¿La conexión a tierra del chasis debe estar conectada a tierra digital?

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Estoy trabajando en una PCB que tiene conectores RJ45 (Ethernet), RS232 y USB blindados, y está alimentada por un adaptador de corriente de 12 V CA / CC (hago los pasos de 5 V y 3,3 V a bordo). Todo el diseño está encerrado en un chasis metálico.

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. El CHASSIS_GND está aislado de la GND digital por un foso (vacío).

Aquí está la pregunta: ¿Debería CHASSIS_GND estar vinculado al plano digital de GND de alguna manera? He leído innumerables notas de aplicaciones y guías de diseño, pero parece que todo el mundo tiene diferencias (y, a veces, aparentemente consejos contradictorios acerca de cómo estos dos planos deberían estar acoplados.

Hasta ahora he visto:

  • Átelos juntos en un solo punto con una resistencia de 0 Ohmios cerca de la fuente de alimentación
  • Átelos juntos con un solo condensador de 0.01uF / 2kV cerca de la fuente de alimentación
  • Átelos juntos con una resistencia 1M y un condensador de 0.1uF en paralelo
  • Póngalos en corto junto con una resistencia de 0 ohmios y un condensador de 0.1uF en paralelo
  • Átelos juntos con múltiples capacitores de 0.01uF en paralelo cerca de la E / S
  • Cortúelos juntos directamente a través de los orificios de montaje en la PCB
  • Átelos con condensadores entre la GND digital y los orificios de montaje
  • Átelos juntos a través de múltiples conexiones de baja inductancia cerca de los conectores de E / S
  • Déjelos totalmente aislados (no conectados entre sí en ninguna parte)

Encontré este artículo por Henry Ott ( enlace ) que dice:

  

Primero le diré lo que no debe hacer, es decir, hacer una conexión de punto único entre la conexión a tierra del circuito y la conexión a tierra del chasis en la fuente de alimentación ... la conexión a tierra del circuito debe estar conectada al chasis con una conexión de baja inductancia en el área de E / S de la placa

¿Alguien capaz de explicar prácticamente cómo se ve una "conexión de baja inductancia" en un tablero como este?

Parece que hay muchas razones de EMI y ESD para acortar o desacoplar estos planos entre sí, y algunas veces están en desacuerdo entre sí. ¿Alguien tiene una buena fuente de comprensión sobre cómo unir estos planos?

    
pregunta cdwilson 16.09.2011 - 18:25

6 respuestas

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Este es un tema muy complejo, ya que trata con EMI / RFI, ESD y seguridad. Como se ha dado cuenta, hay muchas maneras de manejar el chasis y las bases digitales: todos tienen una opinión y todos piensan que las otras personas están equivocadas. Solo para que sepan, todos están equivocados y yo tengo razón. ¡Honesto! :)

Lo he hecho de varias maneras, pero la forma en que parece funcionar mejor para mí es la misma manera en que lo hacen las placas madre de PC. Cada orificio de montaje en la PCB conecta la señal gnd (a.k.a. digital ground) directamente al chasis metálico a través de un tornillo y un separador metálico.

Para los conectores con blindaje, ese blindaje se conecta al chasis metálico a través de una conexión lo más corta posible. Idealmente, el protector del conector estaría tocando el chasis, de lo contrario habría un tornillo de montaje en la PCB lo más cerca posible del conector. La idea aquí es que cualquier ruido o descarga estática permanecerá en el escudo / chasis y nunca lo hará dentro de la caja o en la PCB. A veces eso no es posible, por lo que si llega al PCB, querrá sacarlo del PCB lo más rápido posible.

Permítame aclarar esto: para una PCB con conectores, la señal GND se conecta a la caja de metal utilizando orificios de montaje. El chasis GND está conectado a la caja metálica mediante orificios de montaje. Chassis GND y Signal GND están NOT conectados entre sí en la PCB, pero en su lugar usan la caja metálica para esa conexión.

El chasis metálico 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 puntas, y tendrá que buscarlos ya que no estoy tan versado en esas regulaciones / leyes.

Átelos juntos 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. La razón de la resistencia de 0 Ohmios es que esto no siempre funciona y tener la resistencia allí le brinda una manera fácil de eliminar la conexión o reemplazar la resistencia con una tapa.

Átelos juntos con un solo condensador 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 el límite permitirá que las señales de CA pasen pero no DC. Me parece una tontería, ya que quieres que pasen las señales de CC (o al menos 60 Hz) para que el disyuntor salte en caso de que haya un fallo grave.

Átelos juntos con una resistencia de 1M y un condensador de 0.1uF en paralelo

No hagas eso. El problema con la "solución" anterior es que el chasis ahora está flotando, en relación con la GND, y podría cobrar un cargo suficiente para causar problemas menores. Se supone que la resistencia de 1M ohmio para evitar eso. De lo contrario, esto es idéntico a la solución anterior.

Haz un cortocircuito con una resistencia de 0 Ohm y un condensador de 0.1uF en paralelo

No hagas eso. Si hay una resistencia de 0 ohmios, ¿por qué molestarse con la tapa? Esto es solo una variación de los demás, pero con más elementos en la PCB para permitirle cambiar las cosas hasta que funcione.

Átelos juntos con varios condensadores de 0.01uF en paralelo cerca de la E / S

Más 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 gorras para reducir la impedancia y para conectar cosas donde sea necesario. Pero esto no es tan bueno como lo que hago.

Acórtelos 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 juntos con condensadores entre la GND digital y los orificios de montaje

No es tan bueno como simplemente unirlos, ya que la impedancia es mayor y estás bloqueando el DC.

Átelos juntos a través de múltiples conexiones de baja inductancia cerca de los conectores de E / S

Variaciones sobre lo mismo. También podría llamar a las "conexiones múltiples de baja inductancia" cosas como "planos de tierra" y "agujeros de montaje"

Déjelos totalmente aislados (no conectados entre sí en ningún lugar)

Esto es básicamente lo que se hace cuando no tiene un chasis de metal (como un gabinete de plástico). Esto se vuelve complicado y requiere un diseño cuidadoso del circuito y la disposición de la PCB para hacerlo bien, y aún así pasar todas las pruebas reglamentarias de EMI. Se puede hacer, pero como dije, es complicado.

    
respondido por el user3624 16.09.2011 - 19:02
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Nunca hay una necesidad de usar un resistor 0 \ $ \ Omega \ $. Eso es un CYA común de alguien que quería dos o más de 1) atarlos juntos en un solo punto 2) no estaba seguro, y quería poder hacer eso y 3) si se vinculaban en el esquema, se fusionaron en la lista de redes en un solo plano, derrotar el objetivo de un solo punto 4) quería poder intercambiar en otro dispositivo, por ejemplo una gorra.

También vea esta pregunta sobre el diseño "Prueba de EMI" .

    
respondido por el Brian Carlton 16.09.2011 - 18:58
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Estoy totalmente a favor de la última sugerencia de David Kessner. Trato principalmente con el diseño analógico a nivel de micro voltios, donde es muy fácil destruir el diseño al unir diferentes señales de tierra. Simplemente déjelos aislados y cuide muy bien el diseño y desacoplamiento de PCB para evitar las oscilaciones parasitarias. Los lotes dependen de las frecuencias utilizadas y los niveles de señal. Solo el diseño cuidadoso y las PRUEBAS del prototipo en condiciones ruidosas demostrarán si el diseño es correcto. La aprobación de las pruebas de ESD y EMI generalmente no está relacionada.

    
respondido por el Ben Philipson 18.09.2011 - 10:35
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La 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 conexiones a tierra digitales solo se conectan dentro o fuera de la fuente de alimentación. Esto se hace por varias razones, pero dos de los grandes beneficios:

  1. Hay muchas menos posibilidades de que cualquier energía de radio que el chasis (o sus componentes) detecte fugas en el circuito digital
  2. Reduce significativamente el grado en que el chasis servirá como un "radiador no intencional", por ejemplo, las oscilaciones y los cambios de estado en los circuitos digitales son mucho menos propensos a ser amplificados / irradiados por el chasis.
respondido por el draeath 16.09.2011 - 18:58
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En mi opinión, la razón por la que funciona bien en PC, es el hecho de que solo hay una placa y también cerca de la fuente de alimentación. Mi propia aplicación es una fuente de alimentación de CC, pero varios 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 metálico / tierra física 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 torcidos. Si tuviera que conectarme en el lado de la PCB, entonces seguiría algo de corriente de CC a través del chasis metálico y esto es una preocupación por la captación de ruido. Cuando solo tiene una PCB, es mejor colocar este punto en el lado de la fuente de alimentación, ya que en muchas fuentes de alimentación, la conexión a tierra de CC está conectada a tierra física dentro de la fuente de alimentación. Esa conexión de un solo punto es una conexión dura a tierra / chasis. Tenga en cuenta que hay algunas aplicaciones que es inevitable tener una conexión multipunto de tierra de CC a chasis en el lado de la PCB; en ese caso, recomendaría la conexión a tierra de lógica de CC flotante, lo que significa su tierra y tierra de lógica de CC. la tierra esta aislada Si puede asegurarse de poder realizar una estrategia de terreno único en la práctica, le ayudaría mucho mejor en términos de detección de ruido.

    
respondido por el Ahad Zolfaghari 19.07.2012 - 18:59
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Conecte la tierra de la señal de la PCB directamente a la tierra del chasis a través de los orificios de montaje, la corriente de retorno puede que no pase por el cable de alimentación, ya que la tierra del chasis puede tener una impedancia menor para la corriente de retorno. Si es el caso, ¿afectará a 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 la corriente de dirección inversa.

    
respondido por el David 08.06.2012 - 15:52

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