Wissen Sie, was PCB-Abschirmung ist? Heute erfahren Sie mehr über „PCB-Abschirmung“!

In modernen elektronischen Geräten nimmt die drahtlose Kommunikationsgeschwindigkeit zu, während die Systemfunktionen gleichzeitig immer komplexer werden. Dies geht mit einem nicht zu vernachlässigenden Problem einher: elektromagnetische Störungen (EMI). Elektromagnetische Störungen können die Signalintegrität und elektromagnetische Verträglichkeit elektronischer Geräte beeinträchtigen. Signalintegrität und elektromagnetische Verträglichkeit wiederum sind für hochfrequente, kompakte elektronische Systeme wie Smartphones, Fahrzeugsteuergeräte und Kommunikationsschnittstellen in Industrieanlagen von entscheidender Bedeutung. Um dieses Problem zu lösen, PCB-Abschirmung (EMI-Schutzmethode) ist erforderlich. Die PCB-Abschirmung ist für Elektronikingenieure eine unverzichtbare Designmethode, um eine stabile Schaltungsleistung und zuverlässige Datenübertragung zu gewährleisten und verschiedene EMV-Zertifizierungsstandards (elektromagnetische Verträglichkeit) zu erfüllen.

Als nächstes führt Sie dieser Artikel zu einem umfassenden Verständnis von PCB-Abschirmung Techniken: vom Prinzip der PCB-Abschirmung, Typ (z. B. Platinenebene, Ebene, Leitungsebene, Geräteebene usw.), Materialauswahl, Designpunkte und seine praktische Anwendung in der HF-Kommunikation, Automobilelektronik, medizinischen Geräten und industriellen Steuerung. Werfen wir einen Blick darauf!

Was ist PCB-Abschirmung?

PCB-Abschirmung Bezeichnet eine Technologie, die elektromagnetische Störungen (EMI) in elektronischen Leiterplatten durch physikalische, elektrische oder materielle Mittel blockiert oder reduziert. Dadurch können sowohl die von der Leiterplatte ausgehenden Störungen unterdrückt als auch das Eindringen externer Störsignale in das Schaltungssystem verhindert werden. In modernen elektronischen Systemen, insbesondere bei Anwendungen mit Hochgeschwindigkeitssignalen oder Hochfrequenzsignalen (RF), PCB-EMI-Abschirmung spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Signalintegrität und der Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).

Im Wesentlichen, Abschirmung der Leiterplatte durch das Hinzufügen leitfähiger Barrieren, wie z. B. PCB-Abschirmdosen, Abschirmabdeckungen, Masseflächen oder Metallgehäuse isolieren empfindliche Geräte oder Kabel von Störquellen (diese Barrieren absorbieren oder reflektieren unerwünschte elektromagnetische Energie und verhindern so, dass Störungen die Schaltungsleistung beeinträchtigen). Wirksam PCB-EMI-Abschirmung kann die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessern und ist ein unverzichtbarer Bestandteil moderner Leiterplattenabschirmung .

Die Bedeutung der PCB-Abschirmung

Effizient PCB Abschirmung Die Signalintegrität wird durch die Isolierung empfindlicher Kabel und Komponenten von internen und externen Störquellen bewahrt. Darüber hinaus spielt es eine Schlüsselrolle bei der Einhaltung globaler Normen zur elektromagnetischen Verträglichkeit wie FCC, CE und CISPR, die für die Konformität mit den meisten kommerziellen Elektronikprodukten unerlässlich sind.

Zusätzlich ist in PCB RF Abschirmung Bei Anwendungen ist das Abschirmungsdesign besonders wichtig, da Hochfrequenzsignale sehr störanfällig sind. Durch den sinnvollen Einsatz von PCB-Abschirmungstechnologie (z. B. Abschirmdosen, Masseflächen, Abschirmungsspuren usw.) kann die Stabilität des Produkts deutlich verbessert, die Lebensdauer verlängert und der Zertifizierungsprozess beschleunigt werden. Effektiv PCB-EMI-Abschirmung Design verbessert die Systemstabilität, die funktionale Sicherheit und den Zertifizierungserfolg.

Überblick über EMI und EMV

Elektromagnetische Störungen (EMI) ist die unerwünschte elektromagnetische Energie, die den normalen Betrieb elektronischer Schaltungen stört. Diese Störungen können von internen Quellen (wie Schaltreglern, Hochgeschwindigkeits-Datensignalleitungen) oder externen Quellen (wie Stromleitungen, Funksendern usw.) stammen. EMI kann die Signalqualität beeinträchtigen, Datenfehler verursachen und sogar zum Ausfall empfindlicher Komponenten führen.

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist die Fähigkeit eines Geräts, in seiner elektromagnetischen Umgebung ordnungsgemäß zu funktionieren, ohne Störungen bei anderen Geräten zu verursachen. Um EMV zu erreichen, effektive PCB EMI-Abschirmungen Gestaltung erforderlich.

Arten von PCB Schutz-

Es gibt verschiedene Arten der PCB-Abschirmung und ich werde sie Ihnen unter den Gesichtspunkten der Abschirmung auf Platinenebene, der Abschirmung auf Kabelebene, der Abschirmung auf Ebenenebene und der Abschirmung auf Geräteebene vorstellen.

1. Abschirmung auf Platinenebene

Die Abschirmung auf Platinenebene ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zum Schutz vor elektromagnetischen Störungen. Sie wird durch das Abdecken der empfindlichen Bereiche der Platine mit PCB-Abschirmdosen, metallischen Abschirmabdeckungen oder PCB-Abschirmgehäusen erreicht. Diese Barrieren isolieren Hochfrequenzbereiche physisch und verhindern so effektiv die Abstrahlung elektromagnetischer Störungen oder deren Einkopplung in die umgebende Schaltung.

Zu den gängigen Methoden gehören:

•     PCB-Abschirmung kann auf dem HF-Modul montiert werden

•     Abschirmabdeckungen (aufschnappbar oder aufgeschweißt)

•     Vollständig geschlossenes Modul, weit verbreitet in HF-PCB-Abschirmungsszenarien

Dieser Ansatz ermöglicht eine robuste PCB-EMI-Abschirmung, die in der drahtlosen Kommunikation, im IoT und in Radarsystemen weit verbreitet ist.

2. Abschirmung auf Spurenebene

Spur Die Pegelabschirmung dient in erster Linie dem Schutz von Hochgeschwindigkeitssignalen Spurs, EMI-Isolierung durch Hinzufügen von Schirm- und Schutzleiterbahnen oder Füllen von Masseschichten um kritische Netzwerke. Beim PCB-EMI-Abschirmungsdesign Mikrostreifen- und Streifenleitungsdrähte werden auch häufig zur Steuerung der Impedanz und Reduzierung der Strahlung verwendet.

Durch das Hinzufügen geerdeter Abschirmdrähte neben dem Datensignal kann das Übersprechen erheblich reduziert und die Signalqualität für digitale Hochgeschwindigkeitsschaltungen und HF-PCB-Abschirmsysteme verbessert werden.

3. Abschirmung auf Schichtebene

Die Lagenabschirmung ermöglicht integrierte Leiterplattenabschirmungen durch die Einbettung von Masseflächen oder Abschirmungen in die Leiterplattenstapelstruktur. Diese inneren Abschirmungen bieten einen niederohmigen Rückweg, der die Ausbreitung elektromagnetischer Störungen effektiv hemmt.

Diese Art der Abschirmung auf PCB-Ebene eignet sich besonders für mehrschichtige Leiterplattendesigns und kann die allgemeine EMI-Abschirmwirkung der PCB erheblich verbessern, indem die Schicht auf beiden Seiten des kritischen Signals angeordnet wird.

4. Abschirmung auf Komponentenebene

Wo ein lokaler EMI-Schutz erforderlich ist, cDie Abschirmung auf Komponentenebene wird auf bestimmte Komponenten angewendet, wie z. B. ICs, HF-Chips, Leistungsmodule usw. Zu diesen Methoden gehören:

•     Kleine PCB-HF-Abschirmung (PCB-HF-Abschirmung) oder Metallabdeckung direkt auf dem Chip montiert

•     EMI-Filter, Magnetperlen, Bypass-Kondensatoren und andere Geräte werden zur Interferenzabsorption verwendet

•     Kundenspezifische kleine Abschirmgehäuse für die modulare Integration

Diese PCB-Abschirmtechnologien sind besonders wichtig bei Layouts mit hoher Dichte und können die Interferenzprobleme, die durch das gleichzeitige Vorhandensein mehrerer Rauschquellen entstehen, wirksam isolieren.

PCB Abschirmmaterialien

Bei der Gestaltung der PCB-Abschirmung müssen wir das richtige Abschirmmaterial wählen. ONur das richtige PCB-Abschirmmaterial können. spielen eine wichtige Rolle bei der Unterdrückung elektromagnetischer Störungen. Verschiedene Materialien unterscheiden sich in Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Gewicht, Kosten und Herstellbarkeit. Das Verständnis dieser Materialeigenschaften kann zu einer effizienteren und kostengünstigeren EMI-Abschirmlösung für Leiterplatten führen.

Designüberlegungen für effektive PCB Schutz-

Bei der Entwicklung einer wirksamen Leiterplattenabschirmung müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

1. Sinnvolle Anordnung von Abschirmungen und Abschirmungen: Die PCB-Abschirmungen oder Abschirmungen decken wichtige Geräte (wie HF-Module, Quarzoszillatoren, Hochgeschwindigkeits-ICs usw.) direkt ab und lassen ausreichend Platz für Wärmeableitung und spätere Wartung. Sofern kein besonderer Bedarf besteht, sollte eine zu große Nähe der Abschirmung zum passiven Gerät vermieden werden.

2. Alle PCB-Abschirmstrukturen müssen über einen niederohmigen Erdungspfad verfügen. Es wird empfohlen, die PCB-Abschirmung mit Durchkontaktierungen zu umschließen, um die Erdungskontinuität zu verbessern. Vermeiden Sie lange und dünne Leitungen, um die PCB-Abschirmung mit der Erde zu verbinden, da diese Art von Struktur leicht zu einer Antenne wird, aber die Störungen verstärkt.

3. Wenn in der Abschirmung auf PCB-Ebene eine Lücke oder ein unterbrochener Bereich vorhanden ist, wird dieser zu einer EMI-Leckstelle. Achten Sie daher darauf, keine Lücken und Schleifen in der Abschirmstruktur zu hinterlassen.

4. Es wird empfohlen, Abschirm- oder Schutzleiterbahnen um Hochgeschwindigkeitssignale herum anzuordnen, um Störungen effektiv zu konvergieren und einen stabilen Rückweg bereitzustellen.

5. Isolieren Sie rauschintensive Schaltkreise wie Schaltnetzteile und Hochfrequenzsender physisch von analogen oder digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen. Gleichzeitig verbessern Sie durch den Einsatz von EMI-Schutzmethoden wie Filtern, Magnetperlen und anderen Komponenten die allgemeine Abschirmwirkung.

6. Stellen Sie sicher, dass die gewählten PCB-Abschirmtechniken weder die Wärmeleistung beeinträchtigen noch mechanische Belastungen verursachen. Bei Bedarf kann eine Abschirmabdeckung mit Belüftung verwendet werden, um eine reibungslose Luftzirkulation zu gewährleisten.

Anwendungen von PCB Schutz-

Die Anwendungsmöglichkeiten der PCB-Abschirmung sind ebenfalls sehr vielfältig. Im Folgenden konzentriere ich mich auf die Anwendung der PCB-Abschirmung in der HF-Kommunikation, der Automobilelektronik, medizinischen Geräten und der industriellen Steuerung.

1. HF-Kommunikationssysteme

Bei der HF-Kommunikation, beispielsweise bei drahtlosen Basisstationen, Wi-Fi-Modulen, GPS-Geräten, 5G-Antennen usw., ist die Signalfrequenz hoch, die Übertragungsdistanz groß und die elektromagnetische Störung (EMI) äußerst empfindlich.

In der HF-Kommunikation werden bei der PCB-Abschirmung hauptsächlich PCB-Abschirmdosen zum Schutz von HF-Modulen (wie LNA, PA, VCO) eingesetzt. Das Signalübersprechen wird durch die Schirmleiterbahn- und Streifenstruktur unterdrückt. Die Masseschicht wird im mehrschichtigen Platinendesign als HF-Signalabschirmung hinzugefügt. Metallgehäuse oder Faradaysche Käfige werden häufig im gesamten Modul verwendet, um eine vollständige HF-PCB-Abschirmung zu erreichen.

2. Automobilelektroniks

In modernen Automobilen werden elektronische Steuergeräte (ECUs), Radargeräte, Fahrzeugkommunikationsmodule, ADAS-Systeme und andere Geräte häufig in Umgebungen mit starken Strömen und komplexen elektromagnetischen Feldern eingesetzt. Um die Entstörungsfähigkeit des wichtigsten elektronischen Systems zu gewährleisten und die Fahrsicherheit und Zuverlässigkeit des Fahrzeugsystems zu gewährleisten, ist eine PCB-Abschirmung unerlässlich.

Die wichtigsten Punkte der PCB-Abschirmung in der Automobilelektroniks sind:

•     Verwenden Sie eine EMI-abgeschirmte PCB-Struktur für Radarmodule, Batteriemanagementsysteme (BMS), Controller

•     Hochfrequenz- und Hochspannungsleitungen isolieren Steuersignale durch Strecken- und Pegelabschirmung

•     Installieren Sie metallische Abschirmabdeckungen, um empfindliche Sensoren oder Signalverstärkungsschaltungen zu schützen

•     Erreichen Sie die Konformität mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) von Fahrzeugen und erfüllen Sie ISO 11452, CISPR 25 und andere Standards

3. Medizintechnik

Die Anforderungen an Genauigkeit und Stabilität der Signale medizinischer Geräte sind extrem hoch, beispielsweise bei Elektrokardiogrammen (EKG), MRT, Ultraschall und tragbaren medizinischen Geräten. Einmal empfangene elektromagnetische Störungen beeinträchtigen die Diagnoseergebnisse. Um die Diagnosegenauigkeit, die Sicherheit der Datenübertragung und die EMV-Zertifizierung für medizinische Anwendungen (z. B. IEC 60601-1-2) zu gewährleisten, ist daher eine PCB-Abschirmung erforderlich.

Beispielsweise wird die abgeschirmte PCB-Struktur verwendet, um das Front-End-Signal des Sensors zu schützen. Zur Isolierung externer Störungen wird flexibles leitfähiges Material oder leitfähiges Gewebe verwendet. Für die Hochfrequenz-Signalverarbeitungseinheit wird ein HF-PCB-Abschirmungsdesign verwendet, um Hochfrequenzrauschen abzuschirmen. Zwischen den Modulen wird eine unabhängige Metallabdeckungs-Trennwandabschirmung verwendet, um interne Störungen zu verhindern.

4. Industrielle Steuerungssysteme

Auch für industrielle Steuerungssysteme ist eine PCB-Abschirmung erforderlich. Geräte wie SPS, industrielle Steuerungsplatinen, Frequenzumrichter, Servoantriebe und andere werden häufig in industriellen Umgebungen mit starken elektromagnetischen Störungen eingesetzt (z. B. in Hochspannungs-Computerräumen, Umspannwerken oder großen automatisierten Produktionslinien usw.). In dieser Umgebung ist eine PCB-Abschirmung erforderlich, um den stabilen Betrieb der Geräte zu gewährleisten.

In industriellen Steuerungssystemen werden bei Hochfrequenz- und Hochleistungsgeräten metallische Abschirmkästen und Mehrpunkt-Erdungsstrukturen eingesetzt. Die Präzisionssteuereinheit nutzt ein PCB-EMI-Abschirmdesign zur Reduzierung induktiver Störungen. Eine mehrschichtige PCB-Struktur dient der Signal- und Leistungsschichtisolierung. Zwischen analogen und digitalen Schaltkreisen werden Isolationsstreifen und Abschirmleitungen eingesetzt. Dies trägt dazu bei, die Entstörungsfähigkeit des Systems zu verbessern, die Ausfallrate zu senken und die Stabilität und Haltbarkeit des industriellen Steuerungssystems zu verbessern.

Fazit

Ob die Entwicklung von HF-Abschirmungen Leiterplatten, Automobilelektroniks LeiterplattenBei medizinischen Geräten oder anderen Geräten sollte die Abschirmung ein zentraler Bestandteil des Entwicklungsprozesses sein. Die PCB-Abschirmung dient nicht nur der Konformität, sondern verbessert auch die Leistung und Zuverlässigkeit Ihrer Geräte. Die Abschirmung sollte bereits in der frühen Phase der Produktentwicklung berücksichtigt werden. Die frühzeitige Berücksichtigung der Abschirmung gewährleistet ein koordinierteres Design des gesamten Systems und reduziert den Bedarf an späteren Korrekturen, was zur Kostenkontrolle während des gesamten Entwicklungsprozesses beiträgt.