¿Sabes qué es el blindaje de PCB? ¡Hoy, aprendamos sobre el blindaje de PCB!

En los equipos electrónicos modernos, la velocidad de la comunicación inalámbrica aumenta y, al mismo tiempo, la función del sistema se vuelve cada vez más compleja, lo que conlleva un problema inevitable: la interferencia electromagnética (EMI). Esta interferencia puede afectar la integridad de la señal y la compatibilidad electromagnética de los dispositivos electrónicos. Si bien la integridad de la señal y la compatibilidad electromagnética son cruciales para sistemas electrónicos compactos de alta frecuencia, como teléfonos inteligentes, módulos de control de automóviles e interfaces de comunicación en equipos industriales. Por lo tanto, para resolver este problema, Blindaje de PCB (método de protección EMI) El blindaje de PCB es un método de diseño indispensable para que los ingenieros electrónicos garanticen un rendimiento estable del circuito, una transmisión de datos confiable y cumplan con varios estándares de certificación EMC (compatibilidad electromagnética).

A continuación, este artículo le llevará a una comprensión integral de Blindaje de PCB Técnicas: desde el principio de Blindaje de PCBDesde el tipo (como nivel de placa, nivel, nivel de línea, nivel de dispositivo, etc.), hasta la selección de materiales, los puntos de diseño y su aplicación práctica en comunicación por radiofrecuencia, electrónica automotriz, equipos médicos y control industrial. ¡Echemos un vistazo!

¿Qué es el blindaje de PCB?

Blindaje de PCB Se refiere a una tecnología que bloquea o reduce la interferencia electromagnética (EMI) en las placas de circuitos electrónicos mediante medios físicos, eléctricos o materiales. Esto permite suprimir la interferencia emitida por la PCB e impedir la entrada de señales de interferencia externa en el sistema de circuitos. En los sistemas electrónicos modernos, especialmente en aplicaciones que involucran señales de alta velocidad o señales de radiofrecuencia (RF), Blindaje EMI de PCB Desempeña un papel vital en el mantenimiento de la integridad de la señal y en garantizar la compatibilidad electromagnética (EMC).

En esencia, PCB de blindaje mediante la adición de barreras conductoras, como Latas de protección para PCB, Cubiertas de blindaje, placas de tierra o carcasas metálicas. Aíslan dispositivos o cables sensibles de las fuentes de ruido (estas barreras absorben o reflejan la energía electromagnética no deseada, evitando así que las interferencias afecten el rendimiento del circuito). Blindaje EMI de PCB Puede mejorar la compatibilidad electromagnética (EMC) y es una parte indispensable de la tecnología moderna. blindaje de placa de circuito diseño.

La importancia del blindaje de PCB

Eficiente PCB blindaje Preserva la integridad de la señal aislando el cableado y los componentes sensibles de fuentes de ruido internas o externas. Además, desempeña un papel fundamental en el cumplimiento de las normas globales de compatibilidad electromagnética, como FCC, CE y CISPR, esenciales para la conformidad con la gran mayoría de los productos electrónicos comerciales.

Además, en PCB RF blindaje En aplicaciones de alta frecuencia, el diseño del blindaje es particularmente crítico, ya que las señales de alta frecuencia son muy susceptibles a las interferencias. Mediante la aplicación racional de la tecnología de blindaje de PCB (como carcasas de blindaje, planos de tierra, trazas de blindaje, etc.), se puede mejorar significativamente la estabilidad del producto, prolongar su vida útil y agilizar el proceso de certificación. Blindaje EMI de PCB El diseño mejora la estabilidad del sistema, la seguridad funcional y el éxito de la certificación.

Descripción general de EMI y EMC

Interferencia electromagnética (EM)I) Es la energía electromagnética no deseada que interfiere con el funcionamiento normal de los circuitos electrónicos. Estas perturbaciones pueden provenir de fuentes internas (como reguladores de conmutación, líneas de señales de datos de alta velocidad) o externas (como líneas eléctricas, transmisores inalámbricos, etc.). La EMI puede degradar la calidad de la señal, causar errores en los datos e incluso provocar fallos en componentes sensibles.

La compatibilidad electromagnética (EMC) es la capacidad de un dispositivo de funcionar correctamente en su entorno electromagnético sin causar interferencias a otros dispositivos. Para lograr una compatibilidad electromagnética (EMC), es necesario un PCB eficaz. Escudos EMI Se requiere diseño.

Tipos de PCB blindaje

Los tipos de blindaje de PCB son varios y los presentaré desde los aspectos de blindaje a nivel de placa, blindaje a nivel de cable, blindaje a nivel de dispositivo y blindaje a nivel de dispositivo.

1. Blindaje a nivel de placa

El blindaje a nivel de placa es uno de los métodos de protección EMI más utilizados. Se logra cubriendo las áreas sensibles de la placa con latas de blindaje para PCB, cubiertas metálicas o carcasas de blindaje para PCB. Estas barreras aíslan físicamente las áreas de alta frecuencia, impidiendo eficazmente que la EMI se irradie al exterior o se acople al circuito circundante.

Las formas más comunes incluyen:

•     El blindaje de PCB se puede montar en el módulo RF

•     cubiertas de protección (a presión o soldadas)

•     Módulo completamente cerrado, ampliamente utilizado en escenarios de blindaje de PCB RF

Este enfoque permite una protección EMI de PCB robusta, que se utiliza ampliamente en comunicaciones inalámbricas, IoT y sistemas de radar.

2. Blindaje a nivel de trazas

Trace El blindaje de nivel se utiliza principalmente para proteger señales de alta velocidad. rastrears, logrando aislamiento EMI mediante la adición de trazas de blindaje, trazas de protección o el relleno de capas de tierra alrededor de redes críticas. En el diseño de blindaje EMI de PCB, La microbanda y la línea de banda también se utilizan comúnmente para controlar la impedancia y reducir la radiación.

Al agregar cables de protección conectados a tierra junto a la señal de datos, se puede reducir en gran medida la diafonía y mejorar la calidad de la señal para circuitos digitales de alta velocidad y sistemas de protección de PCB de RF.

3. Blindaje a nivel de capa

El blindaje por capas permite la integración de blindajes en la PCB mediante la incorporación de planos de tierra o blindajes en la estructura de la pila de PCB. Estos blindajes internos proporcionan una ruta de retorno de baja impedancia que inhibe eficazmente la propagación de EMI.

Este tipo de blindaje a nivel de PCB es especialmente adecuado para diseños de placas de circuitos multicapa y puede mejorar significativamente el efecto general del blindaje EMI de la PCB al intercalar la capa en ambos lados de la señal crítica.

4. Blindaje a nivel de componentes

Cuando se requiere protección EMI local, cEl blindaje a nivel de componente se aplica a componentes específicos, como ICs, chips RF, módulos de potencia, etc. Dichos métodos incluyen:

•     Pequeño blindaje RF de PCB (blindaje RF de PCB) o cubierta metálica montada directamente en el chip

•     Se utilizan filtros EMI, perlas magnéticas, condensadores de derivación y otros dispositivos para la absorción de interferencias.

•     Pequeños gabinetes de protección personalizados para integración a nivel modular

Estas tecnologías de blindaje de PCB son particularmente importantes en diseños de alta densidad y pueden aislar eficazmente los problemas de interferencia causados ​​por la coexistencia de múltiples fuentes de ruido.

PCB Materiales de protección

En el diseño del blindaje de PCB, debemos elegir el material de blindaje adecuado.. OSolo el material de protección de PCB adecuado can Desempeñan un papel importante en la supresión de interferencias electromagnéticas. Los diferentes materiales varían en conductividad, resistencia a la corrosión, peso, costo y viabilidad de fabricación. Comprender estas propiedades del material puede resultar en una solución de blindaje EMI para PCB más eficiente y rentable.

Consideraciones de diseño para una implementación eficaz PCB blindaje

Para diseñar un protector de placa de circuito eficaz es necesario tener en cuenta varios factores:

1. Disposición adecuada de las cubiertas de blindaje: Las cajas o cubiertas de blindaje de la PCB se colocan directamente sobre los dispositivos clave (como módulos de RF, osciladores de cristal, circuitos integrados de alta velocidad, etc.), lo que debe dejar suficiente espacio para la disipación del calor y el mantenimiento posterior. Salvo necesidad especial, es necesario evitar la proximidad excesiva del blindaje al dispositivo pasivo.

2. Todas las estructuras de blindaje de PCB deben tener una ruta de tierra de baja impedancia. Se recomienda usar una conexión a tierra alrededor de la cubierta del blindaje de PCB para mejorar la continuidad de la conexión a tierra. Evite usar cables largos y delgados para conectar el blindaje de PCB a tierra, ya que este tipo de estructura puede convertirse fácilmente en una antena, pero amplificará la interferencia.

3. Si hay un espacio o un área discontinua en el blindaje a nivel de PCB, se convertirá en un punto de fuga de EMI, así que asegúrese de no dejar espacios ni bucles en la estructura de blindaje.

4. Se recomienda disponer una traza de protección o una traza de protección alrededor de las señales de alta velocidad para converger eficazmente las interferencias y proporcionar una ruta de retorno estable.

5. Aísle físicamente circuitos de alto ruido, como fuentes de alimentación conmutadas y transmisores de radiofrecuencia, de circuitos analógicos o digitales de alta velocidad. Al mismo tiempo, utilice métodos de protección EMI, como filtros, microesferas magnéticas y otros componentes, para mejorar el efecto de apantallamiento general.

6. Asegúrese de que las técnicas de blindaje de la PCB seleccionadas no afecten el rendimiento térmico ni generen tensión mecánica. Si es necesario, se puede utilizar una cubierta de blindaje con ventilación para garantizar una circulación de aire fluida.

Aplicaciones de PCB blindaje

El blindaje de PCB también tiene una amplia aplicación. A continuación, me centraré en su aplicación en comunicaciones de radiofrecuencia (RF), electrónica automotriz, dispositivos médicos y control industrial.

1. Sistemas de comunicación por radiofrecuencia

En la comunicación de RF, como estaciones base inalámbricas, módulos Wi-Fi, dispositivos GPS, antenas 5G, etc., la frecuencia de la señal es alta, la distancia de transmisión es larga y la interferencia electromagnética (EMI) es extremadamente sensible.

En la comunicación por radiofrecuencia (RF), el blindaje de PCB se realiza principalmente mediante carcasas de blindaje para proteger los módulos de RF (como LNA, PA y VCO). La diafonía de la señal se suprime mediante la estructura de trazas y tiras de blindaje. Además, se añade una capa de tierra en el diseño de la placa multicapa como barrera de blindaje de la señal de RF. Se suelen utilizar carcasas metálicas o jaulas de Faraday en todo el módulo para lograr un blindaje completo de la PCB de RF.

2. Electrónica automotrizs

En los automóviles modernos, las unidades de control electrónico (ECU), los radares, los módulos de comunicación vehicular, los sistemas ADAS y otros equipos se utilizan ampliamente en entornos de trabajo complejos con alta corriente y electromagnéticos. Para garantizar una alta capacidad antiinterferente del sistema electrónico clave y garantizar la seguridad de conducción y la fiabilidad del sistema del vehículo, el blindaje de la PCB es esencial.

Los puntos clave del blindaje de PCB en la electrónica automotrizs son:

•     Utilice una estructura de PCB protegida contra EMI para módulos de radar, sistemas de gestión de baterías (BMS) y controladores.

•     Las líneas de alta frecuencia y alto voltaje aíslan las señales de control mediante blindaje de ruta y nivel.

•     Instale cubiertas de protección metálicas para proteger sensores vulnerables o circuitos de amplificación de señales.

•     Lograr la conformidad con la compatibilidad electromagnética (EMC) del vehículo, cumplir con las normas ISO 11452, CISPR 25 y otras normas

3. Dispositivos médicos

Los requisitos de precisión y estabilidad de la señal de los dispositivos médicos son extremadamente altos, como electrocardiogramas (ECG), resonancias magnéticas (RM), ultrasonidos, dispositivos médicos portátiles, etc. Una vez recibida, la interferencia EMI afectará los resultados del diagnóstico. Por lo tanto, para garantizar la precisión del diagnóstico, la seguridad de la transmisión de datos y la certificación EMC de grado médico (como IEC 60601-1-2), se requiere blindaje de PCB.

Por ejemplo, la estructura de PCB de protección se utiliza para proteger la señal frontal del sensor; utilice material conductor flexible o tela conductora para aislamiento de interferencias externas; el diseño de protección de PCB RF se adopta para la unidad de procesamiento de señales de alta frecuencia para proteger el ruido de alta frecuencia; se utiliza protección de partición de cubierta de metal independiente entre los módulos para evitar interferencias internas.

4. Sistemas de Control Industrial

El blindaje de PCB también es necesario para los sistemas de control industrial. Por ejemplo, los PLC, las placas base de control industrial, los convertidores de frecuencia, los servoaccionamientos y otros equipos se utilizan a menudo en entornos industriales con interferencias electromagnéticas graves (como salas de ordenadores de alta tensión, subestaciones o líneas de producción automatizadas a gran escala, etc.). En estos entornos, el blindaje de PCB es necesario para mantener el funcionamiento estable de los equipos.

En los sistemas de control industrial, se utilizan cajas de blindaje metálicas y estructuras de puesta a tierra multipunto en equipos de alta frecuencia y alta potencia. La unidad de control de precisión utiliza un diseño de blindaje EMI de PCB para reducir la interferencia inductiva. La estructura de PCB multicapa se utiliza para lograr el aislamiento de la señal y de la capa de potencia. Se instalan tiras de aislamiento y líneas de blindaje entre los circuitos analógicos y digitales. Estas son buenas maneras de mejorar la capacidad antiinterferente del sistema, reducir la tasa de fallos y mejorar la estabilidad y durabilidad del sistema de control industrial.

Conclusión

Ya sea que se desarrolle blindaje de RF PCBelectrónica automotrizs PCBYa sea para dispositivos médicos o de otro tipo, el diseño del blindaje debe ser una parte clave del proceso de desarrollo. El blindaje de PCB no solo se utiliza para garantizar el cumplimiento normativo, sino también para mejorar el rendimiento y la fiabilidad de los equipos. El diseño del blindaje de PCB debe considerarse desde las primeras etapas del desarrollo del producto. Incorporar consideraciones de diseño de blindaje desde el inicio garantiza un diseño más coordinado de todo el sistema y reduce la necesidad de correcciones posteriores, lo que contribuye al control de costes durante todo el proceso de desarrollo.