PCB设计中需要考虑的模拟布局中不同类型的屏蔽
关键的外卖
了解未屏蔽电子产品的潜在问题。
探索PCB设计策略和指导方针可以帮助。
了解如何在下一个PCB布局中使用金属屏蔽。
中世纪骑士的经典形象是身披金属盔甲，手持长枪或长剑，并装备盾牌进行防御。事实上，骑士的防御不仅仅是他的盾牌。首先是骑士的训练，包括他所穿的笨重的盔甲，甚至还得到了为他扛盔甲的年轻乡绅的帮助。尽管我们今天并不需要骑士的服务，但同样的多层防御方法仍然很重要，特别是在PCB设计中。
电路板会受到外来电磁干扰(EMI)的伤害，也会影响其他有外来电磁干扰的电子产品。有许多解决方案来阻止干扰，包括使用金属屏蔽或罐。关键是在模拟布局中使用这些不同类型的屏蔽，首先从良好的PCB布局策略．
如果你一直在与诸如此类的EMI问题作斗争，那么下面列出的想法很可能会有所帮助。
未屏蔽电子产品可能导致的问题
许多类型的干扰会影响电子产品的性能。这些噪音包括地面反弹、相声和电源噪音。然而，最大的担忧是电磁干扰。电磁干扰会对电子设备的正常运行产生毁灭性的影响，其结果既昂贵又危险。一个例子是在医疗领域，电子设备(如监控器、除颤器和呼吸机)的故障可能会造成严重后果。
如果EMI没有得到适当的控制，电子设备可能会遇到以下一些问题:
通信的中断。
干扰无线设备。
来自传感器的数据损坏。
电子元件故障。
软件错误或失败。
电磁干扰的危险是双重的:电子产品可能会受到传入的电磁干扰的伤害，或者电路板可能产生外向的电磁干扰，从而损坏其他电子产品。为了限制潜在的问题，有不同的标准来管理什么是可接受的，什么是不可接受的EMI排放。IEC 60601例如，为医疗设备制定标准，而CISPR 12而且CISPR 25分别覆盖车辆内部和外部干扰。
印刷电路板中最常见的电磁干扰来源是电路板内部，源于其布局问题。如果不加以纠正，这些问题产生的电磁干扰会破坏电路板的操作，最终导致故障。为了防止这种情况的发生，在电路板的布局中使用良好的PCB设计技术是很重要的，这是我们接下来要看的。
模拟组件之间的短直接路由。
模拟屏蔽始于良好的PCB设计
加强电子设备对抗EMI需要成为电路板整体设计的一部分。以下是PCB布局中应考虑的EMI预防的四个主要领域:
板层分层盘旋飞行
如何在PCB堆叠中配置层是控制EMI的关键第一步。虽然减少层数以减少制造费用似乎很有吸引力，但这种策略可能会损害电路板的信号完整性。高速信号、敏感模拟网络和噪声电源电路都需要相互隔离，这可能需要额外的堆叠层。提供足够的资金也很重要地面层来保护这些信号层不受电磁干扰的影响。
组件的位置
组件的放置方式也会对电路板的电磁干扰问题产生很大影响。这里有一些通用的指导方针需要记住:
保持模拟电路与数字电路分离。
保持模拟组件紧密地放置在一起，以保持它们的跟踪长度较短。
提供足够的旁路电容器，以确保清洁的供电网络。
在你的设计中包含低通滤波。
为了确保您的设计是兼容EMC的，重要的是保持PCB组件根据它们的功能分组。你不希望数字电路流过板的模拟部分，除了那些直接连接两者的信号。
电力和地面飞机
在板层堆叠中的金属平面提供了很多屏蔽，并且在条带线配置的两个接面层之间的层上路由敏感信号是一个很好的实践。此外，在设计你的飞机时，这里还有一些其他的指导方针:
使用单独的平面模拟和数字地面把它们的声音分开。
在不流经模拟电路区域的平面中提供清晰的数字信号返回路径。
要小心分割平面，切口，或平面上的洞，允许EMI通过，可以为清晰的信号返回路径创造障碍。
避免使用分割平面，但如果它们是必要的，请确保分割只在一点上相互连接。分裂平面之间的多个连接点可以产生环路，从而产生辐射EMI的天线。
跟踪路由
有了良好的组件放置，您就已经为最佳跟踪路由奠定了必要的基础。然而，遵循以下路由指南来最小化EMI仍然很重要:
将模拟信号和数字信号隔离，将敏感信号与其他路由隔离。
保持模拟路由较短，并确保信号在参考平面上有明确的返回路径。
如果没有足够的空间进行更宽的间距，可以使用保护迹线来防止两个并行模拟迹线之间的串扰。如果需要，防护痕迹还有助于在模拟和数字痕迹之间屏蔽。
使用通孔在电路的功能分区之间形成屏蔽边界或栅栏。通过篱笆有效且易于安装，但代价是它们会占用电路板上的大量空间。
现在我们已经检查了一些PCB设计指南，可以帮助屏蔽，让我们看看在电路板上使用金属屏蔽。
用屏蔽板保护的模拟区域。
模拟布局中不同类型屏蔽的注意事项
为了进一步屏蔽电路板免受电磁干扰的影响，可以添加金属屏蔽或金属罐。目标是包含一个关键区域的板与屏蔽覆盖所有的四个方面和顶部，而焊接到地面下的组件创建法拉第笼。在一个完美的世界里，防护罩应该是完全封闭的，以阻挡所有的排放物。然而，实际情况下，需要在屏蔽的调整，热冷却，接缝，和板焊点的开口。
在电路板上使用屏蔽板的另一个需要考虑的问题是，它们通常是在自动PCB组装后的手工焊接过程中连接到电路板上的。这既耗费时间又增加了电路板的制造成本。它还增加了调试和测试的复杂性，以及重做PCB时的难度。然而，金属屏蔽确实提供了大量的增加从EMI的保护，通常是一个要求的板。PCB屏蔽板可以由镀锡轧钢、镀锡铜、不锈钢和其他材料制成。
幸运的是，现在有PCB设计工具在使用，可以帮助设计结合这些不同的屏蔽选择。在上图中，你可以看到Cadence的Allegro PCB编辑器将允许添加一个三维步模型用于检查和清除障碍的盾的设计。还有其他的电磁干扰预防技术，这些工具也可以帮助，我们将在下面介绍。
使用Allegro PCB编辑器中的约束管理器来设置路由规则。
PCB设计工具如何提供帮助
正如我们已经讨论过的，在模拟电路中屏蔽EMI的第一步是使用良好的PCB设计指南。今天的线路板布局系统，如Allegro PCB Editor，有许多实用程序和功能，以帮助您与这些指导方针保持一致。
在上面的图片中，你可以看到一个约束管理系统的例子，在Allegro中用于定义网络和组件类以及设置组件间隙、通孔、道宽和空格。规则配置在一个易于使用的电子表格应用程序中，该应用程序允许广泛的编辑功能，并很好地用于设置高速设计约束和拓扑。约束管理器还允许您为板上的许多其他设计对象设置间隙，包括丝印和制造规则。
Allegro是一个完整的PCB设计解决方案，为用户提供许多不同的功能，将有助于设计电路板，防止EMI。要找到更多关于EMI控制和PCB设计中的高速设计主题，请看看这个电子书．
如果你想了解更多关于Cadence如何为你提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈．