地平面是指整个底板或内层走线板的大面积铜质区域,其作用是提供共同的电位参考面,以最大程度降低串扰和噪声,进而提高电性能。
首先,在开发板上,要考虑总的系统噪声电平,这个噪声电平必须足够低才能保证系统的正常工作。噪声来源主要以开关器件、时钟信号及其它信号线等为主。在这个基础上,地平面作为噪声最小的参考面,一方面消除信号线的串扰和电磁感应,一方面在信号归位的同时吸收多余的电容电流。
其次,如果没有地平面,虽然信号线上的噪声是正弦曲线,但它改变了地平面和信号线之间的电容,电容又产生了一个仅含奇数谐波的电流,因而地平面和信号线之间就存在了一个电平差。而地平面可以形成与信号线成对的屏蔽结构,这样就可以将地平面和信号线之间的电容消除,保证信号线的电压幅度不受地平面的影响,保证了板子的电性能。
在开关电路的情况下,开关的高速转换会导致电路的噪声产生和辐射。为了减少开关电路的噪声,必须尽量缩小电容标准,增加地平面面积。
与特定电源和地点,PCB布局的错误容易造成EMI的产生,通过地平面可以大幅度地减轻板子噪声。在板子设计的时候,如果不注意布局和成组布线规则,板子就会出现电磁兼容性(EMC)问题,这会带来严重的影响,比如错误的底层布局、没有合理处理与内层电源的跨接、拥挤或乱七八糟的编排等,这些都会导致单板电路的EMI问题。
所以,布置设备上不能盲目对待,完善设计和布局才是长远之计。对于多层PCB电路板,应尽量在内层多铺地面面积,以及PCB正反两面(表面和底面)的地面面积越大越好,这样对最终控制EMI出现的概率是有极大帮助的。
在设计PCB时, 控制好板子的层压是必须的。如果层压不当,总会带来意想不到的麻烦。为了防止板子变形或是表面对角线出现肉眼可见的折痕,减少层压是一种有效的措施,同时会减小生产成本。
进行层压时,还需要控制完全铺好的大面积地平面铜的厚度,地平面的厚度和红色区域铜的厚度之和不能超过制造商指定的最大厚度限制,不超过指定限制范围是为了保证相邻层之间不会有太大的误差。
在进行安装掩膜时,如果地平面不规则,则解决后效果不佳。因为安装掩膜时需要确保所有电路板元素的导电部分在掩膜进口处有很好的粘着力,如果铜区存在较大的空洞、塞子、熔融等现象,可能会导致焊盘不粘合,影响局部地区元素上的掩膜眼镜的质量。
此外,掩膜也能对板子起到保护作用,当制造或安装PCB时不可避免地会接触到化学物质、化学蒸汽而对板子造成损害,掩膜就是用在这个时候,通过使用掩膜将PCB电路表面保护起来,让化学物质无法进入到电路内部,减少其损坏风险。