PCB設(shè)計(jì)要考慮的模擬布局中的不同類型的屏蔽
電路板可能會(huì)受到傳入電磁干擾（EMI）的影響，并且還會(huì)影響其他具有傳出EMI的電子設(shè)備。有許多解決方案來(lái)阻止干擾，包括使用金屬屏蔽層或罐頭。關(guān)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(kāi)始。
非屏蔽電子產(chǎn)品可能導(dǎo)致的問(wèn)題
許多類型的干擾都會(huì)影響電子設(shè)備的性能。這些包括地面反彈，串?dāng)_和電源噪聲。不過(guò)，最大的擔(dān)憂是電磁干擾。EMI會(huì)對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生毀滅性影響，其結(jié)果既昂貴又危險(xiǎn)。在醫(yī)療領(lǐng)域，電子設(shè)備（例如監(jiān)護(hù)儀，除顫器和呼吸機(jī)）的故障可能會(huì)造成嚴(yán)重后果，這就是一個(gè)例子。
如果未正確控制EMI，以下是電子設(shè)備可能遇到的一些問(wèn)題：
通訊中斷。
對(duì)無(wú)線設(shè)備的干擾。
來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)損壞。
電子元件故障。
軟件錯(cuò)誤或故障。
EMI的危害是雙重的：電子器件可能會(huì)受到傳入EMI的損害，或者電路板會(huì)產(chǎn)生輸出EMI，從而損壞其他電子器件。為了限制潛在的問(wèn)題，有不同的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制EMI輻射可接受和不可接受的范圍。例如，IEC 60601設(shè)定了醫(yī)療設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，而CISPR 12和CISPR 25分別涵蓋了車輛外部和內(nèi)部來(lái)源的干擾。
印刷電路板中最常見(jiàn)的EMI來(lái)源是板內(nèi)部的，并且是由其布局問(wèn)題引起的。如果不加以糾正，則由這些問(wèn)題產(chǎn)生的EMI可能會(huì)破壞電路板的運(yùn)行，直至最終導(dǎo)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(shè)計(jì)技術(shù)，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(shè)計(jì)
增強(qiáng)電子產(chǎn)品的抗EMI能力是電路板總體設(shè)計(jì)的一部分。以下是防止EMI時(shí)應(yīng)考慮的PCB布局的四個(gè)主要領(lǐng)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(huì)損壞板的信號(hào)完整性。高速信號(hào)，靈敏的模擬網(wǎng)絡(luò)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(hào)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(wèn)題的方式。以下是一些需要牢記的一般準(zhǔn)則：
將模擬電路與數(shù)字電路分開(kāi)。
將模擬組件緊密放置在一起，以縮短走線長(zhǎng)度。
提供足夠的旁路電容器以確保干凈的供電網(wǎng)絡(luò)。
在您的PCB設(shè)計(jì)中包括低通濾波。
為確保您的PCB設(shè)計(jì)符合EMC要求，務(wù)必根據(jù)功能對(duì)PCB組件進(jìn)行分組。您不希望數(shù)字電路流過(guò)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(hào)。
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(gè)接地平面層之間的層上路由敏感信號(hào)是一種很好的做法。此外，以下是設(shè)計(jì)飛機(jī)時(shí)要記住的其他一些準(zhǔn)則：
對(duì)于模擬和數(shù)字接地，請(qǐng)使用單獨(dú)的平面，以使其噪聲分開(kāi)。
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(hào)返回路徑。
請(qǐng)小心分離平面，切口或平面上的孔，以免EMI穿過(guò)并為清晰的信號(hào)返回路徑造成障礙。
避免使用分割平面，但是如果有必要，請(qǐng)確保分割僅在一點(diǎn)處相互連接。分離平面之間的多個(gè)連接點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生環(huán)路，從而導(dǎo)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(chǔ)。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(hào)和數(shù)字信號(hào)彼此分離，并將敏感信號(hào)與其他路由隔離。
保持模擬路由簡(jiǎn)短，并確保信號(hào)在其參考平面上具有清晰的返回路徑。
如果您沒(méi)有足夠的空間容納更寬的間隔，請(qǐng)使用保護(hù)走線來(lái)防止兩條并行模擬走線之間的串?dāng)_。如果需要，保護(hù)走線還可以幫助屏蔽模擬走線和數(shù)字走線。
使用過(guò)孔在電路的各個(gè)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(quán)衡的是它們會(huì)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(shè)計(jì)準(zhǔn)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(hù)。
模擬布局中不同類型的屏蔽的注意事項(xiàng)
為了進(jìn)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(guān)鍵區(qū)域中包含一個(gè)覆蓋所有四個(gè)側(cè)面和頂部的屏蔽層，同時(shí)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(shí)際上，屏蔽層中需要有開(kāi)口，用于調(diào)節(jié)，熱冷卻，接縫和電路板的焊點(diǎn)。
在電路板上使用屏蔽時(shí)，另一個(gè)要考慮的問(wèn)題是，通常在自動(dòng)PCB組裝后，通過(guò)人工焊接將它們連接到板上。這花費(fèi)時(shí)間并且增加了板的制造費(fèi)用。它還增加了調(diào)試和測(cè)試的復(fù)雜性，以及返工PCB時(shí)的難度。但是，金屬屏蔽確實(shí)可以大大提高對(duì)EMI的保護(hù)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(chǎn)品可能導(dǎo)致的問(wèn)題
許多類型的干擾都會(huì)影響電子設(shè)備的性能。這些包括地面反彈，串?dāng)_和電源噪聲。不過(guò)，最大的擔(dān)憂是電磁干擾。EMI會(huì)對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生毀滅性影響，其結(jié)果既昂貴又危險(xiǎn)。在醫(yī)療領(lǐng)域，電子設(shè)備（例如監(jiān)護(hù)儀，除顫器和呼吸機(jī)）的故障可能會(huì)造成嚴(yán)重后果，這就是一個(gè)例子。
如果未正確控制EMI，以下是電子設(shè)備可能遇到的一些問(wèn)題：
通訊中斷。
對(duì)無(wú)線設(shè)備的干擾。
來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)損壞。
電子元件故障。
軟件錯(cuò)誤或故障。
EMI的危害是雙重的：電子器件可能會(huì)受到傳入EMI的損害，或者電路板會(huì)產(chǎn)生輸出EMI，從而損壞其他電子器件。為了限制潛在的問(wèn)題，有不同的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制EMI輻射可接受和不可接受的范圍。例如，IEC 60601設(shè)定了醫(yī)療設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，而CISPR 12和CISPR 25分別涵蓋了車輛外部和內(nèi)部來(lái)源的干擾。
印刷電路板中最常見(jiàn)的EMI來(lái)源是板內(nèi)部的，并且是由其布局問(wèn)題引起的。如果不加以糾正，則由這些問(wèn)題產(chǎn)生的EMI可能會(huì)破壞電路板的運(yùn)行，直至最終導(dǎo)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(shè)計(jì)技術(shù)，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(shè)計(jì)
增強(qiáng)電子產(chǎn)品的抗EMI能力是電路板總體設(shè)計(jì)的一部分。以下是防止EMI時(shí)應(yīng)考慮的PCB布局的四個(gè)主要領(lǐng)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(huì)損壞板的信號(hào)完整性。高速信號(hào)，靈敏的模擬網(wǎng)絡(luò)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(hào)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(wèn)題的方式。以下是一些需要牢記的一般準(zhǔn)則：
將模擬電路與數(shù)字電路分開(kāi)。
將模擬組件緊密放置在一起，以縮短走線長(zhǎng)度。
提供足夠的旁路電容器以確保干凈的供電網(wǎng)絡(luò)。
在您的PCB設(shè)計(jì)中包括低通濾波。
為確保您的PCB設(shè)計(jì)符合EMC要求，務(wù)必根據(jù)功能對(duì)PCB組件進(jìn)行分組。您不希望數(shù)字電路流過(guò)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(hào)。
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(gè)接地平面層之間的層上路由敏感信號(hào)是一種很好的做法。此外，以下是設(shè)計(jì)飛機(jī)時(shí)要記住的其他一些準(zhǔn)則：
對(duì)于模擬和數(shù)字接地，請(qǐng)使用單獨(dú)的平面，以使其噪聲分開(kāi)。
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(hào)返回路徑。
請(qǐng)小心分離平面，切口或平面上的孔，以免EMI穿過(guò)并為清晰的信號(hào)返回路徑造成障礙。
避免使用分割平面，但是如果有必要，請(qǐng)確保分割僅在一點(diǎn)處相互連接。分離平面之間的多個(gè)連接點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生環(huán)路，從而導(dǎo)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(chǔ)。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(hào)和數(shù)字信號(hào)彼此分離，并將敏感信號(hào)與其他路由隔離。
保持模擬路由簡(jiǎn)短，并確保信號(hào)在其參考平面上具有清晰的返回路徑。
如果您沒(méi)有足夠的空間容納更寬的間隔，請(qǐng)使用保護(hù)走線來(lái)防止兩條并行模擬走線之間的串?dāng)_。如果需要，保護(hù)走線還可以幫助屏蔽模擬走線和數(shù)字走線。
使用過(guò)孔在電路的各個(gè)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(quán)衡的是它們會(huì)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(shè)計(jì)準(zhǔn)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(hù)。
模擬布局中不同類型的屏蔽的注意事項(xiàng)
為了進(jìn)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(guān)鍵區(qū)域中包含一個(gè)覆蓋所有四個(gè)側(cè)面和頂部的屏蔽層，同時(shí)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(shí)際上，屏蔽層中需要有開(kāi)口，用于調(diào)節(jié)，熱冷卻，接縫和電路板的焊點(diǎn)。
在電路板上使用屏蔽時(shí)，另一個(gè)要考慮的問(wèn)題是，通常在自動(dòng)PCB組裝后，通過(guò)人工焊接將它們連接到板上。這花費(fèi)時(shí)間并且增加了板的制造費(fèi)用。它還增加了調(diào)試和測(cè)試的復(fù)雜性，以及返工PCB時(shí)的難度。但是，金屬屏蔽確實(shí)可以大大提高對(duì)EMI的保護(hù)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(biāo)簽：PCB設(shè)計(jì)
