面中。假如线条必须“潜行”于0V参考面中，它们应该是越短越好。这个技术最为容易实现于模拟电路。作者就曾使用这个技术来改善一个安装在一个非屏蔽罩壳内的家用/商用无源红外安全器件的抗扰度。将其在900MHz频率上的5V/m提高到50V/m。而使得该安全器件不再由于附近的手机的使用而引起的错误告警。

在PCB上无法采用一个完整0V参考面的地方，应该建立一个0V网格（有时称之为网孔）。在频率高到它的波长（在PCB介质中）不小于最大网孔尺度的10倍时（网孔的直径或最大对角线D），一个0V网孔面通常可以获得对信号完整性和EMC的某种程度的控制。换句话说，由于FR4 PCB介质的介电常数k=4，所以，(www.xing528.com)

f_MAX=15/D[这里D的单位为米（m），f_MAX的单位为（MHz）]。

因此，比如一个FR4 PCB具有一个0V网孔层，网孔的最大对角线D=20mm。那么这样一个0V网孔面应该在频率为75MHz范围内都会给出某种程度的有用控制。然后随着频率逐渐地继续升高到250MHz，这种控制或得益也将随之逐渐消失。在250MHz频率以上，它给出的响应是相当复杂的。很可能还包括在某些频率上对发射的放大和使得敏感性变坏。请读者记住，“某种程度的有用控制”的提法，并不意味着在相同区域上使用一个完整铜质薄板所能获得的相同性能。

为了在一个两层的THP PCB上获得一个网孔化的0V面积（它不能被称之为一个面），通常的做法是把两层的网孔线成垂直交叉布局，然后在两个层面上完成0V铜质充填，最后再把上下两层的铜质充填用人为设置的通孔“缝合”在一起形成一个网络。经过上述步骤后会在PCB上形成一些没有网孔存在的大面积。而这些区域往往又都是靠近微处理器的地方，因为在这个区域中的线条密度最高。

不幸的是，为了从PCB获得最佳EMC性能，我们需要对最为靠近微处理器的区域中出现的最高频率进行最有效地控制。因此，不得不花费一些时间对布局设计进行一些迭代以及对铜质充填进行重新填充和缝合，以及在整个PCB上改善网络的质量（减小每个单元网孔的对角线D的尺寸）。特别是在靠近微处理器以及它们的晶体和辅助IC的地方，尤须如此。