Estoy trabajando en una PCB que tiene conectores blindados RJ45 (Ethernet), RS232 y USB, y está alimentada por un adaptador de alimentación de ladrillo de 12 V CA/CC (hago el reductor de 5 V y 3,3 V a bordo). Todo el diseño está encerrado en un chasis de metal.
Los blindajes de los conectores de E/S están conectados a un plano CHASSIS_GND en la periferia de la PCB y también hacen contacto con el panel frontal del chasis metálico. CHASSIS_GND está aislado de GND digital por un foso (vacío).
Aquí está la pregunta: ¿Debe vincularse el CHASSIS_GND al plano digital GND de alguna manera? He leído innumerables notas de aplicaciones y guías de diseño, pero parece que todo el mundo tiene consejos diferentes (ya veces aparentemente contradictorios) sobre cómo se deben acoplar estos dos planos.
Hasta ahora he visto:
Encontré este artículo de Henry Ott ( http://www.hottconsultants.com/questions/chassis_to_circuit_ground_connection.html ) que dice:
Primero le diré lo que no debe hacer, es decir, hacer una conexión de un solo punto entre la tierra del circuito y la tierra del chasis en la fuente de alimentación... la tierra del circuito debe estar conectada al chasis con una conexión de baja inductancia en la I /O área del tablero
¿Alguien puede explicar prácticamente cómo se ve una "conexión de baja inductancia" en una placa como esta?
Parece que hay muchas razones por EMI y ESD para acortar o desacoplar estos planos entre sí y, a veces, están en desacuerdo entre sí. ¿Alguien tiene una buena fuente de comprensión de cómo unir estos aviones?
Este es un tema muy complejo, ya que se trata de EMI/RFI, ESD y aspectos de seguridad. Como habrás notado, hay muchas maneras de manejar el chasis y las bases digitales: todos tienen una opinión y todos piensan que los demás están equivocados. Para que lo sepas, todos están equivocados y yo tengo razón. ¡Honesto! :)
Lo he hecho de varias maneras, pero la forma que parece funcionar mejor para mí es la misma que lo hacen las placas base de PC. Cada orificio de montaje en la PCB conecta la señal gnd (también conocida como tierra digital) directamente al chasis de metal a través de un tornillo y un separador de metal.
Para conectores con blindaje, ese blindaje se conecta al chasis de metal a través de una conexión lo más corta posible. Idealmente, la protección del conector estaría tocando el chasis; de lo contrario, habría un tornillo de montaje en la placa de circuito impreso lo más cerca posible del conector. La idea aquí es que cualquier ruido o descarga estática permanezca en el escudo/chasis y nunca llegue al interior de la caja o al PCB. A veces eso no es posible, por lo que si llega a la PCB, querrá sacarlo de la PCB lo más rápido posible.
Permítanme aclarar esto: para una placa de circuito impreso con conectores, la señal GND se conecta a la caja de metal mediante orificios de montaje. Chasis GND está conectado a la caja de metal mediante orificios de montaje. Chasis GND y Signal GND NO están conectados juntos en la PCB, sino que usan la carcasa de metal para esa conexión.
Luego, el chasis de metal finalmente se conecta al pin GND en el conector de alimentación de CA de 3 clavijas, NO al pin neutral. Hay más problemas de seguridad cuando hablamos de conectores de alimentación de CA de 2 clavijas, y tendrá que buscarlos ya que no estoy tan versado en esas regulaciones/leyes.
Átelos en un solo punto con una resistencia de 0 ohmios cerca de la fuente de alimentación
No hagas eso. Hacer esto aseguraría que cualquier ruido en el cable tenga que viajar A TRAVÉS de su circuito para llegar a GND. Esto podría interrumpir su circuito. El motivo de la resistencia de 0 ohmios es que esto no siempre funciona y tener la resistencia allí le brinda una manera fácil de quitar la conexión o reemplazar la resistencia con una tapa.
Átelos con un solo capacitor de 0.01uF/2kV cerca de la fuente de alimentación
No hagas eso. Esta es una variación de la resistencia de 0 ohmios. La misma idea, pero la idea es que la tapa permitirá que pasen las señales de CA pero no las de CC. Me parece una tontería, ya que desea que pasen las señales de CC (o al menos 60 Hz) para que el disyuntor salte si hubo una falla grave.
Átelos con una resistencia de 1M y un capacitor de 0.1uF en paralelo
No hagas eso. El problema con la "solución" anterior es que el chasis ahora está flotando, en relación con GND, y podría acumular una carga suficiente para causar problemas menores. Se supone que la resistencia de 1M ohmios evita eso. De lo contrario, esto es idéntico a la solución anterior.
Cortarlos junto con una resistencia de 0 ohmios y un condensador de 0.1uF en paralelo
No hagas eso. Si hay una resistencia de 0 ohmios, ¿por qué molestarse con la tapa? Esta es solo una variación de las otras, pero con más cosas en la PCB para permitirle cambiar las cosas hasta que funcione.
Átelos con varios condensadores de 0,01 uF en paralelo cerca de la E/S
Cerca. Cerca de la E/S es mejor que cerca del conector de alimentación, ya que el ruido no viajaría a través del circuito. Se utilizan múltiples tapas para reducir la impedancia y conectar cosas donde cuenta. Pero esto no es tan bueno como lo que hago.
Cortarlos juntos directamente a través de los orificios de montaje en la PCB
Como se mencionó, me gusta este enfoque. Muy baja impedancia, en todas partes.
Átelos con condensadores entre GND digital y los orificios de montaje
No es tan bueno como simplemente ponerlos en cortocircuito, ya que la impedancia es más alta y estás bloqueando DC.
Átelos a través de varias conexiones de baja inductancia cerca de los conectores de E/S
Variaciones sobre lo mismo. También podría llamar a las "múltiples conexiones de baja inductancia" cosas como "planos de tierra" y "orificios de montaje"
Déjalos totalmente aislados (no conectados entre sí por ningún lado)
Esto es básicamente lo que se hace cuando no tienes un chasis de metal (como una carcasa de plástico). Esto se vuelve complicado y requiere un diseño de circuito cuidadoso y un diseño de PCB para hacerlo bien, y aun así pasar todas las pruebas reglamentarias de EMI. Se puede hacer, pero como dije, es complicado.
Nunca hay necesidad de usar un 0 resistor. Ese es un CYA común de alguien que quería dos o más de 1) unirlos en un solo punto 2) no estaba seguro y quería poder hacer eso y 3) si estaban unidos en el esquema, se fusionaron en la netlist en un solo plano, derrotando el objetivo de un solo punto 4) quería poder intercambiar otro dispositivo, por ejemplo, una gorra.
Consulte también esta pregunta sobre el diseño "A prueba de EMI" .
La conexión a tierra del chasis es solo por seguridad. Por lo que entiendo, es mejor mantener aislado el plano de tierra real del circuito, lo que significa que el chasis y las tierras digitales solo se conectan en/fuera de la fuente de alimentación. Esto se hace por varias razones, pero dos de los grandes beneficios:
Estoy totalmente a favor de la última sugerencia de David Kessner. Me ocupo principalmente del diseño analógico en el nivel de microvoltios, donde es muy fácil destruir el diseño uniendo diferentes señales de tierra. Simplemente déjelos aislados y tenga mucho cuidado con el diseño y el desacoplamiento de PCB para evitar oscilaciones parásitas. Muchos dependen de las frecuencias utilizadas y los niveles de señal. Solo un diseño cuidadoso y PRUEBAS del prototipo en condiciones ruidosas probarán si el diseño es correcto. La aprobación de las pruebas de ESD y EMI generalmente no está relacionada.
En mi opinión, la razón por la que funciona bien en la PC es el hecho de que solo hay una placa y también está cerca de la fuente de alimentación. Mi propia aplicación es una fuente de alimentación de CC, pero varias PCB distantes entre sí. Para mi aplicación, considerando EMI y RFI, creo que la mejor manera es vincular la salida de CC negativa de la fuente de alimentación al chasis de metal/tierra a tierra justo después de la fuente de alimentación en un solo punto. Eso significa que no debe haber conexión a tierra al chasis en todas las PCB. Los pares de cables de la fuente de alimentación deben estar trenzados. Si tuviera que conectarme en el lado de la PCB, algo de corriente de retorno de CC seguiría a través del chasis de metal y esto es una preocupación por la captación de ruido. Cuando solo tiene una PCB, aún es mejor colocar este punto único en el lado de la fuente de alimentación, porque en muchas fuentes de alimentación, la conexión a tierra de CC está conectada a tierra dentro de la propia fuente de alimentación. Esa conexión de un solo punto es un vínculo fuerte con la tierra/chasis. Tenga en cuenta que hay algunas aplicaciones en las que es inevitable tener una conexión multipunto de tierra de CC al chasis en el lado de la PCB, luego, en ese caso, recomendaría optar por una conexión a tierra lógica de CC flotante, lo que significa que su tierra y tierra lógica de CC el suelo está aislado. Si puede asegurarse de que puede hacer una estrategia de terreno único en la práctica, lo ayudará mucho mejor en términos de captación de ruido.
Conecte la señal a tierra de la placa de circuito impreso directamente a la tierra del chasis a través de los orificios de montaje; es posible que la corriente de retorno no pase por el cable de alimentación, ya que la tierra del chasis puede tener una impedancia más baja para la corriente de retorno. Si es el caso, ¿afectará la EMI de los cables? por ejemplo, la parte de la cancelación de la radiación del par trenzado se basa en la misma magnitud pero en la corriente de dirección inversa.
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