PCB 需要整板铺铜吗？

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/ _6 k' x  `( e6 J6 o. _1 V7 f' p7 [" E
/ T% ]+ `5 M3 s8 W铺铜究竟如何发挥作用？先插个概念：共模扼流圈
, z. `  S+ o0 A( G! A电子电路中，电子流动虽受导体约束，但能量传递并非通过粒子碰撞实现，而是通过电磁场完成。电磁场源自于载流子，却自由延伸至周围空间。
铁氧体等材料会通过价电子重排响应外部磁场，从而吸收周围场能量。如果这个磁场是由附近的导体产生的，那么在铁氧体重新排列电子的过程中，导体中的电流流动会暂时受到阻碍。
, M- C6 N  ?7 N8 ?! ], n* R这是因为铁氧体在吸收磁场能量时，会对导体中的电流产生反作用力。随着铁氧体吸收越来越多的能量，它最终会达到饱和状态，即它不能再吸收更多的磁场能量了。但即使在这种情况下，如果导体中的电流发生变化，铁氧体仍然会阻碍这些变化，直到达到一个新的平衡状态。
- B4 @; S4 p" }) Y' i4 L这是标准的电感原理，它有一个巧妙的变体：共模扼流圈。其基础形态可见于某些计算机电缆：管状铁氧体元件包裹两条同向导线。更紧凑的版本采用环形磁芯，每根导体绕制数匝：
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共模扼流圈示意图
共模电流情况：当两个导线中有共模电流以相同方向流动时，会产生一个一致的磁场作用于铁氧体（ferrite）。这使得该装置表现得像一个普通的电感器，直流电（DC）可以顺利通过，但对于高频交流电（AC）成分，其会根据频率变化的速率（即与交流频率成正比）来减弱它们。这是因为电感对交流电会产生感抗，频率越高，感抗越大，从而阻碍交流电的通过。差模电流情况：相反地，如果存在互补的电流以相反方向流动，比如差分信号对或者连接到电源的“+”和“-”导线，那么产生的磁场会相互抵消，总和为零。这就没有磁化现象发生，铁氧体没有吸收能量，所以装置的感抗（衡量其对交流信号衰减程度的一个类似电阻的指标）保持在较低水平。共模扼流圈可以抑制长电缆上的射频干扰：射频干扰通常会在所有捆绑的导体中产生相同的感应电动势，导致产生的电流是共模的。而共模扼流圈可以将这些共模电流与我们关心的差分信号区分开来，从而起到抑制长电缆上射频干扰的作用。回到铺铜
: u9 J7 N0 z1 v+ {4 ~* @. x电感现象不仅限于铁氧体磁芯，PCB走线同样存在（虽程度轻微）。为了更直观地让大家理解PCB走线电感为什么重要，举一个具体的电路板例子。这个电路板的结构是：在顶层有一个单独的红色走线，在底层有一个蓝色的铺铜平面，还有两个过孔（vias）来完成整个电路的连接。

* C" d& I8 c" C( f( |& @' v简易PCB结构示意图
当在 PCB 的引脚上施加直流（DC）信号时，顶层的“正向”电流被限制在走线内。而底层的返回电流理论上可以自由地扩散，但实际上它会选择电阻最小的路径，也就是两个过孔（vias）之间的最短直线路径。这是因为电流总是倾向于沿着阻抗最小的路径流动，以最小化能量损耗。
随着正弦波频率 f 的升高，原始电流路径中的磁化相关准电阻效应也会增加。这是因为PCB走线具有电感特性，电感值 L 通常在几十到几百纳亨利之间，具体取决于走线的长度和其他因素。对于给定的频率f和电感L，感抗的公式为：

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/ s+ P- v& O7 G- B, }即 20MHz 正弦频率下，感抗可达约50Ω。
所幸存在补偿机制：若底层回流路径紧贴顶层走线投影路径，则形成类似共模扼流圈状态——磁场相互抵消，阻抗保持较低水平。
# C9 |/ t: d( C' V( z这就会引出两个实际问题：
0 M8 p0 J: P# k' U6 \其一，如果正向路径和最佳可用的返回路径相距较远，那么就会产生较高的阻抗。在这种情况下，高速数据线上会有更多的能量以电磁波的形式辐射到周围空间。这不仅会导致信号传输的损耗，还可能对周围的电子设备产生电磁干扰。
8 b: w+ _5 r, o& f2 x2 Y& |其二，如果附近存在一些不相关的“受害”走线，并且这些走线提供了一条返回地的路径（即使是通过集成电路的本体），那么电流可能会选择这条路径，而不是我们精心设计的电流路径。这可能会导致信号传输的错误和不稳定，因为电流的路径不再是我们预期的那样。
6 P2 h. `4 i5 k$ R3 X8 w- _是否需要整板铺铜？
4 H3 L" x/ A% B) ^# X* z: D未必。铺铜并非唯一解决方案，但相比手动为每个数据总线布设电流回流通道，这种方法能节省时间。
; }! Z& f) B) ]* l无论采用何种方法，都需审慎设计。比如铺铜不连续导致的问题：
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0 s% b' B7 v, C( V不连续铺铜导致劣质回流路径
铜铺也容易让人忽视电源布线的问题。例如，下图芯片右上角的 Vdd 供电设计就不太好。

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正极供电路径很长为了简化设计，一些爱好者会选择使用四层板，将中间两层专用于GND与Vdd。此方案有效但成本倍增。另一个问题在于：电源平面（或者铺铜）可以降低 PCB 的电感，但会增加整个 PCB 的旁路电容。对数字信号而言，增加的旁路电容通常是可以接受的，因为它有助于稳定信号和减少噪声。然而，在模拟电子电路中，特别是在运算放大器（op-amp）的反馈回路中，每增加一点旁路电容（如几皮法拉）都可能带来不良影响。实际应用中，对多数使用ESP32、树莓派或8位AVR单片机的项目而言，无需过度纠结：铺铜应以便利设计为准则，而非盲目追随网络建议。真正挑战始于处理MIPI-DSI、USB3.0等高速接口时。
原文转载自：https://lcamtuf.substack.com/p/pcbs-ground-planes-and-you已做翻译及修订
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" C' x- j4 U+ ?( D; @8 kemcC存储芯片外面那一圈焊盘是做什么用的？
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双向恒流源电路分析及仿真
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