CN100556265C - 屏蔽装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增强的屏蔽装置。一种屏蔽装置包括屏蔽罐(111)和具有电气元件(109a，109b，109c，109d，109e，109f)的分层的印刷电路板(101，102，103，104，105，106，107，108)以及至少两个接地电位层(101，104，106)。在所述屏蔽罐(111)的边缘和至少一个接地电位层(101，104，106)之间有接地连接，在所述屏蔽罐(111)内的元件(109a，109b，109c，109d，109e，109f)和至少一个接地电位层(101，104，106)之间也有接地连接。所述两个接地连接只通过至少一个接地电位层(101，104，106)相互连接，以提供小回路。

Description

屏蔽装置

技术领域

本发明涉及一种增强的屏蔽装置。

背景技术

灵敏电子元件和由其构成的集成电路对于电磁干扰EMI很敏感。电子信号的存在会干扰灵敏电子元件的操作和特性。当存在电磁干扰时，也存在EMI的源，受该EMI干扰的接收元件、以及耦合路径，通过该耦合路径，干扰源的发射被导向接收元件。某些电子元件在工作过程中发射电磁信号。这样的电磁发射元件会影响例如同一块电路板上的其它元件的性能和可操作性。EMI还降低元件和电路的可靠性。某些元件既可以作为EMI源，也可以作为接收元件。在源和接收元件之间存在所谓的耦合路径。

EMI源发射可能是传导的电压或电流通过传导的路径耦合，通过该路径电流可以流动，或者是电或磁场通过空间或材料通过电磁波传播而耦合。因此，EMI的发射可以通过电路发生，或由于电场和/或磁场传播通过空气发生。电磁波还可以通过电路板或衬底材料传播。EMI信号可以由于一些电磁辐射体、电或磁场、或设计中的缺陷，如与EMI源共享导体等发生。

为了保护灵敏电子元件和尽量减少干扰信号的出现，采用了EMI屏蔽。EMI屏蔽用于保护电子元件既不受同一组件上的干扰源影响，也不受另外装置的干扰源影响。可以运用屏蔽罐防止干扰信号由发射源发射，或禁止干扰信号传播到接收元件。EMI屏蔽罐通过吸收或反射入射到屏蔽罐的壁上的波来防止通过空间传播的电磁波。屏蔽罐的材料最好有效，使得大部分干扰EMI信号或波从屏蔽壁被反射。然后，屏蔽壁最好吸收干扰波的没有反射掉的发射部分。只有一些残留的噪声或能量能够通过屏蔽壁。该残留的噪声或能量形成最终的EMI。所以，关键的特性是屏蔽罐的发射和吸收属性。这些特性取决于屏蔽材料和具有基础衬底和电路接地的屏蔽的接口。

屏蔽内部的接口和接地是屏蔽概念的关键部分。通常在屏蔽壁中必须有一些开口以形成系统的某些有用信号的输入和输出。所以，屏蔽装置永远不会是完美的(封闭的)，而必须包括开口作为信号的输入和输出。问题是，无用的信号往往也利用这些路径，因为印刷电路板的信号线通常起天线的作用。通过这些信号线，外部噪声进入被屏蔽的环境，而系统的信号则漏掉。

屏蔽灵敏电气元件的另一个问题是接地。接地和一般的接地概念是一个问题，其典型地降低屏蔽效率并干扰系统。通常印刷电路板是层叠地，以便使装置尽可能紧凑。通常印刷电路板以机械和电气方式与支持所述装置的一个基座或机架接触。印刷电路板的电路和机架通常具有共同的接地电位。现有技术中几乎没有试图通过利用独立的接地电位避免EMI效应。如果电路和机架的这些不同的地相互接触，在印刷电路板之间可能发生接地回路。通过使其暴露于讨厌的噪声，接地回路影响印刷电路板的操作，这又会使电路的地畸变为超过零的一个值。这样会影响电路的正常操作。

在专利文献US 6,011,691中，具有印刷电路板和机壳的显著的独立接地电位。这些接地电位被分开，使得在电子元件装置的顶部和底部加上一个封盖以提供法拉第屏蔽。此外，该封盖与该电子元件装置外围附近的一个电镀区(plated area)接触，保证散热器和印刷电路板的外部接地电位和内部接地电位不会接触。该解决方案是基于一个内部核心和覆盖该核心的至少一部分的介电材料，在该介电材料上安排所述印刷电路板和机壳进行组装。

发明内容

本发明的目的是改善屏蔽装置的效力。

这一目的是通过简单而且增强的接地概念实现的。

本发明的特征在于所谓独立权利要求的特征部分。本发明的其它实施例在从属权利要求中阐述。

当使用屏蔽罐时，最终目的是在被保护或屏蔽的电路和元件周围实现一个法拉第罩，如，电场的消失。为了形成一个法拉第罩，要求屏蔽结构是坚固和整体的，或至少是基本封闭的。要使保护足够好，以便灵敏元件按所期望的操作，最好没有大于1/20波长的开口。根据本发明的一个优选实施例，这在印刷电路板的设计阶段就要考虑。通过妥善处理不过分限制开口的预定尺寸的限制和通过在屏蔽装置下面应用一个固定的接地层，所述法拉第罩可以良好成形和实现。所述屏蔽罐可以是法拉第罩的重要部分，但只是其一部分。法拉第罩的另一部分，即构成屏蔽罐的相对部分的部分是印刷电路板。根据一个优选实施例，屏蔽罐的地在多层印刷电路板的上部信号层与电路的地隔离。在隔离屏蔽和电路的地的情况下，屏蔽罐的接地层提供法拉第罩的一部分，其保护印刷电路板上的电路不受电磁干扰。有利的接地概念还提供小回路，这又会增强屏蔽装置的可操作性和安全性。

根据本发明的优选实施例，灵敏源的信号以及发射源的信号被置于安全屏蔽中。这些元件具有环绕它们的隔离区域，信号通过屏蔽的路径传播到这些屏蔽的区域。最好是形成同轴隧道来屏蔽所述屏蔽罐的敷层内产生的信号。该同轴隧道最好在接地电位层之间形成。该同轴隧道从一个发射源维持到对应的接收元件。本发明的优选配置提供一种屏蔽装置，该装置没有任何无用信号的不确定返回电流路径。

附图说明

下面参考附图详细描述本发明。

图1示出本发明一个优选实施例的侧视图；

图2示出本发明一个优选实施例的顶视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明一个优选实施例的基本概念。图1以侧视图示出一个多层印刷电路板，其具有八个不同层，包括第一层101，该层最好连接到接地电位，以产生与元件相反方向上的屏蔽。第二层102和第三层103也是信号层，在该示范实施例中没有用到。第四层104和第六层106是接地电位的信号层，或所谓接地层。第五层105、第七层107和第八层108是信号层。在第八信号层上具有电气元件109a、109b、109c、109d、109e、和109f。

箭头20表示信号出现在信号层108上的路径。根据图1所示实施例，第五层105在接地电位层104和106之间，在其上只有去往信号层108的外部敏感或关键信号，特别是去往元件109a、109b、109c的信号才能通过图1中表示信号路径的虚线。在印刷电路板上有元件之间的连接和互连。元件109a和109f上的箭头11描述电流方向。根据一个优选实施例，元件109a直接接地到接地层104，如箭头12所示。接地是通过直接到达接地层104的通过孔实现的，以保持路径尽量短。短的路径更安全，且不易象长路径一样受到干扰的影响。短路径的装置可以被更好地管理和控制。元件109b连接到元件109c，电流方向用箭头13表示。元件109e连接到元件109d，箭头14表示电流方向。元件109c和109d有利地直接接地到接地层106和/或104，如箭头15所示。在图1中，数字10表示垂直于印刷电路板的通过孔。

屏蔽罐111包括机架和盖子。屏蔽罐111在元件109a、109b、109c、109d、109e、和109f上面的最上层配置，以保护元件、印刷电路板和互相间的连接不受干扰。屏蔽罐111沿图1所示装置的边缘通过孔接地。所以屏蔽罐111也通过最短的路径直接接地到接地电位层。根据上述解决方案，所述元件通过与屏蔽罐相同的边缘通过孔接地。根据上述解决方案，上述元件的接地路径在最上层印刷电路板的表面延伸到某个接地通过孔，这对于屏蔽罐和元件通常是相同的。

根据优选实施例，屏蔽罐的地与信号地在最上信号层隔离。这是有利的，因为在信号层107或108中没有大的接地面积，但接地通过垂直向下到达接地电位层而实现。这种接地概念提供小回路，并使干扰可能性最小化。如果任何干扰或噪声到达层108，则可能引起泄漏问题。所以屏蔽108层，特别是其中包含电气元件、信号和连接的电气区域。在该电气区域中主要有需要屏蔽的元件和其间的连接。

通过优选的接地概念，在屏蔽罐111机架和层107和108中包含电气元件的电气区域之间形成了隔离区域110。在隔离区域110中没有铜或其它导体衬底，也没有路径或元件。这些隔离区域110保证屏蔽装置的安全和可靠。此外，屏蔽罐机架和电气区域之间的隔离110还支持小回路概念，使得电气区域的屏蔽对外部干扰更有效。没有外部连接线或信号线能穿过隔离区域。因此，该隔离区域110还防止外部信号侵入屏蔽的电气区域。

根据一个优选实施例，被屏蔽区域中的所有元件具有共同的地。在该示范实施例中，共同的地由层104和106构成。通常，必须具有至少两个地。借助于共同的地可以使回路较小。为了最小化操作的不确定性和不稳定性，保持滤波电路的回路尽量小很重要。

根据一个优选实施例，所有待屏蔽的信号都安排为通过一个屏蔽的信号层，在图1中是层105。最关键的待屏蔽信号是灵敏电气元件的信号和辐射源的信号。选择最关键的待屏蔽信号是设计和实现过程的重要部分。因此，屏蔽信号的选择取决于在特定装置中灵敏或辐射元件的类型和出现，以及它们作为整体与该装置的联系和关联。当发生内部干扰时，存在一个辐射的发射源、被干扰侵害的被侵害接收元件，以及二者间的耦合途径。

根据一个优选实施例，待屏蔽信号的路径置于在接地线之间形成的所谓同轴隧道内，在该示范实施例中，所述接地线由接地电位层104和106形成。从图1可见，到元件109f、109b和109e的信号通过孔20和接地通过孔10垂直于层101-108。屏蔽路径的该同轴结构有利地从发射源元件保持到相应的元件，整个路径通过耦合路径。典型地，该结构是管状的。很重要的是信号通过管状同轴屏蔽信号隧道传播到信号层，并返回到该隧道，从而使信号在全部过程中都位于屏蔽空间内。最好只有屏蔽的同轴路径或通道供外部信号传播到屏蔽罐外壳内部的屏蔽电气区域。

在信号层107和108中，应当只有需要的元件，而没有额外的。最好使信号和信号层靠近元件以防长路径和回路。关于此，图1所示装置应当理解为仅仅是举例。任何较大的用于输入/输出的通过孔最好在中间层中实现，如图1中的层102-107。通常中间层用作输入输出层比外部、边界层更安全。

为了实现本发明，通常采用具有8层的印刷电路板。但这只是一种通用的方法，任何具有多层的印刷电路板都可以用来实现本发明的屏蔽装置，对层数没有特别限制。图1中的接地电位层104和106只是实现本发明的优选实施例的举例。本发明不限于印刷电路板的任何材料。通常假设印刷电路板包含不同类型的通过孔结构，例如微通过孔(microvia)。根据本发明优选实施例的屏蔽罐在全部射频(RF)和基带(BB)范围以及用压控振荡器(VCO)中可以不受限制地实现。上述在印刷电路板上建立的装置防止到任何高低频信号的不确定返回电流路径。RF源越有效，要求输入和输出信号的屏蔽越好。

图2示出根据优选实施例的屏蔽装置的顶视图。其中示出具有屏蔽罐机架111a和两个元件109b及109c的印刷电路板的顶视图。其中示出元件109b和109c之间有一些连接。在图2中还通过在屏蔽机架和待屏蔽元件区域的边缘之间包围的虚线示出对应于图1的隔离区域110。

此外，图2还示出去往屏蔽区域的信号20。最好输入和输出屏蔽区域的任何信号都通过在接地电位层之间形成的屏蔽同轴隧道传播。没有外部信号能够直接沿最上信号层传播到最上信号层。在图2中，虚线20表示位于屏蔽罐的覆盖内部区域中接地电位层之间的信号。根据优选实施例，外部信号只有通过特定的一个或几个层才能到达屏蔽的覆盖区域。然后，信号沿通过孔直线向上通过各层到达最上信号层。

上述实施例应当理解为描述本发明的基本概念的例子。在不偏离本发明范围的情况下，本发明可以实现为多种形式和修改。

Claims (6)

1.一种屏蔽装置，其特征在于它包括：

分层的印刷电路板(101，102，103，104，105，106，107，108)，所述电路板具有安装在其第一外表面上的至少一个电气元件(109a，109b，109c，109d，109e，109f)；

安装在所述分层的印刷电路板的所述第一外表面上的屏蔽罐(111)，该屏蔽罐覆盖至少一个电气元件；

所述分层的印刷电路板的第一接地电位层(106)；

所述分层的印刷电路板的第二接地电位层(101)，该第二接地电位层到所述分层的印刷电路板的所述第一外表面的距离比所述第一接地电位层到所述第一外表面的距离远；

处于所述屏蔽罐(111)的边缘和所述第一接地电位层(106)之间的至少一个接地连接；

从所述第一接地电位层或从所述屏蔽罐至所述第二接地电位层(101)的至少一个接地连接，从而，所述屏蔽罐、所述第一接地电位层、所述第二接地电位层和所述接地连接形成了法拉第罩；

所述分层的印刷电路板内部的、处于所述第一接地电位层(106)和所述第二接地电位层(101)之间的第三接地电位层(104)；以及

处于所述屏蔽罩内部的所述电气元件与所述第三接地电位层(104)之间的至少一个接地连接。

2.根据权利要求1所述的屏蔽装置，其特征在于所述屏蔽罐(111)的接地连接和该屏蔽罐(111)内的所述元件(109a，109b，109c，109d，109e，109f)的接地连接在所述多层印刷电路板(101，102，103，104，105，106，107，108)的最上信号层中相隔离。

3.根据权利要求1所述的屏蔽装置，其特征在于它在接地电位层(104，106)之间包含同轴屏蔽路径(20)，用于出现在所述屏蔽罐(111)内部的信号。

4.根据权利要求1所述的屏蔽装置，其特征在于其包含所述屏蔽罐(111)内只从接地电位层(104，106)之间出现的信号。

5.根据权利要求1所述的屏蔽装置，其特征在于其包含所述印刷电路板的接地电位层(104，106)之间的同轴屏蔽路径，用于从发射信号的源到接收元件(109f，109b，109e)的整个耦合路径。

6.根据权利要求1所述的屏蔽装置，其特征在于其包括所述分层的电路板内部的、处于所述第三接地电位层和所述第一接地电位层之间的至少一个信号层。

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