PCB設計要考慮的模擬布局中的不同類型的屏蔽
電路板可能會受到傳入電磁干擾（EMI）的影響，并且還會影響其他具有傳出EMI的電子設備。有許多解決方案來阻止干擾，包括使用金屬屏蔽層或罐頭。關鍵是要在模擬布局中使用這些不同類型的屏蔽，首先要從良好的PCB布局策略開始。
非屏蔽電子產品可能導致的問題
許多類型的干擾都會影響電子設備的性能。這些包括地面反彈，串擾和電源噪聲。不過，最大的擔憂是電磁干擾。EMI會對電子設備的正常運行產生毀滅性影響，其結果既昂貴又危險。在醫(yī)療領域，電子設備（例如監(jiān)護儀，除顫器和呼吸機）的故障可能會造成嚴重后果，這就是一個例子。
如果未正確控制EMI，以下是電子設備可能遇到的一些問題：
通訊中斷。
對無線設備的干擾。
來自傳感器的數(shù)據(jù)損壞。
電子元件故障。
軟件錯誤或故障。
EMI的危害是雙重的：電子器件可能會受到傳入EMI的損害，或者電路板會產生輸出EMI，從而損壞其他電子器件。為了限制潛在的問題，有不同的標準來控制EMI輻射可接受和不可接受的范圍。例如，IEC 60601設定了醫(yī)療設備的標準，而CISPR 12和CISPR 25分別涵蓋了車輛外部和內部來源的干擾。
印刷電路板中最常見的EMI來源是板內部的，并且是由其布局問題引起的。如果不加以糾正，則由這些問題產生的EMI可能會破壞電路板的運行，直至最終導致故障。為避免這種情況，重要的是首先在電路板布局中使用良好的PCB設計技術，我們將在下面討論。
模擬組件之間的短直接路由。
模擬屏蔽始于良好的PCB設計
增強電子產品的抗EMI能力是電路板總體設計的一部分。以下是防止EMI時應考慮的PCB布局的四個主要領域：
板層堆疊
如何在PCB疊層中配置這些層是控制EMI必不可少的第一步。雖然減少層數(shù)以減少制造成本似乎很有吸引力，但該策略可能會損壞板的信號完整性。高速信號，靈敏的模擬網(wǎng)絡和嘈雜的電源電路都需要彼此隔離，并且可能需要在堆棧中添加其他層。為接地層提供足夠的層以屏蔽這些信號層免于發(fā)射或受到EMI的侵害也很重要。
元件放置
元件的放置方式也將極大地影響電路板屏蔽EMI問題的方式。以下是一些需要牢記的一般準則：
將模擬電路與數(shù)字電路分開。
將模擬組件緊密放置在一起，以縮短走線長度。
提供足夠的旁路電容器以確保干凈的供電網(wǎng)絡。
在您的PCB設計中包括低通濾波。
為確保您的PCB設計符合EMC要求，務必根據(jù)功能對PCB組件進行分組。您不希望數(shù)字電路流過電路板的模擬部分，除了那些將兩者直接連接在一起的信號。
電源和地平面
板層堆疊中的金屬平面提供了很多屏蔽，在帶狀線配置中，在兩個接地平面層之間的層上路由敏感信號是一種很好的做法。此外，以下是設計飛機時要記住的其他一些準則：
對于模擬和數(shù)字接地，請使用單獨的平面，以使其噪聲分開。
在不流經(jīng)模擬電路區(qū)域的平面中提供清晰的數(shù)字信號返回路徑。
請小心分離平面，切口或平面上的孔，以免EMI穿過并為清晰的信號返回路徑造成障礙。
避免使用分割平面，但是如果有必要，請確保分割僅在一點處相互連接。分離平面之間的多個連接點會產生環(huán)路，從而導致天線輻射EMI。
跟蹤路由
有了良好的組件放置，您將已經(jīng)具備最佳跟蹤布線的必要基礎。但是，遵循這些布線指南以最小化EMI仍然很重要：
保持模擬信號和數(shù)字信號彼此分離，并將敏感信號與其他路由隔離。
保持模擬路由簡短，并確保信號在其參考平面上具有清晰的返回路徑。
如果您沒有足夠的空間容納更寬的間隔，請使用保護走線來防止兩條并行模擬走線之間的串擾。如果需要，保護走線還可以幫助屏蔽模擬走線和數(shù)字走線。
使用過孔在電路的各個功能分區(qū)之間形成屏蔽邊界或柵欄。通孔圍欄既有效又易于安裝，但要權衡的是它們會占用電路板上的大量空間。
現(xiàn)在，我們已經(jīng)研究了一些有助于屏蔽的PCB設計準則，下面讓我們看一下在電路板上使用金屬屏蔽的方法。
電路板的模擬區(qū)域，用屏蔽層保護。
模擬布局中不同類型的屏蔽的注意事項
為了進一步屏蔽電路板免受EMI的影響，可以添加金屬屏蔽層或罐頭。目的是在板的關鍵區(qū)域中包含一個覆蓋所有四個側面和頂部的屏蔽層，同時將其焊接到組件下方的接地層，從而形成法拉第籠。在理想世界中，屏蔽層將完全封閉以阻止所有排放。然而，實際上，屏蔽層中需要有開口，用于調節(jié)，熱冷卻，接縫和電路板的焊點。
在電路板上使用屏蔽時，另一個要考慮的問題是，通常在自動PCB組裝后，通過人工焊接將它們連接到板上。這花費時間并且增加了板的制造費用。它還增加了調試和測試的復雜性，以及返工PCB時的難度。但是，金屬屏蔽確實可以大大提高對EMI的保護程度，并且通常是電路板的要求。PCB屏蔽可由鍍錫軋鋼，鍍錫銅，不銹鋼和其他材料制成。
非屏蔽電子產品可能導致的問題
許多類型的干擾都會影響電子設備的性能。這些包括地面反彈，串擾和電源噪聲。不過，最大的擔憂是電磁干擾。EMI會對電子設備的正常運行產生毀滅性影響，其結果既昂貴又危險。在醫(yī)療領域，電子設備（例如監(jiān)護儀，除顫器和呼吸機）的故障可能會造成嚴重后果，這就是一個例子。
如果未正確控制EMI，以下是電子設備可能遇到的一些問題：
通訊中斷。
對無線設備的干擾。
來自傳感器的數(shù)據(jù)損壞。
電子元件故障。
軟件錯誤或故障。
EMI的危害是雙重的：電子器件可能會受到傳入EMI的損害，或者電路板會產生輸出EMI，從而損壞其他電子器件。為了限制潛在的問題，有不同的標準來控制EMI輻射可接受和不可接受的范圍。例如，IEC 60601設定了醫(yī)療設備的標準，而CISPR 12和CISPR 25分別涵蓋了車輛外部和內部來源的干擾。
印刷電路板中最常見的EMI來源是板內部的，并且是由其布局問題引起的。如果不加以糾正，則由這些問題產生的EMI可能會破壞電路板的運行，直至最終導致故障。為避免這種情況，重要的是首先在電路板布局中使用良好的PCB設計技術，我們將在下面討論。
模擬組件之間的短直接路由。
模擬屏蔽始于良好的PCB設計
增強電子產品的抗EMI能力是電路板總體設計的一部分。以下是防止EMI時應考慮的PCB布局的四個主要領域：
板層堆疊
如何在PCB疊層中配置這些層是控制EMI必不可少的第一步。雖然減少層數(shù)以減少制造成本似乎很有吸引力，但該策略可能會損壞板的信號完整性。高速信號，靈敏的模擬網(wǎng)絡和嘈雜的電源電路都需要彼此隔離，并且可能需要在堆棧中添加其他層。為接地層提供足夠的層以屏蔽這些信號層免于發(fā)射或受到EMI的侵害也很重要。
元件放置
元件的放置方式也將極大地影響電路板屏蔽EMI問題的方式。以下是一些需要牢記的一般準則：
將模擬電路與數(shù)字電路分開。
將模擬組件緊密放置在一起，以縮短走線長度。
提供足夠的旁路電容器以確保干凈的供電網(wǎng)絡。
在您的PCB設計中包括低通濾波。
為確保您的PCB設計符合EMC要求，務必根據(jù)功能對PCB組件進行分組。您不希望數(shù)字電路流過電路板的模擬部分，除了那些將兩者直接連接在一起的信號。
電源和地平面
板層堆疊中的金屬平面提供了很多屏蔽，在帶狀線配置中，在兩個接地平面層之間的層上路由敏感信號是一種很好的做法。此外，以下是設計飛機時要記住的其他一些準則：
對于模擬和數(shù)字接地，請使用單獨的平面，以使其噪聲分開。
在不流經(jīng)模擬電路區(qū)域的平面中提供清晰的數(shù)字信號返回路徑。
請小心分離平面，切口或平面上的孔，以免EMI穿過并為清晰的信號返回路徑造成障礙。
避免使用分割平面，但是如果有必要，請確保分割僅在一點處相互連接。分離平面之間的多個連接點會產生環(huán)路，從而導致天線輻射EMI。
跟蹤路由
有了良好的組件放置，您將已經(jīng)具備最佳跟蹤布線的必要基礎。但是，遵循這些布線指南以最小化EMI仍然很重要：
保持模擬信號和數(shù)字信號彼此分離，并將敏感信號與其他路由隔離。
保持模擬路由簡短，并確保信號在其參考平面上具有清晰的返回路徑。
如果您沒有足夠的空間容納更寬的間隔，請使用保護走線來防止兩條并行模擬走線之間的串擾。如果需要，保護走線還可以幫助屏蔽模擬走線和數(shù)字走線。
使用過孔在電路的各個功能分區(qū)之間形成屏蔽邊界或柵欄。通孔圍欄既有效又易于安裝，但要權衡的是它們會占用電路板上的大量空間。
現(xiàn)在，我們已經(jīng)研究了一些有助于屏蔽的PCB設計準則，下面讓我們看一下在電路板上使用金屬屏蔽的方法。
電路板的模擬區(qū)域，用屏蔽層保護。
模擬布局中不同類型的屏蔽的注意事項
為了進一步屏蔽電路板免受EMI的影響，可以添加金屬屏蔽層或罐頭。目的是在板的關鍵區(qū)域中包含一個覆蓋所有四個側面和頂部的屏蔽層，同時將其焊接到組件下方的接地層，從而形成法拉第籠。在理想世界中，屏蔽層將完全封閉以阻止所有排放。然而，實際上，屏蔽層中需要有開口，用于調節(jié)，熱冷卻，接縫和電路板的焊點。
在電路板上使用屏蔽時，另一個要考慮的問題是，通常在自動PCB組裝后，通過人工焊接將它們連接到板上。這花費時間并且增加了板的制造費用。它還增加了調試和測試的復雜性，以及返工PCB時的難度。但是，金屬屏蔽確實可以大大提高對EMI的保護程度，并且通常是電路板的要求。PCB屏蔽可由鍍錫軋鋼，鍍錫銅，不銹鋼和其他材料制成。
標簽：PCB設計
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