La massa del telaio deve essere collegata alla terra digitale?

Sto lavorando su un PCB con connettori RJ45 (ethernet), RS232 e USB schermati, ed è alimentato da un adattatore di alimentazione a mattoni da 12 V CA / CC (faccio scendere a bordo i 5 V e 3,3 V). L'intero design è racchiuso in un telaio metallico.

Gli schermi dei connettori I / O sono collegati a un piano CHASSIS_GND sulla periferia del PCB e inoltre entrano in contatto con il pannello anteriore del telaio metallico. CHASSIS_GND è isolato dal GND digitale da un fossato (vuoto).

Ecco la domanda: CHASSIS_GND dovrebbe essere legato in qualche modo al piano GND digitale? Ho letto innumerevoli note app e guide di layout, ma sembra che tutti abbiano consigli diversi (e talvolta apparentemente contraddittori) su come questi due piani debbano essere accoppiati insieme.

Finora ho visto:

• Collegarli insieme in un unico punto con una resistenza da 0 Ohm vicino all'alimentazione
• Collegali insieme a un singolo condensatore da 0,01uF / 2kV vicino all'alimentazione
• Collegarli insieme con una resistenza da 1 M e un condensatore da 0,1 uF in parallelo
• Mettili in corto insieme con un resistore da 0 Ohm e un condensatore da 0,1uF in parallelo
• Collegarli insieme a più condensatori da 0,01uF in parallelo vicino all'I / O
• Cortocircuitarli direttamente tramite i fori di montaggio sul PCB
• Collegali ai condensatori tra GND digitale e i fori di montaggio
• Collegarli insieme tramite più connessioni a bassa induttanza vicino ai connettori I / O
• Lasciateli totalmente isolati (non collegati insieme ovunque)

Ho trovato questo articolo di Henry Ott ( http://www.hottconsultants.com/questions/chassis_to_circuit_ground_connection.html ) che afferma:

Per prima cosa ti dirò cosa non dovresti fare, ovvero realizzare un collegamento a punto singolo tra la terra del circuito e la terra del telaio all'alimentazione ... La terra del circuito deve essere collegata al telaio con una connessione a bassa induttanza nell'I / O area del tabellone

Qualcuno in grado di spiegare praticamente come appare una "connessione a bassa induttanza" su una scheda come questa?

Sembra che ci siano molte ragioni EMI ed ESD per cortocircuitare o disaccoppiare questi aerei l'uno con l'altro e talvolta sono in contrasto tra loro. Qualcuno ha una buona fonte di comprensione su come legare questi piani insieme?

Questo è un problema molto complesso, poiché si occupa di EMI / RFI, ESD e dispositivi di sicurezza. Come hai notato, ci sono molti modi per gestire il telaio e i motivi digitali: ognuno ha un'opinione e tutti pensano che le altre persone abbiano torto. Solo per questo sai, hanno tutti torto e ho ragione. Onesto! :)

L'ho fatto in diversi modi, ma il modo in cui sembra funzionare meglio per me è lo stesso delle schede madri per PC. Ogni foro di montaggio sul PCB collega il segnale gnd (noto anche come terra digitale) direttamente al telaio metallico tramite una vite e un supporto metallico.

Per i connettori con uno schermo, tale schermo è collegato allo chassis in metallo attraverso una connessione quanto più breve possibile. Idealmente lo schermo del connettore dovrebbe toccare il telaio, altrimenti ci sarebbe una vite di montaggio sul PCB il più vicino possibile al connettore. L'idea qui è che qualsiasi rumore o scarica statica rimarrebbe sullo scudo / telaio e non lo farà mai all'interno della scatola o sul PCB. A volte questo non è possibile, quindi se arriva al PCB si desidera toglierlo dal PCB il più rapidamente possibile.

Consentitemi di chiarire: per un PCB con connettori, il segnale GND è collegato alla custodia in metallo mediante fori di montaggio. Lo chassis GND è collegato alla custodia in metallo mediante i fori di montaggio. Lo chassis GND e Signal GND NON sono collegati insieme sul PCB, ma usano invece la custodia in metallo per quella connessione.

Lo chassis metallico viene infine collegato al pin GND sul connettore di alimentazione CA a 3 poli, NON al pin neutro. Ci sono altri problemi di sicurezza quando parliamo di connettori di alimentazione CA a 2 poli - e dovrai cercare quelli perché non sono così esperto in quei regolamenti / leggi.

Collegarli insieme in un unico punto con una resistenza da 0 Ohm vicino all'alimentazione

Non farlo. Ciò assicurerebbe che qualsiasi rumore sul cavo deve spostarsi ATTRAVERSO il circuito per raggiungere GND. Questo potrebbe interrompere il tuo circuito. Il motivo del resistore 0-Ohm è perché questo non sempre funziona e avere il resistore lì ti dà un modo semplice per rimuovere la connessione o sostituire il resistore con un cappuccio.

Collegali insieme a un singolo condensatore da 0,01uF / 2kV vicino all'alimentazione

Non farlo. Questa è una variazione della resistenza da 0 ohm. Stessa idea, ma il pensiero è che il cappuccio consentirà il passaggio dei segnali AC ma non DC. Mi sembra sciocco, poiché vuoi che i segnali DC (o almeno 60 Hz) passino in modo che l'interruttore si spenga in caso di guasto difettoso.

Collegarli insieme con una resistenza da 1 M e un condensatore da 0,1 uF in parallelo

Non farlo. Il problema con la "soluzione" precedente è che lo chassis è ora mobile, rispetto a GND, e potrebbe accumulare una carica sufficiente a causare problemi minori. Il resistore da 1M ohm dovrebbe prevenirlo. In caso contrario, questo è identico alla soluzione precedente.

Mettili in corto insieme con un resistore da 0 Ohm e un condensatore da 0,1uF in parallelo

Non farlo. Se esiste una resistenza da 0 Ohm, perché preoccuparsi del cappuccio? Questa è solo una variazione sugli altri, ma con più elementi sul PCB per consentire di cambiare le cose fino a quando non funziona.

Collegarli insieme a più condensatori da 0,01uF in parallelo vicino all'I / O

Più vicino. Vicino all'I / O è meglio che vicino al connettore di alimentazione, poiché il rumore non attraverserebbe il circuito. Le protezioni multiple sono usate per ridurre l'impedenza e per collegare le cose dove conta. Ma questo non è buono come quello che faccio.

Cortocircuitarli direttamente tramite i fori di montaggio sul PCB

Come accennato, mi piace questo approccio. Impedenza molto bassa, ovunque.

Collegali ai condensatori tra GND digitale e i fori di montaggio

Non buono come solo metterli in corto insieme, poiché l'impedenza è più alta e stai bloccando DC.

Collegarli insieme tramite più connessioni a bassa induttanza vicino ai connettori I / O

Variazioni sulla stessa cosa. Potrebbero anche chiamare "connessioni multiple a bassa induttanza" cose come "piani di massa" e "fori di montaggio"

Lasciateli totalmente isolati (non collegati insieme ovunque)

Questo è fondamentalmente ciò che viene fatto quando non si dispone di un telaio metallico (tipo un involucro interamente in plastica). Ciò diventa complicato e richiede un'attenta progettazione dei circuiti e un layout PCB per fare bene, e comunque superare tutti i test normativi EMI. Si può fare, ma come ho detto, è difficile.

$\Omega$

Vedi anche questa domanda sul design "EMI Proof" .

Sono totalmente a favore dell'ultimo suggerimento di David Kessner. Mi occupo principalmente di design analogico a livello di micro volt dove è molto facile distruggere il design collegando diversi segnali di terra. Lasciateli semplicemente isolati e prendete molta cura della progettazione del PCB e del disaccoppiamento per evitare oscillazioni parassite. Molte dipendono dalle frequenze utilizzate e dai livelli del segnale. Solo un'attenta progettazione e PROVA del prototipo in condizioni rumorose dimostreranno se il progetto è corretto. Il superamento dei test ESD ed EMI non è generalmente correlato.

La massa del telaio è solo per motivi di sicurezza. Da quello che ho capito, è meglio mantenere isolato il piano di massa effettivo del circuito, il che significa che il telaio e le basi digitali si collegano solo all'esterno / all'alimentazione. Questo viene fatto per diversi motivi, ma due dei grandi vantaggi:

1. Molto meno possibilità che l'energia radio del telaio (o dei suoi componenti) raccolga perdite nei circuiti digitali
2. Riduce in modo significativo il grado in cui il telaio fungerà da "radiatore involontario", ad esempio le oscillazioni e i cambiamenti di stato nei circuiti digitali hanno molte meno probabilità di essere amplificati / irradiati dal telaio.

Secondo me, la ragione per cui funziona bene su PC, è il fatto che esiste una sola scheda e anche vicino all'alimentazione. La mia applicazione è un alimentatore CC, ma diversi PCB distanti tra loro. Per la mia applicazione, considerando EMI e RFI, penso che il modo migliore sia quello di collegare l'uscita CC negativa dell'alimentatore allo chassis metallico / alla messa a terra subito dopo l'alimentazione in un unico punto. Ciò significa che non dovrebbe esserci alcuna connessione di terra allo chassis su tutti i PCB. Le coppie di cavi dell'alimentatore devono essere attorcigliate. Se dovessi collegarmi sul lato PCB, allora un po 'di corrente di ritorno CC seguirà attraverso il telaio metallico e questo è un problema per la raccolta del rumore. Quando si dispone di un solo PCB, è ancora meglio posizionare questo singolo punto sul lato dell'alimentatore, poiché su molti alimentatori la messa a terra CC è collegata alla terra all'interno dell'alimentatore stesso. Quella connessione a punto singolo è un legame duro con la terra / il telaio. Si noti che ci sono alcune applicazioni che è inevitabile avere una connessione multipunto della terra CC allo chassis sul lato PCB, quindi in quel caso, consiglierei di scegliere la messa a terra logica CC galleggiante, il che significa che la terra e la terra della logica CC il terreno è isolato. Se sei in grado di assicurarti di poter realizzare una singola strategia di base in pratica, ti aiuterebbe molto meglio in termini di raccolta del rumore.

Collegare la terra del segnale PCB direttamente alla terra del telaio attraverso i fori di montaggio, la corrente di ritorno potrebbe non essere attraverso il cavo di alimentazione poiché la massa del telaio potrebbe avere un'impedenza inferiore per la corrente di ritorno. In tal caso, influirà sull'IME dei cavi? ad esempio la parte della cancellazione della radiazione della coppia twistata basata sulla stessa grandezza ma corrente di direzione inversa.