Có nên gắn mặt đất khung gầm với mặt đất kỹ thuật số?

Tôi đang làm việc trên một PCB có các đầu nối RJ45 (ethernet), RS232 và USB được bảo vệ và được cung cấp bởi bộ đổi nguồn gạch AC / DC 12V (Tôi thực hiện bước xuống 5V và 3.3V trên bo mạch). Toàn bộ thiết kế được đặt trong một khung kim loại.

Các tấm chắn của các đầu nối I / O được kết nối với mặt phẳng CHASSIS_GND trên ngoại vi của PCB và cũng tiếp xúc với bảng mặt trước của khung kim loại. CHASSIS_GND được cách ly với GND kỹ thuật số bởi một con hào (void).

Đây là câu hỏi: CHASSIS_GND có nên được gắn với mặt phẳng GND kỹ thuật số theo bất kỳ cách nào không? Tôi đã đọc vô số ghi chú ứng dụng và hướng dẫn bố cục, nhưng dường như mọi người đều có những lời khuyên khác nhau (và đôi khi có vẻ mâu thuẫn) về cách hai mặt phẳng này nên được ghép với nhau.

Cho đến nay tôi đã thấy:

• Buộc chúng lại với nhau tại một điểm duy nhất với điện trở 0 Ohm gần nguồn điện
• Buộc chúng lại với nhau bằng một tụ điện 0,01uF / 2kV ở gần nguồn điện
• Liên kết chúng với nhau bằng điện trở 1M và tụ điện 0,1uF song song
• Rút ngắn chúng cùng với một điện trở 0 Ohm và một tụ điện 0,1uF song song
• Liên kết chúng với nhau bằng nhiều tụ 0,01uF song song gần I / O
• Rút ngắn chúng lại với nhau trực tiếp thông qua các lỗ gắn trên PCB
• Buộc chúng lại với nhau bằng các tụ điện giữa GND kỹ thuật số và các lỗ lắp
• Liên kết chúng lại với nhau thông qua nhiều kết nối có độ tự cảm thấp gần các đầu nối I / O
• Để chúng cách ly hoàn toàn (không kết nối với nhau ở bất cứ đâu)

Tôi tìm thấy bài viết này của Henry Ott ( http://www.hottconsultants.com/questions/chrame_to_circuit_ground_connection.html ) trong đó nêu rõ:

Trước tiên tôi sẽ cho bạn biết những gì bạn không nên làm, đó là tạo một kết nối điểm duy nhất giữa mặt đất mạch và mặt đất khung gầm tại nguồn cung cấp ... mặt đất mạch nên được kết nối với khung máy có kết nối điện cảm thấp trong I / O khu vực của hội đồng quản trị

Bất cứ ai cũng có thể giải thích thực tế một "kết nối điện cảm thấp" trông như thế nào trên một bảng như thế này?

Dường như có nhiều lý do EMI và ESD để rút ngắn hoặc tách các mặt phẳng này thành / tách rời nhau và đôi khi chúng có sự bất hòa với nhau. Có ai có một nguồn hiểu biết tốt làm thế nào để gắn các mặt phẳng này với nhau?

Đây là một vấn đề rất phức tạp, vì nó liên quan đến EMI / RFI, ESD và các công cụ an toàn. Như bạn đã nhận thấy, có nhiều cách để xử lý khung gầm và cơ sở kỹ thuật số-- mọi người đều có ý kiến ​​và mọi người đều nghĩ rằng những người khác đã sai. Chỉ để bạn biết, tất cả họ đều sai và tôi đúng. Thật thà! :)

Tôi đã thực hiện một số cách, nhưng cách có vẻ hiệu quả nhất đối với tôi cũng giống như cách mà bo mạch chủ PC làm điều đó. Mỗi lỗ lắp trên PCB kết nối tín hiệu gnd (còn gọi là mặt đất kỹ thuật số) trực tiếp với khung kim loại thông qua một ốc vít và kim loại độc lập.

Đối với các đầu nối có tấm chắn, tấm khiên đó được kết nối với khung kim loại thông qua kết nối càng ngắn càng tốt. Lý tưởng nhất là tấm chắn đầu nối sẽ chạm vào khung máy, nếu không sẽ có vít gắn trên PCB càng gần đầu nối càng tốt. Ý tưởng ở đây là bất kỳ tiếng ồn hoặc phóng tĩnh nào sẽ ở trên tấm chắn / khung và không bao giờ lọt vào bên trong hộp hoặc trên PCB. Đôi khi điều đó là không thể, vì vậy nếu điều đó xảy ra với PCB, bạn muốn loại bỏ PCB càng nhanh càng tốt.

Hãy để tôi làm rõ điều này: Đối với PCB có đầu nối, tín hiệu GND được kết nối với vỏ kim loại bằng cách sử dụng các lỗ lắp. Khung GND được kết nối với vỏ kim loại bằng cách sử dụng các lỗ lắp. Khung GND và Tín hiệu GND KHÔNG được kết nối với nhau trên PCB, mà thay vào đó sử dụng vỏ kim loại cho kết nối đó.

Khung kim loại cuối cùng được kết nối với chân GND trên đầu nối nguồn AC 3 chấu, KHÔNG phải là chân trung tính. Có nhiều vấn đề an toàn hơn khi chúng ta nói về các đầu nối nguồn AC 2 chấu - và bạn sẽ phải tìm kiếm những điều đó vì tôi không rành về các quy định / luật đó.

Buộc chúng lại với nhau tại một điểm duy nhất với điện trở 0 Ohm gần nguồn điện

Đừng làm vậy. Làm điều này sẽ đảm bảo rằng bất kỳ tiếng ồn nào trên cáp phải truyền qua QUA mạch của bạn để đến GND. Điều này có thể làm gián đoạn mạch của bạn. Lý do cho điện trở 0-Ohm là vì điều này không phải lúc nào cũng hoạt động và có điện trở ở đó cho bạn một cách dễ dàng để loại bỏ kết nối hoặc thay thế điện trở bằng nắp.

Buộc chúng lại với nhau bằng một tụ điện 0,01uF / 2kV ở gần nguồn điện

Đừng làm vậy. Đây là một biến thể của điều điện trở 0 ohm. Cùng một ý tưởng, nhưng suy nghĩ là nắp sẽ cho phép tín hiệu AC đi qua chứ không phải DC. Có vẻ ngớ ngẩn với tôi, vì bạn muốn tín hiệu DC (hoặc ít nhất là 60 Hz) truyền qua để bộ ngắt mạch sẽ bật nếu có sự cố xấu.

Liên kết chúng với nhau bằng điện trở 1M và tụ điện 0,1uF song song

Đừng làm vậy. Vấn đề với "giải pháp" trước đó là khung xe hiện đang nổi, liên quan đến GND và có thể thu phí đủ để gây ra các sự cố nhỏ. Điện trở ohm 1M được cho là để ngăn chặn điều đó. Nếu không thì điều này giống hệt với giải pháp trước đó.

Rút ngắn chúng cùng với một điện trở 0 Ohm và một tụ điện 0,1uF song song

Đừng làm vậy. Nếu có điện trở 0 Ohm, tại sao phải bận tâm với nắp? Đây chỉ là một biến thể của những cái khác, nhưng với nhiều thứ hơn trên PCB để cho phép bạn thay đổi mọi thứ cho đến khi nó hoạt động.

Liên kết chúng với nhau bằng nhiều tụ 0,01uF song song gần I / O

Gần hơn. Gần I / O tốt hơn gần đầu nối nguồn, vì tiếng ồn sẽ không truyền qua mạch. Nhiều mũ được sử dụng để giảm trở kháng và để kết nối những thứ mà nó đếm. Nhưng điều này không tốt như những gì tôi làm.

Rút ngắn chúng lại với nhau trực tiếp thông qua các lỗ gắn trên PCB

Như đã đề cập, tôi thích cách tiếp cận này. Trở kháng rất thấp, ở khắp mọi nơi.

Buộc chúng lại với nhau bằng các tụ điện giữa GND kỹ thuật số và các lỗ lắp

Không tốt bằng việc rút ngắn chúng lại với nhau, vì trở kháng cao hơn và bạn đang chặn DC.

Liên kết chúng lại với nhau thông qua nhiều kết nối có độ tự cảm thấp gần các đầu nối I / O

Biến thể trên cùng một điều. Cũng có thể gọi "nhiều kết nối điện cảm thấp" những thứ như "máy bay mặt đất" và "lỗ lắp"

Để chúng cách ly hoàn toàn (không kết nối với nhau ở bất cứ đâu)

Về cơ bản, đây là những gì được thực hiện khi bạn không có khung kim loại (như, vỏ bằng nhựa). Điều này trở nên khó khăn và đòi hỏi thiết kế mạch cẩn thận và bố trí PCB để thực hiện đúng, và vẫn vượt qua tất cả các thử nghiệm quy định EMI. Nó có thể được thực hiện, nhưng như tôi đã nói, nó khó khăn.

$\Omega$

Cũng xem câu hỏi này về thiết kế "Bằng chứng EMI" .

Tôi hoàn toàn ủng hộ đề nghị cuối cùng của David Kessner. Tôi chủ yếu đối phó với thiết kế tương tự ở mức micro volt, nơi rất dễ phá hủy thiết kế bằng cách buộc các tín hiệu mặt đất khác nhau lại với nhau. Đơn giản chỉ cần để chúng cách ly và chăm sóc rất tốt thiết kế và tách rời PCB để tránh dao động ký sinh. Rất nhiều phụ thuộc vào tần số sử dụng và mức tín hiệu. Chỉ có thiết kế cẩn thận và KIỂM TRA nguyên mẫu trong điều kiện ồn ào sẽ chứng minh nếu thiết kế đúng. Việc vượt qua các bài kiểm tra ESD và EMI thường không liên quan.

Mặt đất khung gầm chỉ an toàn. Theo những gì tôi hiểu, tốt nhất là giữ cho mặt phẳng thực tế của mạch bị cô lập, có nghĩa là khung và khung kỹ thuật số chỉ kết nối ở / bên ngoài nguồn điện. Điều này được thực hiện vì nhiều lý do, nhưng hai trong số những lợi ích lớn:

1. Ít có khả năng bất kỳ năng lượng vô tuyến nào mà khung máy (hoặc các bộ phận của nó) bị rò rỉ vào mạch kỹ thuật số
2. Giảm đáng kể mức độ mà khung gầm sẽ đóng vai trò là "bộ tản nhiệt không chủ ý" - ví dụ: các dao động và thay đổi trạng thái trong mạch kỹ thuật số ít có khả năng được khuếch đại / bức xạ bởi khung.

Theo tôi, lý do cách đó hoạt động tốt trên PC, là thực tế là chỉ có một bo mạch và cũng gần với nguồn điện. Ứng dụng của riêng tôi là một nguồn cung cấp điện DC, nhưng một số PCB ở xa nhau. Đối với ứng dụng của tôi, xem xét EMI và RFI, tôi nghĩ cách tốt nhất là buộc đầu ra DC âm cung cấp cho khung kim loại / mặt đất ngay sau khi cấp nguồn tại một điểm. Điều đó có nghĩa là không nên có kết nối mặt đất với khung gầm trên tất cả các PCB. Các cặp dây từ nguồn cung cấp nên được xoắn. Nếu tôi phải kết nối ở phía PCB, thì một số dòng trở lại DC sẽ đi qua khung kim loại và đây là mối quan tâm đối với việc thu tiếng ồn. Khi bạn chỉ có một PCB, tốt hơn hết là đặt điểm duy nhất này ở phía cung cấp điện, bởi vì trên nhiều nguồn cung cấp, mặt đất DC được gắn với mặt đất bên trong chính nguồn cung cấp điện. Kết nối điểm duy nhất đó là một liên kết cứng với trái đất / khung gầm. Lưu ý rằng có một số ứng dụng không thể tránh khỏi việc kết nối đa điểm của mặt đất DC với khung gầm ở phía PCB, sau đó, trong trường hợp đó, tôi khuyên bạn nên sử dụng nối đất logic DC nổi, có nghĩa là nối đất logic DC của bạn mặt đất bị cô lập. Nếu bạn có thể chắc chắn rằng bạn có thể thực hiện một chiến lược mặt đất duy nhất trong thực tế, nó sẽ giúp bạn tốt hơn nhiều về mặt thu nhận tiếng ồn.

Kết nối trực tiếp mặt đất tín hiệu PCB với mặt đất khung gầm thông qua các lỗ lắp, dòng trở lại có thể không qua cáp nguồn vì mặt đất khung có thể có trở kháng thấp hơn cho dòng trở về. Nếu đó là trường hợp nó sẽ ảnh hưởng đến EMI của cáp? ví dụ như phần khử bức xạ cặp xoắn dựa trên cùng cường độ nhưng dòng ngược chiều.