¿Se debe conectar la tierra del chasis a la tierra digital?

Estoy trabajando en una PCB que ha protegido los conectores RJ45 (ethernet), RS232 y USB, y está alimentada por un adaptador de alimentación de ladrillo de CA / CC de 12 V (hago el paso de 5 V y 3,3 V a bordo). Todo el diseño está encerrado en un chasis de metal.

Las pantallas de los conectores de E / S están conectadas a un plano CHASSIS_GND en la periferia de la PCB y también hacen contacto con el panel frontal del chasis de metal. CHASSIS_GND está aislado del GND digital por un foso (vacío).

Aquí está la pregunta: ¿Debería el CHASSIS_GND estar vinculado al plano digital GND de alguna manera? He leído innumerables notas de aplicación y guías de diseño, pero parece que todos tienen consejos diferentes (y a veces aparentemente contradictorios) acerca de cómo se deben unir estos dos planos.

Hasta ahora he visto:

• Átalos en un solo punto con una resistencia de 0 ohmios cerca de la fuente de alimentación
• Átalos con un solo condensador de 0.01uF / 2kV cerca de la fuente de alimentación.
• Átalos con una resistencia de 1M y un condensador de 0.1uF en paralelo
• Cortocircule junto con una resistencia de 0 ohmios y un condensador de 0.1uF en paralelo
• Átalos con múltiples condensadores de 0.01uF en paralelo cerca de la E / S
• Cortarlos juntos directamente a través de los orificios de montaje en la PCB
• Átalos con condensadores entre GND digital y los agujeros de montaje.
• Átalos a través de múltiples conexiones de baja inductancia cerca de los conectores de E / S
• Déjelos totalmente aislados (no conectados entre sí en ningún lugar)

Encontré este artículo de Henry Ott ( http://www.hottconsultants.com/questions/chassis_to_circuit_ground_connection.html ) que dice:

Primero, le diré lo que no debe hacer, es hacer una conexión de un solo punto entre la tierra del circuito y la tierra del chasis en la fuente de alimentación ... la tierra del circuito debe conectarse al chasis con una conexión de baja inductancia en el I / O área del tablero

¿Alguien capaz de explicar prácticamente cómo se ve una "conexión de baja inductancia" en una placa como esta?

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

Este es un tema muy complejo, ya que trata con EMI / RFI, ESD y cosas de seguridad. Como habrás notado, hay muchas maneras de manejar el chasis y los terrenos digitales: todos tienen una opinión y todos piensan que las otras personas están equivocadas. Para que lo sepas, 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 forma en que lo hacen las placas base de PC. Cada orificio de montaje en la PCB conecta la señal gnd (también conocida como tierra digital) directamente al chasis de metal a través de un tornillo y un separador de metal.

Para los conectores con blindaje, ese blindaje se conecta al chasis de metal 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 permanecería en el blindaje / chasis y nunca entraría dentro de la caja o en la PCB. A veces eso no es posible, por lo que si llega a la PCB, querrá sacarlo de la PCB lo más rápido posible.

Permítanme aclarar esto: para una PCB con conectores, la señal GND está conectada a la carcasa metálica mediante orificios de montaje. El chasis GND está conectado a la carcasa metálica mediante orificios de montaje. El chasis GND y el GND de señal NO están conectados entre sí en la PCB, sino que utilizan la carcasa metálica para esa conexión.

El chasis de metal finalmente se conecta al pin GND en el conector de alimentación de CA de 3 puntas, NO al pin neutro. Hay más problemas de seguridad cuando hablamos de conectores de alimentación de CA de 2 clavijas, y tendrá que buscarlos, ya que no estoy tan versado en esas regulaciones / leyes.

Átalos 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 porque esto no siempre funciona y tener la resistencia allí le brinda una manera fácil de quitar la conexión o reemplazar la resistencia con una tapa.

Átalos 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 pasen las señales de CA pero no la CC. Me parece una tontería, ya que desea que pasen las señales de CC (o al menos 60 Hz) para que el disyuntor explote si hubo una falla grave.

Átalos 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 GND, y podría cobrar una carga suficiente como para causar problemas menores. Se supone que la resistencia de 1M ohmio evita eso. De lo contrario, esto es idéntico a la solución anterior.

Cortocircule junto con una resistencia de 0 ohmios 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 cosas en el PCB para permitirle cambiar las cosas hasta que funcione.

Átalos con múltiples 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 usan múltiples tapas para reducir la impedancia y conectar cosas donde cuenta. Pero esto no es tan bueno como lo que hago.

Cortarlos 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.

Átalos con condensadores entre GND digital y los agujeros de montaje.

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

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

Variaciones sobre lo mismo. También podría llamarse "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 tienes un chasis de metal (como una carcasa de plástico). Esto se vuelve complicado y requiere un diseño de circuito cuidadoso y un diseño de PCB para hacerlo bien, y aún así pasar todas las pruebas normativas EMI. Se puede hacer, pero como dije, es complicado.

$\Omega$

Consulte también esta pregunta sobre el diseño "Prueba EMI" .

Estoy totalmente a favor de la última sugerencia de David Kessner. Principalmente trato con el diseño analógico en el nivel de microvoltios 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 la PCB para evitar oscilaciones parasitarias. Muchos dependen de las frecuencias y niveles de señal utilizados. 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.

La tierra del chasis es solo por seguridad. Por lo que entiendo, es mejor mantener el plano de tierra real del circuito aislado, lo que significa que el chasis y las tierras digitales solo se conectan en / fuera de la fuente de alimentación. Esto se hace por varias razones, pero dos de los grandes beneficios:

1. Mucho menos posibilidades de que cualquier energía de radio que el chasis (o sus componentes) recoja se filtre 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 tienen muchas menos probabilidades de ser amplificados / radiados por el chasis.

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 varias 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 de metal / 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 retorcidos. Si tuviera que conectarme en el lado de la PCB, entonces una corriente de retorno de CC seguiría a través del chasis de metal y esto es una preocupación para la captación de ruido. Cuando solo tiene una PCB, es mejor colocar este único punto en el lado de la fuente de alimentación, porque en muchas fuentes de alimentación, la tierra de CC está conectada a tierra dentro de la fuente de alimentación. Esa conexión de un solo punto es un vínculo fuerte con la tierra / chasis. Tenga en cuenta que hay algunas aplicaciones en las que es inevitable tener una conexión multipunto de tierra de CC al chasis en el lado de la PCB, luego, en ese caso, recomendaría la conexión a tierra lógica de CC flotante, lo que significa su tierra y tierra lógica de CC El suelo está aislado. Si puede asegurarse de que puede hacer una estrategia de terreno único en la práctica, le ayudaría mucho mejor en términos de captación de ruido.

Conecte la tierra de la señal de PCB directamente a la tierra del chasis a través de los orificios de montaje; la corriente de retorno puede no pasar por el cable de alimentación, ya que la tierra del chasis puede tener una menor impedancia para la corriente de retorno. Si es así, ¿afectará la EMI de los cables? por ejemplo, la parte de la cancelación de radiación de par trenzado basada en la misma magnitud pero corriente de dirección inversa.