Як фізично, як підключення друкованої плати до заземлення шасі зменшує шум?

Я усвідомлюю, що це може здатися повторюваним. Чи слід кріпити шасі до цифрового заземлення? але відповіді в цій темі не пояснюють, чому слід підключати корпус до друкованої плати, окрім очевидних проблем безпеки, які я розумію.

Моя логіка така: якщо у мене плата з чутливою аналоговою схемою, я повинен покласти її в металеве шасі і тримати її ізольованою від моєї плати. Шасі виконує функцію клітки фарадея, яка утримує мою друковану плату від зовнішнього шуму ЕМ, а також утримує шум від моєї (скажімо) радіочастотної плати РФ. Я не бачу причин з'єднувати ці два, якщо безпека не викликає побоювань. Відповідь Дріта у вищезгаданому посиланні, схоже, погоджується з цим.

Однак звичайна мудрість дуже обізнаних людей говорить, що для зменшення шуму та ІМС слід встановити шлях низького опору до металевого шасі.

Чому це потрібно робити? Схоже, підключивши мою землю до шасі, можна було б піддати їх ланцюг шуму ззовні. А так само піддайте зовні шуму!

Це буде ще одним спірним питанням, тому дозвольте перефразовувати та періодично цитувати з джерела (підручника), що я вважаю надійним, EMC та друковану плату Марка Монтроза. Спочатку введемо звичайну термінологію:

• безпечна земля = земля, яка з'єднана низькоопірним шляхом із землею
• напруга сигналу (посилання) на землю, наприклад площину заземлення на друкованій платі

Тепер потенційно шокуюча цитата (стор. 249):

З'єднання двох методів заземлення може бути непридатним для конкретного застосування та може посилити проблеми ЕМС. [...] Поширені помилки щодо заземлення. Більшість аналітиків вважають, що земля - ​​це поточний зворотний шлях, що хороший грунт зменшує шум ланцюга. Ця віра змушує багатьох припускати, що ми можемо занурити шумний радіочастотний струм у землю, як правило, через основну заземлювальну конструкцію будівлі. Це справедливо, якщо ми обговорюємо безпечне заземлення, а не посилання на напругу сигналу. Хоча шлях повернення РФ є обов'язковим, він не повинен бути наземним потенціалом. Вільний простір не є наземним потенціалом .

(Наголос мій).

Отже, встановивши, що (якщо це потрібно сказати), що робити з підключенням друкованої плати (або у випадку багатоплатового пристрою, декількох друкованих плат) до металевого корпусу / шасі, навіть якщо остання не підключена до землі / безпечний майданчик? (Можна, наприклад, клітку Фарадея розмістити в пластиковому корпусі.)

Спочатку нам потрібно щось ще очистити: якщо у вас багатопланова система, одноточковий заземлення (він же "святий" земля, не жартуючи) підходить, коли швидкість сигналів / компонентів становить 1 МГц або менше , як правило, в аудіосхеми, електромережі та ін. Для більш високих робочих частот, наприклад, комп'ютера, використовується багатоточкове заземлення. Для змішаних частот обидва поєднуються в гібридній техніці заземлення, як показано нижче (малюнок із книги Монтроуза):

І ось в основному, чому ви хочете багатоточкового заземлення для високочастотних систем, що в книзі Монтроза (с. 274) пояснено в контексті системи з дошками (наприклад, ваш типовий настільний комп'ютер):

РЧ поля, згенеровані з друкованої плати [...], приєднаються до металевої структури. Як результат, вихрові струми РФ розвиватимуться в структурі і будуть циркулювати всередині блоку, створюючи розподіл поля. Цей розподіл поля може з'єднуватися з іншими ланцюгами [...] Ці [вихрові] струми з'єднуються з кліткою картки через розподільні імпеданси передачі, а потім через спроби закрити петлю шляхом з’єднання назад на задній план. Якщо опорний імпеданс загального режиму між опорною площиною та кліткою картки не буде значно нижчим, ніж розподільне "джерело руху" (від вихрових струмів), між напругою та кліткою картки буде розвинута радіочастотна напруга. [...] Простіше кажучи, загальний режим спектрального потенціалу між базовою площиною та кліткою карти повинен бути скорочений.

Якщо ви задумалися, чому материнська плата настільного комп’ютера має електричні з'єднання через усі гвинти, які кріплять її до (металевого) корпусу, тому вони там є.

Примітка: підстави Йоффе та Лока для заземлення дають майже те саме пояснення у їхньому розділі під назвою "Призначення зшивання повернених літаків PCB до шасі" , тому я думаю, що експерти погоджуються з цим.

Більш конкретно, загальноприйнята мудрість полягає в тому, щоб мати рівно одне низькоопірне з'єднання з шасі. Часто це дуже поруч з регулятором напруги.

Важливо, щоб було лише одне з'єднання. По корпусу і навколо нього будуть протікати шумові струми, за умови, що корпус є металевим і повністю закритим, і таким чином діє як клітка Фарадея. Однак, поки ви підключите лише в одному місці, те, що струми проходять навколо шасі, не може протікати по вашій схемі. Вони не можуть, бо немає шляху.

Однак якщо у вас два з'єднання, то якщо між цими двома точками є напруга (що, швидше за все, враховуючи весь шум), то струм шуму може протікати по вашій схемі.

Тож чому б не нульові з'єднання? Ну, подумайте про це. Як ви отримаєте провід? Я гадаю, що якщо він живиться від батарей і не має входів і виходів, то ви можете помістити все в клітку Фарадея, і це могло б працювати досить добре. Звичайно, це не можливо для більшості схем, які мають принаймні кілька зовнішніх з'єднань, деякі з яких посилаються на землю, тому вам потрібно десь підключитися до них.

Чому б ці зовнішні з'єднання не пройшли через отвір у корпусі через ізольований роз'єм, щоб вони не були електрично підключені до корпусу? Тож будь-який шум у звичайному режимі від цих кабелів просто надходить прямо через отвір і всередині корпусу. Можливо, у вас взагалі немає жодного випадку.

В ідеалі щит будь-яких кабелів, що входять або виходять, з'єднаний з металевим корпусом. Якщо ви думаєте про це топологічно, справа є як би товстішою частиною кабельного щита, а ваша схема знаходиться всередині кабелю.

Ви повинні запитати себе, що ще за рамкою прикріплено до друкованої плати. Якщо кабель приєднаний до друкованої плати, ви б зруйнували екранування погано, передаючи шум через кабель до вашої друкованої плати. Тепер це дійсно залежить від ситуації, якщо це допоможе додати шлях низького опору від сигнального заземлення до шасі, щоб позбутися від безладу, який ви пускаєте через кабельні дроти. Якщо ви позбудетесь від шуму прямо в точці, де він потрапляє в шасі конденсаторами і 360-градусним з’єднанням кабельного щита, ви все одно маєте рацію. Здебільшого це не дуже практично, і радимо дозволити, щоб ваш сигнальний майданчик був частиною шумового шляху до шасі.