Проектировщики печатных плат (PCB) часто сталкиваются с электромагнитными помехами при компоновке плат. Они должны учитывать электромагнитную совместимость, чтобы соответствовать системным спецификациям. Даже небольшие оплошности в компоновке могут спровоцировать электромагнитные осложнения, такие как короткие замыкания или помехи EMI/RFI. Вот где экран PCB оказывается полезным!
Что такое экран печатной платы?
PCB shield — это корпус, который окружает вашу печатную плату, защищая ее и уменьшая электрические помехи. Обычно он изготавливается из проводящего металлического материала, который действует как электромагнитный экран. Наиболее распространенными материалами являются алюминий, сталь и олово.
Экранирование может предотвратить короткие замыкания, защищая вашу печатную плату от контакта с другими компонентами или поверхностями. Оно также защищает от пыли и мусора, которые могут вызвать короткие замыкания. Кроме того, оно блокирует электромагнитные помехи (ЭМП) от радио, двигателей и других источников, которые могут нарушить работу вашей чувствительной схемы.
Преимущества использования PCB Shield
Вот некоторые из основных преимуществ использования экранирования печатных плат:
- Предотвращает короткие замыкания – экран предотвращает случайные короткие замыкания между припой колодки или компонентов на печатной плате путем изоляции электроники.
- Снижает уровень электромагнитных и радиочастотных помех. Электромагнитное экранирование блокирует входящие и исходящие электромагнитные и радиочастотные помехи, которые могут мешать работе вашей схемы.
- Защита от ударов — жесткий экран вокруг печатной платы помогает защитить ее от физических ударов, вибрации и других механических воздействий.
- Сдерживание излучений – блокирует излучение электромагнитной энергии, генерируемой вашей печатной платой, и ее воздействие на расположенные поблизости электронные устройства.
- Повышение безопасности. Экранирование может снизить риск поражения электрическим током, предотвращая контакт с находящимися под напряжением компонентами и схемами.
- Возможность создания прототипов — щит позволяет безопасно тестировать и проще корректировать конструкцию печатной платы перед созданием индивидуального корпуса.
Типы экранирования печатных плат
Два распространенных метода экранирования — это радиочастотное (РЧ) экранирование и экранирование Arduino:
Экранирование радиочастот печатной платы
Экранирование радиочастот блокирует электромагнитные поля, электростатические заряды и радиоволны. Обычные решения по экранированию радиочастот включают металлические банки, эластомерные материалы, ферритовые бусины и пластины, проводящую сетку и изолированные заземляющие плоскости. Эти решения действуют как Клетки Фарадея, предотвращая нарушение работы чувствительных компонентов из-за внешних помех.
Экранирование Arduino
Arduino shields — это модульные печатные платы, которые подключаются к платам Arduino для добавления функциональности. Например, беспроводные, Ethernet, GSM и прототипные шилды расширяют возможности Arduino. Контакты шилда соединяют наращиваемые платы, избегая при этом зарезервированных контактов, используемых для шин I2C и SPI. Благодаря готовым схемам и библиотекам кода шилды Arduino обеспечивают быструю реализацию по сравнению с индивидуальными проектами.
У экранирования RF и Arduino есть свои плюсы и минусы. Экраны RF обеспечивают надежную защиту от электромагнитных помех, но могут быть дорогими и сложными в реализации. Экраны Arduino доступны по цене и просты, но обеспечивают менее специализированное экранирование. Продуманная конструкция экранирования является ключом к балансу защиты, стоимости и сложности для данного приложения.
Как работает PCB Shield?
Щит печатной платы работает, удерживая электромагнитные поля от печатной платы и блокируя внешние ЭМП от других источников. Проводящий корпус образует клетку Фарадея вокруг электроники, заставляя ЭМП течь вдоль внешней стороны щита. Это предотвращает помехи компонентам внутри экранированной области.
Правильное заземление экрана также помогает поглощать излучаемые излучения и отводить их в землю. Обычно предусмотрены небольшие отверстия для доступа к контрольным точкам, дисплеям и элементам управления. Любые зазоры сведены к минимуму, насколько это возможно.
6 советов по проектированию экранирования электромагнитных помех в компоновках печатных плат
Смягчение электромагнитных помех в конструкциях печатных плат требует тщательной компоновки. Следование этим 6 ключевым стратегиям может помочь укротить электромагнитные помехи:
- Используйте заземляющую плоскость с низкой индуктивностью.
Выделите целый слой многослойные доски как заземляющая плоскость. Увеличьте площадь заземляющей плоскости, чтобы уменьшить площадь индуктивной петли. Это снижает импеданс обратного пути тока, уменьшая синфазный шум и излучаемые излучения. Подключите все сигналы напрямую к заземляющей плоскости с помощью переходных отверстий, чтобы избежать антенн обратного пути.
- Защитите чувствительные компоненты.
Используйте заземленные проводящие корпуса вокруг компонентов, восприимчивых к помехам. Электромагнитные поля индуцируют токи в экране, которые нейтрализуют падающие поля посредством отражения и поглощения. Выберите соответствующее экранирование, например банки, прокладки или экраны, исходя из требуемого затухания.
- Управляйте импедансом с помощью согласованных линий передачи.
Согласуйте сопротивление трассы с сопротивлением источника и нагрузки, используя правила соотношения ширины и пространства. Это предотвращает отражения и резонансы, которые вызывают звон и электромагнитные помехи. Следуйте контролируемый импеданс Проектируйте на высокоскоростных трассах. Используйте шлейфы настройки импеданса и согласующие резисторы по мере необходимости.
- Обходные шины питания с развязывающими конденсаторами.
Разместите керамические развязывающие колпачки с низкой индуктивностью прямо на каждом выводе питания ИС. Это обеспечивает резервуар заряда для обработки быстрых шумов переключения, сохраняя шины питания чистыми. Используйте несколько конденсаторов с разными значениями для охвата широкого диапазона частот.
- Разделите и отфильтруйте секции доски.
Разделите плату на аналоговые, цифровые, высокоскоростные и т. д. и сохраняйте сигналы локальными. Когда сигналы должны пересекать домены, фильтруйте их с помощью ферритов, синфазных дросселей и конденсаторов. Это содержит шум в каждой секции.
- Организуйте размещение компонентов.
Группируйте связанные компоненты вместе и ориентируйте их единообразно. Размещайте шумные цифровые схемы подальше от чувствительных аналоговых. Прокладывайте трассы эффективно, чтобы минимизировать длину и пересечение. Уменьшайте эффекты антенны с помощью периодических переходов к земле.
Takeaways
Добавление надлежащего экрана печатной платы в ваш проект может помочь предотвратить проблемы, связанные с короткими замыканиями, помехами EMI/RFI и статическими ударами. Тщательная разработка экранирования необходима для полного сдерживания нежелательных электромагнитных помех. Благодаря надежному экранированию, интегрированному в схему печатной платы и корпус, вы можете обеспечить надежную работу своей электроники.
