PCB シールド: 種類, 利点, とレイアウトのヒント

プリント回路基板 (PCB) 設計者は基板をレイアウトする際に電磁干渉に悩まされることがよくあります. システム仕様を満たすために電磁両立性を考慮する必要がある. レイアウトの小さな見落としでも、電磁波による複雑な問題を引き起こす可能性があります, 短絡やEMI/RFIノイズなど. ここで PCB シールドが役に立ちます!

PCBシールドとは何ですか?

PCB シールドは、PCB を保護し、電気的干渉を軽減するために PCB を囲むエンクロージャです。. 通常、電磁シールドとして機能する導電性の金属材料で作られています。. 最も一般的に使用される材料はアルミニウムです, 鋼, と錫.

シールドは、PCB を他のコンポーネントや表面との接触から保護することで、短絡を防ぐことができます。. ショートの原因となるホコリやゴミからも守ります。. さらに, 電磁干渉をブロックします (EMI) ラジオから, モーター, 敏感な回路を破壊する可能性のあるその他のソース.

PCB シールドを使用する利点

PCB シールドを使用する主な利点をいくつか紹介します。:

• Prevents short circuits – The shield prevents accidental shorts between 半田 パッド 電子回路を絶縁することにより、PCB 上のコンポーネントを保護します。.
• 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, 振動, およびその他の機械的ストレス.
• 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.

PCB シールドの種類

一般的な 2 つのシールド方法は高周波です。 (RF) シールドとArduinoシールド:

• PCB RF シールド

RF シールドは電磁場をブロックします, 静電気, そして電波. 一般的な RF シールド ソリューションには金属缶が含まれます, エラストマー素材, フェライトビーズとプレート, 導電性メッシュ, および分離されたグランドプレーン. これらのソリューションは次のように機能します。 ファラデーケージ, 外部干渉による敏感なコンポーネントの破壊を防止.

• Arduinoシールド

Arduino シールドは、Arduino ボードに取り付けて機能を追加するモジュラー PCB です。. 例えば, 無線, イーサネット, GSM, シールドのプロトタイピングによりArduinoの機能が拡張されます. シールド ピンは、I2C および SPI バスに使用される予約ピンを回避しながら、スタッカブル ボードを接続します。. 事前に構築された回路とコードライブラリを使用, Arduino シールドにより、カスタム設計に比べて迅速な実装が可能になります.

RF シールドと Arduino シールドにはどちらも長所と短所があります. RF シールドは堅牢な EMI 保護を提供しますが、実装にはコストがかかり、複雑になる可能性があります. Arduino シールドは手頃な価格でシンプルですが、専門性の低いシールドを提供します. 考え抜かれたシールド設計が保護のバランスを保つ鍵となります, 費用, 特定のアプリケーションの複雑さ.

PCB シールドの仕組み?

PCB シールドは、PCB からの電磁場を封じ込め、他の発生源からの外部 EMI をブロックすることで機能します。. 導電性エンクロージャは電子機器の周囲にファラデーケージを形成します, EMI をシールドの外側に沿って強制的に流す. これにより、シールド領域内のコンポーネントとの干渉が防止されます。.

シールドを適切に接地すると、放射を吸収し、それらを地面にそらすのにも役立ちます。. 通常、テストポイントにアクセスできるように小さな開口部が含まれています。, ディスプレイ, とコントロール. 隙間は可能な限り最小限に抑えます.

6 PCB レイアウトでの EMI シールド設計のヒント

プリント基板設計における電磁干渉を軽減するには、慎重なレイアウト技術が必要です. これらに続いて 6 重要な戦略は電磁干渉を抑制するのに役立ちます:

1. 低インダクタンスのグランドプレーンを使用する.

レイヤー全体を専用にします 多層基板 グランドプレーンとして. グランドプレーン領域を最大化して誘導ループ領域を削減. これにより、電流リターンパスのインピーダンスが低下します。, コモンモードノイズと放射性エミッションを低減. リターン パス アンテナを避けるために、ビアを使用してすべての信号をグランド プレーンに直接接続します。.

2. 敏感なコンポーネントをシールドする.

干渉を受けやすいコンポーネントの周囲に接地された導電性エンクロージャを使用する. 電磁場はシールド内に電流を誘導し、反射と吸収によって衝突する電磁場を打ち消します。. 缶などの適切なシールドを選択してください, ガスケット, または必要な減衰に基づいたスクリーン.

3. 整合した伝送線路によるインピーダンスの制御.

幅/スペース比ルールを使用して、トレースのインピーダンスをソースおよび負荷のインピーダンスに一致させます。. これにより、リンギングやEMIの原因となる反射や共振が防止されます。. フォローする 制御されたインピーダンス 高速トレースの設計. 必要に応じて、インピーダンス調整スタブと終端抵抗を使用します.

4. デカップリング コンデンサを使用して電源レールをバイパスする.

低インダクタンスのセラミック デカップリング キャップを各 IC 電源ピンに配置します。. これにより、高速スイッチング ノイズに対処するための電荷の貯蔵庫が提供されます。, 電源レールをきれいに保つ. 異なる値の複数のコンデンサを使用して、広い周波数範囲をターゲットにします.

5. 分離およびフィルターボードセクション.

パーティションボードをアナログに, デジタル, 高速, など、信号をローカルに保ちます. 信号がドメインを越える必要がある場合, フェライトを使用したフィルター, コモンモードチョークとコンデンサ. 各セクションにノイズが含まれています.

6. コンポーネントの配置を整理する.

関連するコンポーネントをグループ化し、均一な方向に配置します。. ノイズの多いデジタル回路を敏感なアナログ回路から離して配置する. トレースを効率的に配線して長さと交差を最小限に抑えます. グランドへの周期的なビアによりアンテナの影響を低減.

テイクアウト

プロジェクトに適切な PCB シールドを追加すると、短絡による問題を防ぐことができます。, EMI/RFIノイズ, そして静電気の衝撃. 不要な電磁干渉を完全に阻止するには、慎重なシールド設計が必要です. PCB レイアウトとエンクロージャに統合された堅牢なシールド付き, 電子機器の信頼性の高い動作を保証できます.