Scheda a circuito stampato (PCB) i progettisti spesso sono alle prese con le interferenze elettromagnetiche durante la disposizione delle schede. Devono considerare la compatibilità elettromagnetica per soddisfare le specifiche del sistema. Anche piccole sviste nella disposizione possono provocare complicazioni elettromagnetiche, come cortocircuiti o rumore EMI/RFI. È qui che uno schermo PCB torna utile!
Cos'è uno schermo PCB?
Uno schermo per PCB è un involucro che circonda il PCB per proteggerlo e ridurre le interferenze elettriche. Di solito è costituito da un materiale metallico conduttivo che funge da schermo elettromagnetico. I materiali più comuni utilizzati sono l'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) dalle radio, motori, e altre fonti che possono interrompere i tuoi circuiti sensibili.
Vantaggi dell'utilizzo dello schermo PCB
Ecco alcuni dei principali vantaggi derivanti dall'utilizzo di una schermatura PCB:
- Previene i cortocircuiti – Lo scudo impedisce cortocircuiti accidentali saldare pastiglie o componenti sul PCB isolando l'elettronica.
- Riduce le interferenze EMI/RFI – La schermatura elettromagnetica blocca il rumore EMI/RFI in entrata e in uscita che può interferire con il funzionamento del circuito.
- Protegge dagli urti – Uno schermo rigido attorno al PCB aiuta a proteggere dagli impatti fisici, vibrazione, e altre sollecitazioni meccaniche.
- Contiene emissioni – Impedisce all'energia elettromagnetica generata dal PCB di irradiarsi e interferire con i dispositivi elettronici vicini.
- 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 ti consente di testare e rivedere in sicurezza e più facilmente il tuo progetto PCB prima di creare un contenitore personalizzato.
Tipi di schermatura PCB
Due metodi di schermatura prevalenti sono la radiofrequenza (RF) schermatura e schermatura Arduino:
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Schermatura RF PCB
La schermatura RF blocca i campi elettromagnetici, cariche elettrostatiche, e onde radio. Le comuni soluzioni di schermatura RF includono lattine metalliche, materiali elastomerici, sfere e piastre di ferrite, rete conduttiva, e piani di terra isolati. Queste soluzioni agiscono come Gabbie di Faraday, impedendo alle interferenze esterne di interrompere i componenti sensibili.
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Schermatura Arduino
Gli Shield Arduino sono PCB modulari che si collegano alle schede Arduino per aggiungere funzionalità. Per esempio, senza fili, Ethernet, GSM, e gli scudi di prototipazione espandono le capacità di Arduino. I pin schermati collegano le schede impilabili evitando i pin riservati utilizzati per i bus I2C e SPI. Con circuiti precostruiti e librerie di codici, Gli scudi Arduino consentono un'implementazione rapida rispetto ai progetti personalizzati.
Sia la schermatura RF che quella Arduino hanno pro e contro. Gli schermi RF offrono una solida protezione EMI ma possono essere costosi e complessi da implementare. Gli scudi Arduino sono convenienti e semplici ma forniscono una schermatura meno specializzata. Una progettazione accurata della schermatura è fondamentale per bilanciare la protezione, costo, e la complessità per una determinata applicazione.
Come funziona lo schermo PCB?
Una schermatura per PCB funziona contenendo i campi elettromagnetici provenienti dal PCB e bloccando le EMI esterne provenienti da altre fonti. L'involucro conduttivo forma una gabbia di Faraday attorno all'elettronica, costringendo l'EMI a fluire lungo l'esterno dello schermo. Ciò impedisce interferenze con i componenti all'interno dell'area schermata.
Una corretta messa a terra dello schermo aiuta inoltre ad assorbire le emissioni irradiate e a deviarle verso terra. Solitamente vengono incluse piccole aperture per consentire l'accesso ai punti di prova, visualizza, e controlli. Eventuali lacune sono ridotte al minimo possibile.
6 Suggerimenti per la progettazione della schermatura EMI nei layout PCB
La mitigazione delle interferenze elettromagnetiche nella progettazione dei circuiti stampati richiede tecniche di layout attente. In seguito a questi 6 strategie chiave possono aiutare a domare le interferenze elettromagnetiche:
- Utilizzare un piano di massa a bassa induttanza.
Dedica un intero strato pannelli multistrato come piano terra. Massimizzare l'area del piano di terra per ridurre l'area del circuito induttivo. Ciò 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 terra utilizzando i via per evitare antenne sul percorso di ritorno.
- Proteggere i componenti sensibili.
Utilizzare involucri conduttivi messi a terra attorno ai componenti suscettibili alle interferenze. I campi EM inducono correnti nello schermo che annullano i campi interferenti attraverso la riflessione e l'assorbimento. Scegli una schermatura appropriata come le lattine, guarnizioni, o schermi in base all'attenuazione richiesta.
- Impedenza di controllo con linee di trasmissione abbinate.
Abbina l'impedenza della traccia all'impedenza della sorgente e del carico utilizzando le regole del rapporto larghezza/spazio. Ciò impedisce riflessioni e risonanze che causano squilli ed EMI. Seguire impedenza controllata progettazione su tracce ad alta velocità. Utilizzare stub di regolazione dell'impedenza e resistori di terminazione secondo necessità.
- Bypass delle guide di alimentazione con condensatori di disaccoppiamento.
Posizionare i cappucci di disaccoppiamento in ceramica a bassa induttanza direttamente su ciascun pin di alimentazione del circuito integrato. Ciò fornisce un serbatoio di carica per gestire il rumore di commutazione rapida, mantenendo puliti i binari di alimentazione. Utilizza più condensatori con valori diversi per raggiungere un'ampia gamma di frequenze.
- Separare e filtrare le sezioni della scheda.
Scheda di partizione in analogico, digitale, ad alta velocità, ecc. e mantenere i segnali locali. Quando i segnali devono attraversare domini, filtrare utilizzando ferriti, induttanze e condensatori di modo comune. Questo contiene rumore in ogni sezione.
- Organizzare il posizionamento dei componenti.
Il gruppo associa i componenti insieme e si orienta in modo uniforme. Posizionare i circuiti digitali rumorosi lontano da quelli analogici sensibili. Il percorso viene tracciato in modo efficiente per ridurre al minimo la lunghezza e l'attraversamento. Riduci gli effetti dell'antenna con collegamenti periodici a terra.
Asporto
L'aggiunta di una schermatura PCB adeguata al tuo progetto può aiutare a prevenire problemi derivanti da cortocircuiti, Rumore EMI/RFI, e shock statici. È necessaria un'attenta progettazione della schermatura per contenere completamente le interferenze elettromagnetiche indesiderate. Con robusta schermatura integrata nel layout e nella custodia del PCB, puoi garantire il funzionamento affidabile dei tuoi dispositivi elettronici.
