Estou trabalhando em uma placa de circuito impresso que protege os conectores RJ45 (Ethernet), RS232 e USB e é alimentada por um adaptador de energia de 12V CA / CC em tijolo (eu passo os 5V e os 3,3V a bordo). Todo o design é fechado em um chassi de metal.
As blindagens dos conectores de E / S são conectadas a um plano CHASSIS_GND na periferia da PCB e também fazem contato com o painel frontal do chassi de metal. O CHASSIS_GND é isolado do GND digital por um fosso (vazio).
Aqui está a pergunta: o CHASSIS_GND deve estar ligado ao avião GND digital de alguma forma? Eu li inúmeras notas de aplicativos e guias de layout, mas parece que todo mundo tem conselhos diferentes (e às vezes aparentemente contraditórios) sobre como esses dois aviões devem ser acoplados.
Até agora eu vi:
Amarre-os em um único ponto com um resistor de 0 Ohm próximo à fonte de alimentação
Amarre-os com um único capacitor de 0,01uF / 2kV próximo à fonte de alimentação
Amarre-os com um resistor de 1M e um capacitor de 0,1uF em paralelo
Faça um curto-circuito com um resistor de 0 Ohm e um capacitor de 0,1 uF em paralelo
Amarre-os com vários capacitores de 0,01uF em paralelo perto da E / S
Coloque um curto-circuito juntos diretamente através dos orifícios de montagem na placa de circuito impresso
Amarre-os com capacitores entre o GND digital e os orifícios de montagem
Amarre-os através de várias conexões de baixa indutância perto dos conectores de E / S
Deixe-os totalmente isolados (não conectados em nenhum lugar)
Encontrei este artigo por Henry Ott ( http://www.hottconsultants.com/questions/chassis_to_circuit_ground_connection.html ), que afirma:
Primeiro, vou lhe dizer o que você não deve fazer, ou seja, fazer uma conexão de ponto único entre o terra do circuito e o chassi da fonte de alimentação ... o terra do circuito deve ser conectado ao chassi com uma conexão de baixa indutância no I / O área do quadro
Alguém capaz de explicar praticamente como é uma "conexão de baixa indutância" em um quadro como este?
Parece que existem muitas razões EMI e ESD para colocar em curto ou desacoplar esses planos um do outro e, às vezes, eles estão em desacordo. Alguém tem uma boa fonte de entendimento sobre como amarrar esses aviões?
— cdwilson
Seria bom ver alguns esquemas dessa parte do seu design.
Esse é um problema muito complexo, pois lida com EMI / RFI, ESD e itens de segurança. Como você notou, há muitas maneiras de lidar com chassis e bases digitais - todo mundo tem uma opinião e todo mundo pensa que as outras pessoas estão erradas. Só para você saber, eles estão todos errados e eu estou certo. Honesto! :)
Eu fiz isso de várias maneiras, mas a maneira que parece funcionar melhor para mim é da mesma maneira que as placas-mãe de PC. Cada orifício de montagem na placa de circuito impresso conecta o sinal de sinal (terra digital) diretamente ao chassi de metal através de um parafuso e um suporte de metal.
Para conectores com uma blindagem, essa blindagem é conectada ao chassi de metal por uma conexão o mais curta possível. Idealmente, a blindagem do conector tocaria o chassi; caso contrário, haveria um parafuso de montagem na placa de circuito impresso o mais próximo possível do conector. A idéia aqui é que qualquer ruído ou descarga estática permaneça na blindagem / chassi e nunca chegue à caixa ou ao PCB. Às vezes, isso não é possível; portanto, se ele chegar ao PCB, você deseja retirá-lo o mais rápido possível.
Deixe-me esclarecer: Para uma placa de circuito impresso com conectores, o sinal GND é conectado à caixa de metal usando orifícios de montagem. O GND do chassi é conectado à caixa de metal usando orifícios de montagem. O chassi GND e o sinal GND NÃO estão conectados juntos na placa de circuito impresso, mas, em vez disso, use a caixa de metal para essa conexão.
O chassi de metal é finalmente conectado ao pino GND no conector de alimentação CA de 3 pinos, NÃO no pino neutro. Existem mais problemas de segurança quando falamos de conectores de energia CA de 2 pinos - e você terá que procurá-los, pois não sou tão versado nesses regulamentos / leis.
Não faça isso. Isso garantiria que qualquer ruído no cabo tivesse que percorrer seu circuito para chegar ao GND. Isso pode atrapalhar o seu circuito. O motivo do resistor de 0 Ohm é que isso nem sempre funciona, e ter o resistor ali oferece uma maneira fácil de remover a conexão ou substituir o resistor por uma tampa.
Não faça isso. Esta é uma variação do resistor de 0 ohm. A mesma idéia, mas o pensamento é que a tampa permitirá que os sinais CA passem, mas não DC. Parece bobagem para mim, pois você deseja que os sinais DC (ou pelo menos 60 Hz) passem para que o disjuntor apareça se houver uma falha grave.
Não faça isso. O problema com a "solução" anterior é que o chassi agora está flutuando, em relação ao GND, e pode cobrar uma taxa suficiente para causar problemas menores. O resistor de 1M ohm deve impedir isso. Caso contrário, isso é idêntico à solução anterior.
Não faça isso. Se houver um resistor de 0 Ohm, por que se preocupar com a tampa? Esta é apenas uma variação dos outros, mas com mais coisas no PCB para permitir que você mude as coisas até que funcione.
Mais perto. Perto da E / S é melhor que perto do conector de alimentação, pois o ruído não viaja através do circuito. Tampas múltiplas são usadas para reduzir a impedância e conectar as coisas onde elas são importantes. Mas isso não é tão bom quanto o que faço.
Como mencionado, eu gosto dessa abordagem. Impedância muito baixa, em qualquer lugar.
Não é tão bom quanto colocá-los em curto, já que a impedância é maior e você está bloqueando a CC.
Variações sobre a mesma coisa. Pode-se chamar de "múltiplas conexões de baixa indutância" coisas como "planos de aterramento" e "furos de montagem"
Isso é basicamente o que é feito quando você não possui um chassi de metal (como um gabinete totalmente plástico). Isso fica complicado e requer um projeto cuidadoso do circuito e layout da placa de circuito impresso para fazer o certo, e ainda passar em todos os testes regulatórios da EMI. Isso pode ser feito, mas como eu disse, é complicado.
@draeath Eu nunca tive problemas em fazer isso e passei na certificação FCC / CE na primeira tentativa. Se o restante do circuito for projetado corretamente, você não terá nenhuma corrente na blindagem dos conectores. Se você quiser mais evidências, lembre-se de que quase todos os PCs fazem dessa maneira, incluindo todas as placas-mãe projetadas pela Intel.
Passar na certificação é uma coisa, na verdade irradiando coisas quando uma parte sai da especificação por qualquer razão que seja outra.
@DavidKessner quando o aterramento do sinal estiver em curto para o aterramento do chassi em vários pontos na placa de circuito impresso (por exemplo, através dos orifícios de montagem, como você sugere), existe uma preocupação de que a corrente GND do sinal flua através do chassi? Eu acho que a resposta para isso é "não, a corrente fluirá através da PCB porque ela desejará fluir através do caminho da impedância de concessão (que em uma PCB bem projetada é um plano GND sólido adjacente aos sinais, resultando na menor indutância) para o sinal de retorno) "Só quero checar se estou pensando sobre isso direito.
— Cdwilson 19/09/11
@cdwilson Você está certo, pois as correntes de sinal não fluirão no chassi devido a diferenças de impedância. Para a maioria das aplicações (com algumas exceções notáveis), você deseja que o chassi e o sinal estejam conectados em pelo menos 1 local e mais parece ser melhor. Você quer que eles estejam conectados porque, basicamente, você terá menos EMI se as coisas não estiverem "agitadas" - da mesma maneira que as capas de desacoplamento são uma boa idéia entre os planos de potência / gnd, mesmo em áreas da PCB onde não há componentes ou vias.
@ supercat Eu acho que você está certo em "é isso que as pessoas estão pensando" quando fazem isso. Mas eu não vi isso como um problema na prática. Muito pelo contrário, de fato. Recentemente, depurei um problema de ESD em um chassi com 60 PCBs (sim, sessenta PCBs) dentro dele. O design original usava um "campo de estrelas" e falharia se você olhasse errado. A solução foi "amarrar todos os motivos ao metal do chassi" e adicionar proteção ESD adequada nos conectores.
Nunca é necessário usar um resistor 0 . Esse é um CYA comum de alguém que queria dois ou mais de 1) amarrá-los juntos em um único ponto 2) não tinha certeza e queria poder fazer isso e 3) se amarrados no esquema, eles eram mesclados na netlist em um único plano, derrotar o objetivo de um único ponto 4) queria poder trocar em outro dispositivo, por exemplo, um limite.ΩΩ
Consulte também esta pergunta no design "Prova EMI" .
Sou totalmente a favor da última sugestão de David Kessner. Lido principalmente com o design analógico no nível de micro volt, onde é muito fácil destruir o design, conectando diferentes sinais de terra. Simplesmente deixe-os isolados e cuide muito bem do design e dissociação de PCBs para evitar oscilações parasitárias. Muitos dependem das frequências usadas e dos níveis de sinal. Somente o design cuidadoso e o TESTE do protótipo em condições ruidosas provarão se o design está correto. A aprovação nos testes de ESD e EMI geralmente não tem relação.
— Ben Philipson
O aterramento do chassi é apenas para segurança. Pelo que entendi, é melhor manter o plano de aterramento real do circuito isolado, o que significa que o chassi e o aterramento digital se conectam apenas na / fora da fonte de alimentação. Isso é feito por vários motivos, mas dois dos grandes benefícios:
Muito menos chance de que qualquer energia de rádio do chassi (ou de seus componentes) capte vazamentos no circuito digital
Reduz significativamente o grau em que o chassi servirá como um "radiador não intencional" - por exemplo, as oscilações e mudanças de estado no circuito digital têm muito menos probabilidade de serem amplificadas / irradiadas pelo chassi.
Na minha opinião, a razão dessa maneira funcionar bem no PC é o fato de haver apenas uma placa e também perto da fonte de alimentação. Meu próprio aplicativo é uma fonte de alimentação CC, mas várias PCBs distantes uma da outra. Para minha aplicação, considerando EMI e RFI, acho que a melhor maneira é amarrar a saída DC negativa da fonte de alimentação ao chassi / terra de metal logo após a fonte de alimentação em um único ponto. Isso significa que não deve haver conexão de terra ao chassi em todas as PCBs. Os pares de fios da fonte de alimentação devem ser torcidos. Se eu tivesse que conectar no lado da placa de circuito impresso, alguma corrente de retorno DC seguiria através do chassi de metal e isso é uma preocupação para a captação de ruído. Quando você possui apenas uma placa de circuito impresso, ainda é melhor colocar esse ponto único no lado da fonte de alimentação, porque em muitas fontes de alimentação, o terra DC está ligado ao terra dentro da própria fonte de alimentação. Essa conexão de ponto único é uma ligação direta com o terra / chassi. Observe que existem algumas aplicações em que é inevitável ter uma conexão multiponto do terra DC ao chassi no lado da placa de circuito impresso; nesse caso, eu recomendaria o aterramento lógico DC flutuante, o que significa seu aterramento lógico DC e terra chão são isolados. Se você for capaz de garantir uma estratégia de solo única na prática, isso o ajudará muito melhor em termos de captação de ruído.
— Ahad Zolfaghari
O par trançado para cabos de energia é absurdo: é CC e impedância muito baixa.
@stevenvh: Você está dizendo que o teste de emissões conduzidas pela linha de energia (usando um LISN ) é uma perda de tempo?
Conecte o terra do sinal da PCB diretamente ao terra do chassi através dos orifícios de montagem, a corrente de retorno pode não passar pelo cabo de alimentação, pois o terra do chassi pode ter uma impedância mais baixa para a corrente de retorno. Se for o caso, isso afetará a EMI dos cabos? por exemplo, a parte do cancelamento de radiação do par trançado com base na mesma magnitude, mas na corrente de direção reversa.