Scudo PCB: Tipi, Benefici, e suggerimenti sul layout

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:

• Prevents short circuits – The shield prevents accidental shorts between saldare pastiglie o componenti sul PCB isolando l'elettronica.
• 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, vibrazione, e altre sollecitazioni meccaniche.
• 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.

Tipi di schermatura PCB

Due metodi di schermatura prevalenti sono la radiofrequenza (RF) schermatura e schermatura Arduino:

• 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.

• 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:

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.