I progettisti di circuiti stampati (PCB) spesso si scontrano con le interferenze elettromagnetiche durante la progettazione. Devono considerare la compatibilità elettromagnetica per soddisfare le specifiche del sistema. Anche piccole sviste nel layout possono causare complicazioni elettromagnetiche, come cortocircuiti o disturbi EMI/RFI. È qui che una schermatura per PCB torna utile!
Che cosa è uno scudo per PCB?
Una schermatura per PCB è un involucro che circonda il PCB per proteggerlo e ridurre le interferenze elettriche. Di solito è realizzata in un materiale metallico conduttivo che funge da schermo elettromagnetico. I materiali più comuni utilizzati sono alluminio, acciaio e stagno.
La schermatura può prevenire i cortocircuiti proteggendo il PCB dal contatto con altri componenti o superfici. Protegge anche da polvere e detriti che potrebbero causare cortocircuiti. Inoltre, blocca le interferenze elettromagnetiche (EMI) provenienti da radio, motori e altre fonti che possono danneggiare i circuiti sensibili.
Vantaggi dell'utilizzo di PCB Shield
Ecco alcuni dei principali vantaggi derivanti dall'utilizzo di una schermatura PCB:
- Previene cortocircuiti – Lo schermo impedisce cortocircuiti accidentali tra saldare pastiglie o componenti sul PCB isolando l'elettronica.
- Riduce le interferenze EMI/RFI: la schermatura elettromagnetica blocca i rumori EMI/RFI in entrata e in uscita che possono interferire con il funzionamento del circuito.
- Protegge dagli urti: uno scudo rigido attorno al PCB aiuta a proteggere dagli urti fisici, dalle vibrazioni e da altre sollecitazioni meccaniche.
- Contiene emissioni: impedisce all'energia elettromagnetica generata dal PCB di irradiarsi e interferire con i dispositivi elettronici nelle vicinanze.
- Migliora la sicurezza: la schermatura può ridurre il rischio di scosse elettriche impedendo il contatto con componenti e circuiti sotto tensione.
- Consente la prototipazione: uno scudo consente di testare e rivedere in modo sicuro il progetto del PCB più facilmente prima di creare un contenitore personalizzato.
Tipi di schermatura PCB
I due metodi di schermatura più diffusi sono la schermatura a radiofrequenza (RF) e la schermatura Arduino:
Schermatura RF PCB
La schermatura RF blocca i campi elettromagnetici, le cariche elettrostatiche e le onde radio. Le soluzioni di schermatura RF più comuni includono contenitori metallici, materiali elastomerici, perle e piastre di ferrite, reti conduttive e piani di massa isolati. Queste soluzioni agiscono come Gabbie di Faraday, impedendo alle interferenze esterne di danneggiare i componenti sensibili.
Schermatura Arduino
Gli shield Arduino sono PCB modulari che si collegano alle schede Arduino per aggiungere funzionalità. Ad esempio, gli shield wireless, Ethernet, GSM e per la prototipazione espandono le capacità di Arduino. I pin degli shield collegano le schede impilabili, evitando i pin riservati utilizzati per i bus I²C e SPI. Grazie ai circuiti pre-assemblati e alle librerie di codice, gli shield Arduino consentono un'implementazione più rapida rispetto ai progetti personalizzati.
Sia la schermatura RF che quella Arduino presentano pro e contro. Le schermature RF offrono una solida protezione EMI, ma possono essere costose e complesse da implementare. Le schermature Arduino sono economiche e semplici, ma offrono una schermatura meno specializzata. Una progettazione accurata della schermatura è fondamentale per bilanciare protezione, costi e complessità per una determinata applicazione.
Come funziona PCB Shield?
Una schermatura per PCB funziona contenendo i campi elettromagnetici provenienti dal PCB e bloccando le interferenze elettromagnetiche esterne provenienti da altre fonti. L'involucro conduttivo forma una gabbia di Faraday attorno ai componenti elettronici, costringendo le interferenze elettromagnetiche a fluire lungo la superficie esterna della schermatura. Questo impedisce interferenze con i componenti all'interno dell'area schermata.
Una corretta messa a terra dello schermo aiuta anche ad assorbire le emissioni irradiate e a deviarle verso terra. In genere, sono previste piccole aperture per consentire l'accesso a punti di prova, display e controlli. Eventuali fessure vengono ridotte al minimo possibile.
6 suggerimenti per la progettazione della schermatura EMI nei layout PCB
Per mitigare le interferenze elettromagnetiche nella progettazione di circuiti stampati, è necessario adottare tecniche di layout accurate. Seguire queste 6 strategie chiave può aiutare a domare le interferenze elettromagnetiche:
- Utilizzare un piano di massa a bassa induttanza.
Dedica un intero strato su pannelli multistrato Come piano di massa. Massimizzare l'area del piano di massa per ridurre l'area del loop induttivo. Questo riduce l'impedenza del percorso di ritorno della corrente, riducendo il rumore di modo comune e le emissioni irradiate. Collegare tutti i segnali direttamente al piano di massa utilizzando vie per evitare antenne sul percorso di ritorno.
- Proteggere i componenti sensibili.
Utilizzare involucri conduttivi con messa a terra attorno ai componenti sensibili alle interferenze. I campi elettromagnetici inducono correnti nella schermatura che annullano i campi interferenti attraverso riflessione e assorbimento. Scegliere schermature appropriate, come involucri, guarnizioni o schermi, in base all'attenuazione richiesta.
- Impedenza di controllo con linee di trasmissione adattate.
Adattare l'impedenza della traccia all'impedenza della sorgente e del carico utilizzando le regole del rapporto larghezza/spazio. Questo previene riflessioni e risonanze che causano risonanze e interferenze elettromagnetiche. Seguire impedenza controllata Progettare su tracce ad alta velocità. Utilizzare stub di regolazione dell'impedenza e resistori di terminazione secondo necessità.
- Bypassare i circuiti di alimentazione con condensatori di disaccoppiamento.
Posizionare condensatori di disaccoppiamento ceramici a bassa induttanza su ciascun pin di alimentazione del circuito integrato. Questo fornisce una riserva di carica per gestire il rumore di commutazione rapida, mantenendo pulite le linee di alimentazione. Utilizzare più condensatori con valori diversi per coprire un'ampia gamma di frequenze.
- Sezioni del pannello di separazione e filtraggio.
Suddividere la scheda in analogico, digitale, ad alta velocità, ecc. e mantenere i segnali locali. Quando i segnali devono attraversare domini, filtrare utilizzando ferriti, induttori di modo comune e condensatori. Questo contiene il rumore in ogni sezione.
- Organizzare il posizionamento dei componenti.
Raggruppare i componenti associati e orientarli uniformemente. Allontanare i circuiti digitali rumorosi da quelli analogici sensibili. Instradare le tracce in modo efficiente per ridurre al minimo la lunghezza e gli incroci. Ridurre gli effetti dell'antenna con vie periodiche verso terra.
Takeaways
L'aggiunta di una schermatura PCB adeguata al progetto può contribuire a prevenire problemi dovuti a cortocircuiti, interferenze EMI/RFI e scariche elettrostatiche. Un'attenta progettazione della schermatura è necessaria per contenere completamente le interferenze elettromagnetiche indesiderate. Con una schermatura robusta integrata nel layout e nell'involucro del PCB, è possibile garantire il funzionamento affidabile dei dispositivi elettronici.
