EMI (elektromagnetické rušení) a RFI (radiofrekvenční rušení) jsou běžné problémy při navrhování desek plošných spojů (PCB). V rigid-flex designu PCB vyžadují tyto problémy zvláštní zvážení kvůli kombinaci tuhých a flexibilních oblastí. Zde Tento článek prozkoumá různé strategie a techniky k zajištění účinného stínění EMI/RFI v konstrukcích pevných ohebných desek, aby se minimalizovalo rušení a maximalizoval výkon.

Porozumění EMI a RFI v pevné flexibilní desce plošných spojů:

Co jsou EMI a RFI:

EMI znamená elektromagnetické rušení a RFI znamená vysokofrekvenční rušení. EMI i RFI označují jev, při kterém nežádoucí elektromagnetické signály narušují normální funkci elektronických zařízení a systémů. Tyto rušivé signály mohou zhoršit kvalitu signálu, zkreslit přenos dat a dokonce způsobit úplné selhání systému.

Jak mohou nepříznivě ovlivnit elektronická zařízení a systémy:

EMI a RFI mohou nepříznivě ovlivnit elektronická zařízení a systémy různými způsoby. Mohou narušit správnou činnost citlivých obvodů a způsobit chyby nebo poruchy. V digitálních systémech může EMI a RFI způsobit poškození dat, což má za následek chyby nebo ztrátu informací. V analogových systémech zavádějí rušivé signály šum, který zkresluje původní signál a snižuje kvalitu výstupu zvuku nebo videa. EMI a RFI mohou také ovlivnit výkon bezdrátových komunikačních systémů a způsobit snížení dosahu, přerušení hovorů nebo ztrátu spojení.

Zdroje EMI/RFI:

Zdroje EMI/RFI jsou různé a mohou být způsobeny vnějšími a vnitřními faktory. Mezi vnější zdroje patří elektromagnetická pole z elektrického vedení, elektromotorů, rádiových vysílačů, radarových systémů a úderů blesku. Tyto externí zdroje mohou generovat silné elektromagnetické signály, které mohou vyzařovat a spojovat se s blízkými elektronickými zařízeními, což způsobuje rušení. Interní zdroje EMI/RFI mohou zahrnovat součásti a obvody v samotném zařízení. Spínací prvky, vysokorychlostní digitální signály a nesprávné uzemnění mohou v zařízení generovat elektromagnetické záření, které může rušit blízké citlivé obvody.

Význam stínění EMI/RFI v designu pevných desek plošných spojů:

Důležitost stínění EMI/RFI v designu pevných desek plošných spojů:

Stínění EMI/RFI hraje zásadní roli při návrhu desek plošných spojů, zejména u citlivých elektronických zařízení, jako jsou lékařská zařízení, letecké systémy a komunikační zařízení. Hlavním důvodem implementace stínění EMI/RFI je ochrana těchto zařízení před negativními účinky elektromagnetického a vysokofrekvenčního rušení.

Negativní účinky EMI/RFI:

Jedním z hlavních problémů EMI/RFI je útlum signálu. Pokud je elektronické zařízení vystaveno elektromagnetickému rušení, může být ovlivněna kvalita a integrita signálu. To může vést k poškození dat, komunikačním chybám a ztrátě důležitých informací. V citlivých aplikacích, jako jsou lékařská zařízení a letecké systémy, mohou mít tyto útlumy signálu vážné důsledky, které mohou ovlivnit bezpečnost pacienta nebo ohrozit výkon kritických systémů;

Selhání zařízení je dalším důležitým problémem způsobeným EMI/RFI. Rušivé signály mohou narušit normální provoz elektronických obvodů a způsobit jejich poruchu nebo úplné selhání. To může vést k prostojům zařízení, nákladným opravám a potenciálním bezpečnostním rizikům. Například u lékařských zařízení může rušení EMI/RFI způsobit nesprávné údaje, nesprávné dávkování a dokonce selhání zařízení během kritických procesů.

Ztráta dat je dalším důsledkem rušení EMI/RFI. V aplikacích, jako jsou komunikační zařízení, může rušení způsobit přerušení hovorů, ztrátu spojení nebo poškození datových přenosů. To může mít nepříznivý dopad na komunikační systémy, ovlivnit produktivitu, obchodní operace a spokojenost zákazníků.

Pro zmírnění těchto negativních jevů je EMI/RFI stínění začleněno do pevného ohebného designu PCB. Stínící materiály, jako jsou kovová pouzdra, vodivé povlaky a stínící plechovky, vytvářejí bariéru mezi citlivými elektronickými součástkami a vnějšími zdroji rušení. Stínící vrstva funguje jako stínění pro pohlcování nebo odrážení rušivých signálů, čímž zabraňuje pronikání rušivých signálů do tuhé ohebné desky, čímž zajišťuje integritu a spolehlivost elektronického zařízení.

Klíčové úvahy pro stínění EMI/RFI při výrobě pevných desek plošných spojů:

Jedinečné výzvy, kterým čelí design pevných desek plošných spojů:

Pevně ​​ohebné návrhy desek plošných spojů kombinují tuhé a ohebné oblasti, což představuje jedinečné výzvy pro stínění EMI/RFI. Ohebná část DPS funguje jako anténa, vysílá a přijímá elektromagnetické vlny. To zvyšuje náchylnost citlivých součástí na elektromagnetické rušení. Implementace účinných technik stínění EMI/RFI v rychloobrátkových konstrukcích pevných flex PCB je proto zásadní.

Zaměřte se na potřebu správných technik uzemnění a strategií stínění:

Správné techniky uzemnění jsou zásadní pro izolaci citlivých součástí od elektromagnetického rušení. Uzemňovací plochy by měly být umístěny strategicky, aby bylo zajištěno účinné uzemnění celých pevných ohebných obvodů. Tyto zemnící plochy fungují jako stínění a poskytují nízkoimpedanční cestu pro EMI/RFI mimo citlivé komponenty. Použití více zemních ploch také pomáhá minimalizovat přeslechy a snížit šum EMI/RFI.

Strategie stínění také hrají zásadní roli v prevenci EMI/RFI. Zakrytí citlivých součástí nebo kritických částí desky plošných spojů vodivým stíněním může pomoci omezit a blokovat rušení. Materiály stínění EMI/RFI, jako jsou vodivé fólie nebo povlaky, lze také použít na obvody s pevnou pružností nebo na specifické oblasti, aby poskytly další ochranu před vnějšími zdroji rušení.

Důležitost optimalizace rozložení, umístění komponent a směrování signálu:

Optimalizace rozvržení, umístění komponent a směrování signálu jsou zásadní pro minimalizaci problémů s EMI/RFI v návrzích pevných desek plošných spojů. Správný návrh uspořádání zajišťuje, že citlivé komponenty jsou drženy mimo potenciální zdroje EMI/RFI, jako jsou vysokofrekvenční obvody nebo napájecí trasování. Stopy signálu by měly být směrovány řízeným a organizovaným způsobem, aby se omezilo přeslechy a minimalizovala délka vysokorychlostních signálových cest. Je také důležité udržovat správné rozestupy mezi stopami a držet je mimo potenciální zdroje rušení. Dalším důležitým aspektem je umístění komponent. Umístění citlivých součástí blízko zemní plochy pomáhá minimalizovat vazbu EMI/RFI. Komponenty, které mají vysoké emise nebo jsou citlivé, by měly být co nejvíce izolovány od ostatních komponentů nebo citlivých oblastí.

Běžné techniky stínění EMI/RFI:

Výhody a omezení každé techniky a jejich použitelnost pro pevné-flex návrhy PCB Pokyny:

Správný design krytu:Dobře navržená skříň funguje jako stínění od externích zdrojů EMI/RFI. Kovové kryty, jako je hliník nebo ocel, poskytují vynikající stínění. Kryt by měl být řádně uzemněn, aby se zabránilo jakémukoli vnějšímu rušení v dostatečné vzdálenosti od citlivých součástí. V flex-tuhém designu PCB však flex oblast představuje výzvu k dosažení správného stínění krytu.

Stínící nátěr:Aplikace stínícího povlaku, jako je vodivá barva nebo sprej, na povrch PCB může pomoci minimalizovat účinky EMI/RFI. Tyto povlaky se skládají z kovových částic nebo vodivých materiálů, jako je uhlík, které tvoří vodivou vrstvu, která odráží a pohlcuje elektromagnetické vlny. Nátěry Shield lze selektivně aplikovat na specifické oblasti náchylné k EMI/RFI. Vzhledem ke své omezené flexibilitě však nátěry nemusí být vhodné pro flexibilní oblasti desek rigid-flex.

Stínící plechovka:Stínící plechovka, známá také jako Faradayova klec, je kovový kryt, který poskytuje lokalizované stínění pro konkrétní součást nebo část prototypu tuhého ohebného obvodu. Tyto plechovky lze namontovat přímo na citlivé komponenty, aby se zabránilo rušení EMI/RFI. Stíněné plechovky jsou zvláště účinné pro vysokofrekvenční signály. Použití stínících plechovek v ohebných oblastech však může být náročné kvůli jejich omezené flexibilitě v provedeních pevných a ohebných desek plošných spojů.

Vodivá těsnění:Vodivá těsnění se používají k utěsnění mezer mezi pouzdry, kryty a konektory, čímž je zajištěna spojitá vodivá cesta. Poskytují stínění EMI/RFI a těsnění proti okolnímu prostředí. Vodivá těsnění jsou obvykle vyrobena z vodivého elastomeru, metalizované tkaniny nebo vodivé pěny. Mohou být stlačeny, aby zajistily dobrý elektrický kontakt mezi protilehlými povrchy. Vodivé distanční vložky jsou vhodné pro designy desek plošných spojů rigid-flex, protože se mohou přizpůsobit ohybu desky plošných spojů rigid-flex.

Jak používat stínící materiály, jako jsou vodivé fólie, filmy a barvy, aby se minimalizovaly efekty EMI/RFI:

Pro minimalizaci EMI/RFI efektů používejte stínící materiály, jako jsou vodivé fólie, filmy a barvy. Vodivá fólie, jako je měděná nebo hliníková fólie, může být aplikována na specifické oblasti flex-rigid PCB pro lokalizované stínění. Vodivé fólie jsou tenké listy vodivého materiálu, které lze laminovat na povrch vícevrstvé rigid-flex desky nebo integrovat do Rigid Flex Pcb Stackup. Vodivý nátěr nebo sprej lze selektivně aplikovat na oblasti náchylné k EMI/RFI.

Výhodou těchto stínících materiálů je jejich flexibilita, která jim umožňuje přizpůsobit se obrysům pevných-flex desek plošných spojů. Tyto materiály však mohou mít omezení účinnosti stínění, zejména při vyšších frekvencích. Jejich správná aplikace, jako je pečlivé umístění a pokrytí, je rozhodující pro zajištění účinného stínění.

Strategie uzemnění a stínění:

Získejte přehled o účinných technikách uzemnění:

Technologie uzemnění:Uzemnění do hvězdy: Při uzemnění do hvězdy se středový bod používá jako referenční zem a všechna zemní spojení jsou přímo připojena k tomuto bodu. Tato technologie pomáhá předcházet zemním smyčkám tím, že minimalizuje potenciální rozdíly mezi různými součástmi a snižuje rušení šumem. Běžně se používá v audio systémech a citlivých elektronických zařízeních.

Konstrukce pozemního letadla:Zemnicí plocha je velká vodivá vrstva ve vícevrstvé pevné a flexibilní desce s plošnými spoji, která funguje jako referenční zem. Zemní plocha poskytuje nízkoimpedanční cestu pro zpětný proud, což pomáhá řídit EMI/RFI. Dobře navržená zemnící plocha by měla pokrývat celý rigid-flex tištěný obvod a měla by být připojena ke spolehlivému uzemňovacímu bodu. Pomáhá minimalizovat impedanci země a snižuje vliv šumu na signál.

Význam stínění a jak jej navrhnout:

Význam stínění: Stínění je proces uzavření citlivých součástí nebo obvodů vodivým materiálem, aby se zabránilo pronikání elektromagnetických polí. Je zásadní pro minimalizaci EMI/RFI a zachování integrity signálu. Stínění lze dosáhnout použitím kovových krytů, vodivých povlaků, stínících plechovek nebo vodivých těsnění.

Design štítu:

Stínění skříně:Kovové kryty se často používají k ochraně elektronických zařízení. Pouzdro by mělo být řádně uzemněno, aby poskytovalo účinnou stínící cestu a omezovalo účinky externího EMI/RFI.

Stínící nátěr:Vodivé povlaky, jako je vodivá barva nebo vodivý sprej, mohou být aplikovány na povrch desek s tištěnými spoji nebo pouzdra s pevným ohybem, aby se vytvořila vodivá vrstva, která odráží nebo absorbuje elektromagnetické vlny.
Stínící plechovky: Stínící plechovky, známé také jako Faradayovy klece, jsou kovové kryty, které poskytují částečné stínění pro konkrétní komponenty. Mohou být namontovány přímo na citlivé komponenty, aby se zabránilo rušení EMI/RFI.

Vodivá těsnění:Vodivá těsnění se používají k utěsnění mezer mezi kryty, kryty nebo konektory. Poskytují stínění EMI/RFI a těsnění proti okolnímu prostředí.

Koncepce účinnosti stínění a výběr vhodných stínících materiálů:

Účinnost stínění a výběr materiálu:Účinnost stínění měří schopnost materiálu tlumit a odrážet elektromagnetické vlny. Obvykle se vyjadřuje v decibelech (dB) a udává míru útlumu signálu dosaženého stínícím materiálem. Při výběru stínícího materiálu je důležité zvážit jeho účinnost stínění, vodivost, flexibilitu a kompatibilitu se systémovými požadavky.

Pokyny pro návrh EMC:

osvědčené postupy pro návrh směrnic EMC (elektromagnetická kompatibilita) a důležitost souladu s průmyslem EMC

normy a předpisy:

Minimalizovat oblast smyčky:Zmenšení oblasti smyčky pomáhá minimalizovat indukčnost smyčky, čímž se snižuje pravděpodobnost EMI. Toho lze dosáhnout zachováním krátkých tras, použitím pevné zemní plochy a vyvarováním se velkých smyček v uspořádání obvodu.

Snižte vysokorychlostní směrování signálu:Vysokorychlostní signály budou generovat více elektromagnetického záření, čímž se zvýší možnost rušení. Chcete-li to zmírnit, zvažte implementaci trasování řízené impedance, použití dobře navržených zpětných cest signálu a použití technik stínění, jako je diferenciální signalizace a přizpůsobení impedance.

Vyhněte se paralelnímu směrování:Paralelní směrování signálových tras může vést k nezamýšlené vazbě a přeslechům, což může vést k problémům s rušením. Místo toho použijte vertikální nebo úhlové směrování, abyste minimalizovali blízkost mezi kritickými signály.

Shoda se standardy a předpisy EMC:Soulad s průmyslovými standardy EMC, jako jsou standardy stanovené FCC, je zásadní pro zajištění spolehlivosti zařízení a zabránění rušení s jinými zařízeními. Shoda s těmito předpisy vyžaduje důkladné testování a ověřování zařízení na elektromagnetické emise a citlivost.

Implementujte techniky uzemnění a stínění:Správné uzemnění a techniky stínění jsou zásadní pro kontrolu elektromagnetických emisí a citlivosti. Vždy se řiďte jedním uzemňovacím bodem, implementujte hvězdicové uzemnění, použijte zemnicí plochu a používejte stínící materiály, jako jsou vodivé kryty nebo povlaky.

Proveďte simulaci a testování:Simulační nástroje mohou pomoci identifikovat potenciální problémy EMC již ve fázi návrhu. Důkladné testování musí být provedeno také pro ověření výkonu zařízení a zajištění shody s požadovanými normami EMC.

Dodržováním těchto pokynů mohou konstruktéři zlepšit EMC výkon elektronických zařízení a minimalizovat riziko elektromagnetického rušení, zajistit jejich spolehlivý provoz a kompatibilitu s jinými zařízeními v elektromagnetickém prostředí.

Testování a ověřování:

Důležitost testování a ověřování pro zajištění účinného stínění EMI/RFI v provedeních pevných desek plošných spojů:

Testování a ověřování hrají zásadní roli při zajišťování účinnosti stínění EMI/RFI v konstrukcích pevných desek plošných spojů. Účinné stínění je nezbytné pro zabránění elektromagnetickému rušení a zachování výkonu a spolehlivosti zařízení.

Testovací metody:

Skenování v blízkém poli:Skenování blízkého pole se používá k měření vyzařovaných emisí obvodů rigid-flex a identifikaci zdrojů elektromagnetického záření. Pomáhá přesně určit oblasti, které vyžadují dodatečné stínění, a lze jej použít během fáze návrhu k optimalizaci umístění stínění.

Celovlnová analýza:K výpočtu elektromagnetického chování flexi tuhého návrhu PCB se používá celovlnná analýza, jako je simulace elektromagnetického pole. Poskytuje náhled na potenciální problémy EMI/RFI, jako je vazba a rezonance, a pomáhá optimalizovat techniky stínění.

Testování citlivosti:Testování citlivosti hodnotí schopnost zařízení odolávat vnějšímu elektromagnetickému rušení. Zahrnuje vystavení zařízení řízenému elektromagnetickému poli a vyhodnocení jeho výkonu. Toto testování pomáhá identifikovat slabá místa v designu štítu a provést nezbytná vylepšení.

Testování shody EMI/RFI:Testování shody zajišťuje, že zařízení splňuje požadované normy a předpisy pro elektromagnetickou kompatibilitu. Tyto testy zahrnují hodnocení vyzařovaných a vedených emisí a citlivosti na vnější rušení. Testování shody pomáhá ověřit účinnost opatření stínění a zajišťuje kompatibilitu zařízení s jinými elektronickými systémy.

Budoucí vývoj v EMI/RFI stínění:

Probíhající výzkum a vznikající technologie v oblasti stínění EMI/RFI se zaměřují na zlepšení výkonu a účinnosti. Nanomateriály, jako jsou vodivé polymery a uhlíkové nanotrubice, poskytují zvýšenou vodivost a flexibilitu, což umožňuje, aby byly stínící materiály tenčí a lehčí. Pokročilé konstrukce stínění, jako jsou vícevrstvé struktury s optimalizovanou geometrií, zvyšují účinnost stínění. Navíc integrace funkcí bezdrátové komunikace do stínících materiálů může monitorovat výkon stínění v reálném čase a automaticky upravovat výkon stínění. Tento vývoj je zaměřen na řešení rostoucí složitosti a hustoty elektronických zařízení a zároveň zajišťuje spolehlivou ochranu proti rušení EMI/RFI.

Závěr:

Efektivní stínění EMI/RFI v provedeních pevných ohebných desek je zásadní pro zajištění optimálního výkonu a spolehlivosti elektronických zařízení. Pochopením souvisejících výzev a implementací správných technik stínění, optimalizace uspořádání, strategií uzemnění a dodržováním průmyslových standardů mohou návrháři zmírnit problémy EMI/RFI a minimalizovat riziko rušení. Pravidelné testování, ověřování a pochopení budoucího vývoje stínění EMI/RFI přispěje k úspěšnému návrhu PCB, který splňuje požadavky dnešního světa založeného na technologiích.
Shenzhen Capel Technology Co., Ltd.established vlastní továrnu na pevné desky Flex v roce 2009 a je profesionálním výrobcem pevných desek Flex Rigid. S 15 lety bohatých projektových zkušeností, přísným procesním tokem, vynikajícími technickými možnostmi, pokročilým automatizačním zařízením, komplexním systémem kontroly kvality a společnost Capel má tým profesionálních odborníků, který poskytuje globálním zákazníkům vysoce přesné a vysoce kvalitní pevné desky Rigid Flex Rigid PCB, Rigid Flex PCB Fabrication, Fast Turn Rigid Flex PCB, Naše citlivé předprodejní a poprodejní technické služby a včasná dodávka umožňují našim klientům rychle využít tržní příležitosti pro jejich projekty.