PCB-Abschirmung: Typen, Vorteile, und Layout-Tipps

Leiterplatte (PCB) Beim Entwerfen von Platinen haben Designer häufig mit elektromagnetischen Störungen zu kämpfen. Sie müssen die elektromagnetische Verträglichkeit berücksichtigen, um die Systemspezifikationen zu erfüllen. Selbst kleine Versäumnisse im Layout können zu elektromagnetischen Komplikationen führen, wie Kurzschlüsse oder EMI/RFI-Rauschen. Hier bietet sich eine PCB-Abschirmung an!

Was ist ein PCB-Shield??

Eine PCB-Abschirmung ist ein Gehäuse, das Ihre PCB umgibt, um sie zu schützen und elektrische Störungen zu reduzieren. Es besteht normalerweise aus einem leitfähigen Metallmaterial, das als elektromagnetische Abschirmung dient. Die am häufigsten verwendeten Materialien sind Aluminium, Stahl, und Zinn.

Eine Abschirmung kann Kurzschlüsse verhindern, indem sie Ihre Leiterplatte vor dem Kontakt mit anderen Komponenten oder Oberflächen schützt. Es schützt auch vor Staub und Schmutz, die Kurzschlüsse verursachen könnten. zusätzlich, Es blockiert elektromagnetische Störungen (EMI) aus Radios, Motoren, und andere Quellen, die Ihre empfindlichen Schaltkreise stören können.

Vorteile der Verwendung von PCB Shield

Hier sind einige der wichtigsten Vorteile der Verwendung einer PCB-Abschirmung:

• Prevents short circuits – The shield prevents accidental shorts between löten Pads oder Komponenten auf der Leiterplatte durch Isolierung der Elektronik.
• Reduces EMI/RFI interference – Electromagnetic shielding blocks incoming and outgoing EMI/RFI noise that can interfere with your circuit operation.
• Protects from impacts – A rigid shield around the PCB helps protect from physical impacts, Vibration, und andere mechanische Belastungen.
• Contains emissions – It blocks electromagnetic energy generated by your PCB from radiating out and interfering with nearby electronics.
• Improves safety – Shielding can reduce the risk of electric shocks by preventing contact with live components and circuitry.
• Allows prototyping – A shield lets you safely test and revise your PCB design more easily before creating a custom enclosure.

Arten der PCB-Abschirmung

Zwei gängige Abschirmmethoden sind Hochfrequenz (RF) Abschirmung und Arduino-Abschirmung:

• PCB-HF-Abschirmung

Die HF-Abschirmung blockiert elektromagnetische Felder, elektrostatische Aufladungen, und Radiowellen. Zu den gängigen Lösungen zur HF-Abschirmung gehören Metalldosen, Elastomerwerkstoffe, Ferritperlen und -platten, leitfähiges Netz, und isolierte Grundebenen. Diese Lösungen fungieren als Faradaysche Käfige, Verhindert, dass externe Störungen empfindliche Komponenten stören.

• Arduino-Abschirmung

Arduino-Shields sind modulare Leiterplatten, die an Arduino-Boards angebracht werden, um die Funktionalität zu erhöhen. Zum Beispiel, kabellos, Ethernet, GSM, und Prototyping-Shields erweitern die Arduino-Fähigkeiten. Abschirmungsstifte verbinden die stapelbaren Platinen und vermeiden gleichzeitig reservierte Stifte, die für I2C- und SPI-Busse verwendet werden. Mit vorgefertigten Schaltkreisen und Codebibliotheken, Arduino-Shields ermöglichen im Vergleich zu kundenspezifischen Designs eine schnelle Implementierung.

Sowohl die HF- als auch die Arduino-Abschirmung haben Vor- und Nachteile. HF-Abschirmungen bieten einen robusten EMI-Schutz, können jedoch kostspielig und komplex in der Implementierung sein. Arduino-Shields sind erschwinglich und einfach, bieten jedoch eine weniger spezielle Abschirmung. Ein durchdachtes Abschirmungsdesign ist der Schlüssel zum ausgewogenen Schutz, Kosten, und Komplexität für eine bestimmte Anwendung.

Wie funktioniert PCB Shield??

Eine PCB-Abschirmung funktioniert, indem sie die elektromagnetischen Felder der PCB eindämmt und externe EMI von anderen Quellen blockiert. Das leitfähige Gehäuse bildet einen Faradayschen Käfig um die Elektronik herum, wodurch EMI gezwungen wird, entlang der Außenseite der Abschirmung zu fließen. Dies verhindert Störungen von Komponenten innerhalb des abgeschirmten Bereichs.

Eine ordnungsgemäße Erdung der Abschirmung trägt auch dazu bei, abgestrahlte Emissionen zu absorbieren und zur Erde abzuleiten. In der Regel sind kleine Öffnungen vorhanden, um den Zugang zu den Testpunkten zu ermöglichen, zeigt, und Kontrollen. Eventuelle Lücken werden so gering wie möglich gehalten.

6 Tipps zum Entwerfen der EMI-Abschirmung in PCB-Layouts

Die Minderung elektromagnetischer Störungen bei Leiterplattendesigns erfordert sorgfältige Layouttechniken. Im Anschluss daran 6 Schlüsselstrategien können dabei helfen, elektromagnetische Störungen einzudämmen:

1. Verwenden Sie eine Masseplatte mit niedriger Induktivität.

Widmen Sie eine ganze Ebene Mehrschichtplatten als Grundplatte. Maximieren Sie die Fläche der Masseebene, um die Fläche der Induktionsschleife zu reduzieren. Dadurch wird die Impedanz des Stromrückwegs verringert, Reduzierung von Gleichtaktrauschen und Strahlungsemissionen. Verbinden Sie alle Signale über Durchkontaktierungen direkt mit der Masseebene, um Rückpfadantennen zu vermeiden.

2. Empfindliche Bauteile abschirmen.

Verwenden Sie geerdete, leitende Gehäuse um störanfällige Komponenten herum. EM-Felder induzieren Ströme in der Abschirmung, die die auftreffenden Felder durch Reflexion und Absorption aufheben. Wählen Sie geeignete Abschirmungen wie Dosen, Dichtungen, oder Bildschirme basierend auf der erforderlichen Dämpfung.

3. Kontrollimpedanz mit angepassten Übertragungsleitungen.

Passen Sie die Leiterbahnimpedanz an die Quellen- und Lastimpedanz an, indem Sie Regeln für das Breiten-/Abstandsverhältnis verwenden. Dies verhindert Reflexionen und Resonanzen, die Klingeln und elektromagnetische Störungen verursachen. Folgen kontrollierte Impedanz Design auf Hochgeschwindigkeitsstrecken. Verwenden Sie nach Bedarf Impedanz-Tuning-Stichleitungen und Abschlusswiderstände.

4. Bypass-Stromschienen mit Entkopplungskondensatoren.

Platzieren Sie keramische Entkopplungskappen mit niedriger Induktivität direkt an jedem IC-Stromanschluss. Dadurch wird ein Ladungsreservoir zur Bewältigung schneller Schaltgeräusche bereitgestellt, Stromschienen sauber halten. Verwenden Sie mehrere Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten, um einen breiten Frequenzbereich abzudecken.

5. Trennen und filtern Sie die Platinenabschnitte.

Partitionieren Sie die Platine in analog, Digital, hohe Geschwindigkeit, usw. und halten Sie die Signale lokal. Wenn Signale Domänen überschreiten müssen, Filter mit Ferriten, Gleichtaktdrosseln und Kondensatoren. Dies beinhaltet Rauschen in jedem Abschnitt.

6. Organisieren Sie die Platzierung der Komponenten.

Die gruppenzugehörigen Komponenten werden zusammengefügt und einheitlich ausgerichtet. Platzieren Sie verrauschte digitale Schaltkreise entfernt von empfindlichen analogen Schaltkreisen. Verlegen Sie Leiterbahnen effizient, um Längen und Kreuzungen zu minimieren. Reduzieren Sie Antenneneffekte durch periodische Durchkontaktierungen zur Erde.

Imbissbuden

Das Hinzufügen einer geeigneten PCB-Abschirmung zu Ihrem Projekt kann dazu beitragen, Probleme durch Kurzschlüsse zu vermeiden, EMI/RFI-Rauschen, und statische Stöße. Um unerwünschte elektromagnetische Störungen vollständig einzudämmen, ist eine sorgfältige Abschirmung erforderlich. Mit robuster Abschirmung, die in das Leiterplattenlayout und das Gehäuse integriert ist, Sie können den zuverlässigen Betrieb Ihrer Elektronik sicherstellen.