Projetistas de placas de circuito impresso (PCB) frequentemente enfrentam problemas de interferência eletromagnética ao projetar suas placas. Eles devem considerar a compatibilidade eletromagnética para atender às especificações do sistema. Mesmo pequenos descuidos no layout podem gerar complicações eletromagnéticas, como curtos-circuitos ou ruído EMI/RFI. É aqui que uma blindagem para PCB se torna útil!
O que é uma blindagem de PCB?
Uma blindagem de PCB é um invólucro que envolve sua PCB para protegê-la e reduzir a interferência elétrica. Geralmente é feita de um material metálico condutor que atua como uma blindagem eletromagnética. Os materiais mais comuns usados são alumínio, aço e estanho.
A blindagem pode prevenir curtos-circuitos, protegendo sua placa de circuito impresso do contato com outros componentes ou superfícies. Ela também protege contra poeira e detritos que podem causar curtos-circuitos. Além disso, bloqueia interferência eletromagnética (EMI) de rádios, motores e outras fontes que podem interromper seus circuitos sensíveis.
Benefícios do uso de PCB Shield
Aqui estão alguns dos principais benefícios de usar uma blindagem de PCB:
- Evita curtos-circuitos – A blindagem evita curtos-circuitos acidentais entre solda pads ou componentes no PCB isolando os componentes eletrônicos.
- Reduz a interferência EMI/RFI – A blindagem eletromagnética bloqueia o ruído EMI/RFI de entrada e saída que pode interferir na operação do seu circuito.
- Protege contra impactos – Uma blindagem rígida ao redor do PCB ajuda a proteger contra impactos físicos, vibração e outras tensões mecânicas.
- Contém emissões – Ele bloqueia a energia eletromagnética gerada pelo seu PCB, impedindo que ela irradie e interfira nos componentes eletrônicos próximos.
- Melhora a segurança – A blindagem pode reduzir o risco de choques elétricos ao evitar o contato com componentes e circuitos energizados.
- Permite a prototipagem – Uma blindagem permite que você teste com segurança e revise seu projeto de PCB com mais facilidade antes de criar um gabinete personalizado.
Tipos de blindagem de PCB
Dois métodos de blindagem predominantes são a blindagem de radiofrequência (RF) e a blindagem Arduino:
Blindagem de RF de PCB
A blindagem de RF bloqueia campos eletromagnéticos, cargas eletrostáticas e ondas de rádio. Soluções comuns de blindagem de RF incluem latas de metal, materiais elastoméricos, esferas e placas de ferrite, malhas condutoras e planos de aterramento isolados. Essas soluções atuam como Gaiolas de Faraday, evitando que interferências externas interrompam componentes sensíveis.
Blindagem Arduino
Shields Arduino são PCBs modulares que se conectam às placas Arduino para adicionar funcionalidade. Por exemplo, shields sem fio, Ethernet, GSM e de prototipagem expandem as capacidades do Arduino. Os pinos do shield conectam as placas empilháveis, evitando pinos reservados usados para barramentos I2C e SPI. Com circuitos pré-construídos e bibliotecas de código, os shields Arduino permitem uma implementação rápida em comparação com projetos personalizados.
Tanto a blindagem de RF quanto a de Arduino têm prós e contras. As blindagens de RF oferecem proteção EMI robusta, mas podem ser caras e complexas de implementar. As blindagens de Arduino são acessíveis e simples, mas oferecem uma blindagem menos especializada. Um projeto de blindagem bem pensado é fundamental para equilibrar proteção, custo e complexidade para uma determinada aplicação.
Como funciona o PCB Shield?
Uma blindagem de PCB funciona contendo os campos eletromagnéticos da PCB e bloqueando a EMI externa de outras fontes. O invólucro condutivo forma uma gaiola de Faraday ao redor dos componentes eletrônicos, forçando a EMI a fluir pela parte externa da blindagem. Isso evita interferências com componentes dentro da área blindada.
O aterramento adequado da blindagem também ajuda a absorver as emissões irradiadas e desviá-las para o solo. Pequenas aberturas são normalmente incluídas para permitir o acesso a pontos de teste, displays e controles. Quaisquer vãos são minimizados ao máximo.
6 dicas para projetar blindagem EMI em layouts de PCB
A mitigação da interferência eletromagnética em projetos de placas de circuito impresso exige técnicas de layout cuidadosas. Seguir estas 6 estratégias principais pode ajudar a controlar a interferência eletromagnética:
- Utilize um plano de aterramento de baixa indutância.
Dedique uma camada inteira em placas multicamadas como um plano de aterramento. Maximize a área do plano de aterramento para reduzir a área do loop indutivo. Isso reduz a impedância do caminho de retorno da corrente, reduzindo o ruído de modo comum e as emissões irradiadas. Conecte todos os sinais diretamente ao plano de aterramento usando vias para evitar antenas de caminho de retorno.
- Proteja os componentes sensíveis.
Utilize invólucros condutores aterrados ao redor de componentes suscetíveis a interferências. Campos eletromagnéticos induzem correntes na blindagem que anulam os campos incidentes por meio de reflexão e absorção. Escolha blindagens apropriadas, como latas, juntas ou telas, com base na atenuação necessária.
- Controle de impedância com linhas de transmissão correspondentes.
Combine a impedância do traço com a impedância da fonte e da carga usando as regras de relação largura/espaço. Isso evita reflexões e ressonâncias que causam zumbidos e EMI. Siga impedância controlada Projete em trilhas de alta velocidade. Use terminais de ajuste de impedância e resistores de terminação conforme necessário.
- Desvie dos trilhos de energia com capacitores de desacoplamento.
Coloque capacitores de desacoplamento cerâmicos com baixa indutância em cada pino de alimentação do CI. Isso cria um reservatório de carga para lidar com ruídos de comutação rápida, mantendo os trilhos de alimentação limpos. Use vários capacitores com valores diferentes para atingir uma ampla faixa de frequência.
- Separe e filtre seções do quadro.
Divida a placa em analógica, digital, de alta velocidade, etc., e mantenha os sinais locais. Quando os sinais precisarem cruzar domínios, filtre usando ferrites, indutores de modo comum e capacitores. Isso contém ruído em cada seção.
- Organizar o posicionamento dos componentes.
O grupo associou os componentes e os orientou uniformemente. Posicione os circuitos digitais ruidosos longe dos analógicos sensíveis. Roteie os traços de forma eficiente para minimizar o comprimento e o cruzamento. Reduza os efeitos da antena com vias periódicas para o aterramento.
Takeaways
Adicionar uma blindagem adequada para PCB ao seu projeto pode ajudar a prevenir problemas como curtos-circuitos, ruído EMI/RFI e choques estáticos. Um projeto de blindagem cuidadoso é necessário para conter completamente a interferência eletromagnética indesejada. Com uma blindagem robusta integrada ao layout e ao gabinete da PCB, você pode garantir a operação confiável dos seus componentes eletrônicos.
