Về mặt vật lý, làm thế nào để kết nối PCB với mặt đất khung gầm làm giảm tiếng ồn?


11

Tôi nhận ra điều này có vẻ trùng lặp Có nên gắn mặt đất khung gầm với mặt đất kỹ thuật số? nhưng câu trả lời trong chủ đề đó không giải thích được tại sao người ta nên kết nối khung máy với mặt đất PCB, ngoài những lo ngại về an toàn rõ ràng mà tôi hiểu.

Logic của tôi là thế này: nếu tôi có PCB với mạch tương tự nhạy cảm, tôi nên đặt nó vào khung kim loại và giữ nó cách điện với PCB của tôi. Khung gầm hoạt động như một lồng lồng xa, giữ cho PCB của tôi không bị nhiễu EM bên ngoài, và cũng giữ cho tiếng ồn phát ra từ PCB PCB (giả sử) của tôi. Tôi thấy không có lý do để kết nối cả hai, nếu an toàn không phải là một mối quan tâm. câu trả lời của Draineth trong liên kết đã nói ở trên dường như đồng ý với điều này.

Tuy nhiên, sự khôn ngoan thông thường từ những người rất am hiểu nói rằng một con đường trở kháng thấp đến khung kim loại nên được thiết lập để giảm tiếng ồn và EMI.

Tại sao điều này nên được thực hiện? Có vẻ như bằng cách kết nối mặt đất của tôi với khung xe, người ta sẽ phơi bày mạch của họ ra tiếng ồn từ bên ngoài. Và cũng như phơi bày ra bên ngoài để tiếng ồn!


1
Re: "Tôi thấy không có lý do để kết nối hai, nếu an toàn không phải là một mối quan tâm." Bạn có thể đạt được sự an toàn hợp lý mà không có điều đó thực sự. Bộ nguồn cấp II (và các thiết bị tương tự) thực sự không có kết nối như vậy và đủ an toàn để hầu hết các "mụn cóc trên tường" đều như vậy.
Fizz

Câu trả lời:


7

Đây sẽ là một câu hỏi gây tranh cãi khác, vì vậy hãy để tôi diễn giải và thỉnh thoảng trích dẫn từ một nguồn (sách giáo khoa) mà tôi thấy đáng tin cậy, EMC và Bảng mạch in của Mark Montrose. Đầu tiên, hãy giới thiệu thuật ngữ thông thường:

  • mặt đất an toàn = mặt đất được nối với nhau bằng đường trở kháng thấp đến trái đất
  • điện áp tín hiệu (tham chiếu) mặt đất, ví dụ mặt phẳng đất trên PCB

Bây giờ là một trích dẫn có khả năng gây sốc (trang 249):

Kết nối của hai phương thức nền tảng có thể không phù hợp với một ứng dụng cụ thể và có thể làm trầm trọng thêm các vấn đề EMC. [...] Những quan niệm sai lầm phổ biến tồn tại liên quan đến nền tảng. Hầu hết các nhà phân tích tin rằng mặt đất là một con đường trở lại hiện tại mà một mặt đất tốt làm giảm tiếng ồn mạch. Niềm tin này khiến nhiều người cho rằng chúng ta có thể nhấn dòng RF ồn ào vào trái đất, nói chung thông qua cấu trúc nối đất chính của tòa nhà. Điều này hợp lệ nếu chúng ta đang thảo luận nối đất an toàn, không tham chiếu điện áp tín hiệu. Mặc dù đường dẫn trở lại RF là bắt buộc, nhưng nó không cần phải có tiềm năng. Không gian trống không phải là tiềm năng mặt đất .

(Nhấn mạnh mỏ).

Vì vậy, đã thiết lập điều đó (nếu cần phải nói), về việc kết nối PCB (hoặc trong trường hợp thiết bị đa bảng, một số PCB ') với vỏ / khung kim loại ngay cả khi thiết bị không được kết nối với trái đất / mặt bằng an toàn? (Bạn có thể có một chiếc lồng Faraday được đặt trong vỏ nhựa chẳng hạn.)

Trước tiên, chúng ta cần xóa một cái gì đó khác: nếu bạn có hệ thống nhiều bảng, nối đất một điểm (còn gọi là "thánh", không đùa) là phù hợp khi tốc độ tín hiệu / thành phần là 1 Mhz trở xuống , thường được tìm thấy trong mạch âm thanh, hệ thống nguồn chính, v.v ... Đối với tần số hoạt động cao hơn, ví dụ máy tính, sử dụng nối đất đa điểm. Đối với các tần số hỗn hợp cả hai được kết hợp trong một kỹ thuật nối đất lai như hình dưới đây (hình từ cuốn sách của Montrose):

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Và đây là lý do tại sao bạn muốn nối đất đa điểm cho các hệ thống tần số cao, trong cuốn sách của Montrose (tr. 274) được giải thích trong bối cảnh của một hệ thống có bảng con gái (ví dụ: máy tính để bàn điển hình của bạn):

Các trường RF được tạo từ PCB [...] sẽ kết hợp với cấu trúc kim loại. Do đó, dòng điện xoáy RF sẽ phát triển trong cấu trúc và sẽ lưu thông trong đơn vị tạo ra phân phối trường. Phân phối trường này có thể kết hợp với các mạch khác [...] Các dòng [xoáy] này được ghép với lồng thẻ thông qua các trở kháng truyền phân phối và sau đó thông qua các nỗ lực để đóng vòng lặp bằng cách ghép trở lại bảng nối đa năng. Nếu trở kháng tham chiếu chế độ chung giữa bảng nối đa năng và lồng thẻ không thấp hơn đáng kể so với "nguồn lái" phân phối (của dòng điện xoáy), điện áp RF sẽ được phát triển giữa bảng nối đa năng và lồng thẻ. [...] Nói một cách đơn giản, tiềm năng phổ phổ ở chế độ chung giữa bảng nối đa năng và lồng thẻ phải được rút ngắn.

Nếu bạn tự hỏi tại sao bo mạch chủ máy tính để bàn của bạn có kết nối điện thông qua tất cả các ốc vít gắn chặt với vỏ (kim loại), thì đó là lý do tại sao chúng ở đó.

Lưu ý: Căn cứ để tiếp đất của Joffe và Lock đưa ra khá nhiều lời giải thích tương tự trong phần của họ có tiêu đề "Mục đích của việc khâu các mặt phẳng hoàn trả PCB vào khung gầm" , vì vậy tôi nghĩ rằng các chuyên gia đồng ý về điều này.


+1, tôi đã buộc phải sử dụng cả điểm đơn và điểm đa điểm. Tần số thấp tiếng ồn thấp là điểm duy nhất. HF hoặc lên chuỗi tín hiệu .. sau đó nối đất càng nhiều đầu vào và đầu ra càng tốt.
George Herold

1
Phụ lục: một vấn đề tương tự xảy ra với các tản nhiệt CPU lớn, tức là chúng hoạt động như ăng ten GHz "đẹp" thu tín hiệu từ chip bên dưới và phát ra xung quanh, bao gồm cả các dấu vết PCB . Trong bối cảnh đó, không dễ để thực hiện đủ các kết nối mặt đất hiệu quả cả do các ràng buộc hình học và tần số cao của các chip; tản nhiệt CPU nối đất trở nên không hiệu quả đối với CPU> 1-1,5GHz. Đó là nơi tạo ra đồng hồ trải phổ trở thành giải pháp hợp lý duy nhất.
Fizz

Tôi nên nói thêm rằng Ground for Grounding có biểu diễn đồ họa dễ thương của nhiễu RF có / không có nhiều điểm khâu và quan trọng hơn là nó có một số kết quả mô phỏng trường EM cho nhiễu RF với số lượng điểm khâu khác nhau; cả hai đều là cùng một trang (trang 891) trong sách in. Mặc dù trang đó chỉ hiển thị một phần trong phiên bản ebook trên Google Sách và các lô cũng rất nhỏ trong bản xem trước ebook của Google ...
Fizz

7

Cụ thể hơn, sự khôn ngoan thông thường là có chính xác một kết nối trở kháng thấp với mặt đất khung gầm. Thường thì nó rất gần bộ điều chỉnh điện áp.

Điều quan trọng là chỉ có một kết nối. Sẽ có các dòng nhiễu chạy qua và xung quanh vỏ máy, với điều kiện vỏ là kim loại và được bao kín hoàn toàn, và do đó hoạt động giống như một chiếc lồng Faraday. Tuy nhiên, miễn là bạn kết nối ở một nơi duy nhất, bất kỳ dòng điện nào đang chảy xung quanh khung máy đều không thể chảy qua mạch điện của bạn. Họ không thể, bởi vì không có con đường.

Tuy nhiên, nếu bạn có hai kết nối, thì nếu có bất kỳ điện áp nào giữa hai điểm đó (có khả năng, với tất cả nhiễu), thì dòng nhiễu có thể chạy qua mạch của bạn.

Vì vậy, tại sao không kết nối không? Vâng, hãy nghĩ về điều đó. Làm thế nào bạn sẽ nhận được bất kỳ dây trong? Tôi cho rằng nếu nó được cung cấp bởi pin và không có đầu vào hoặc đầu ra thì bạn có thể đặt toàn bộ trong lồng Faraday và nó có thể hoạt động khá tốt. Chắc chắn điều này không khả thi đối với hầu hết các mạch, mặc dù có ít nhất một vài kết nối bên ngoài, một số trong số đó được tham chiếu đến mặt đất, vì vậy bạn cần kết nối với chúng ở đâu đó.

Tại sao không có các kết nối bên ngoài đi qua một lỗ trong trường hợp thông qua một đầu nối bị cô lập để chúng không được kết nối điện với vỏ máy? Vậy thì, bất kỳ tiếng ồn chế độ chung nào trên các dây cáp đó sẽ phát ra ngay qua lỗ và bên trong vỏ. Bạn cũng có thể không có trường hợp nào cả.

Lý tưởng nhất, lá chắn của bất kỳ dây cáp vào hoặc ra được kết nối với khung kim loại. Nếu bạn nghĩ về cấu trúc liên kết này, vỏ máy giống như một phần béo hơn của tấm chắn cáp và mạch của bạn nằm trong cáp.


1
Phần chế độ chung của câu trả lời là chìa khóa để nối đất cho khung gầm +1
Andy aka

Bạn không thực sự cần một kết nối mặt đất cho việc này ... ngoại trừ tại RF. Vì vậy, một giải pháp điển hình cho nhiễu chế độ chung trên cáp nguồn là chỉ cần cài đặt bộ lọc đường dây với tụ điện "Y".
Fizz

0

Bạn nên tự hỏi những gì khác bên ngoài hộp được gắn vào pcb. Nếu một dây cáp được gắn vào pcb, bạn sẽ phá hủy sự che chắn tồi tệ bằng cách cho tiếng ồn qua cáp vào pcb của bạn. Bây giờ nó thực sự phụ thuộc vào tình huống nếu nó giúp thêm đường dẫn trở kháng thấp từ mặt đất tín hiệu của bạn đến khung máy để loại bỏ mớ hỗn độn bạn cho qua dây cáp. Nếu bạn loại bỏ tiếng ồn trực tiếp tại điểm mà nó đi vào khung máy bằng tụ điện và khớp nối 360 độ của tấm chắn cáp, bạn vẫn đúng. Hầu hết điều này không thực tế lắm và nên để tín hiệu của bạn là một phần của đường dẫn nhiễu đến khung máy.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.