Ich arbeite an einer Leiterplatte mit abgeschirmten RJ45- (Ethernet-), RS232- und USB-Anschlüssen und wird von einem 12-V-AC / DC-Brick-Netzteil mit Strom versorgt (ich mache die 5-V- und 3,3-V-Absenkung an Bord). Das gesamte Design ist in einem Metallchassis eingeschlossen.
Die Abschirmungen der E/A-Anschlüsse sind mit einer CHASSIS_GND-Ebene an der Peripherie der Leiterplatte verbunden und haben auch Kontakt mit der Frontplatte des Metallgehäuses. Der CHASSIS_GND ist durch einen Graben (Void) vom digitalen GND isoliert.
Hier ist die Frage: Sollte CHASSIS_GND in irgendeiner Weise an die digitale GND-Ebene gebunden werden? Ich habe unzählige App-Hinweise und Layout-Anleitungen gelesen, aber es scheint, dass jeder unterschiedliche (und manchmal scheinbar widersprüchliche) Ratschläge dazu hat, wie diese beiden Flugzeuge miteinander gekoppelt werden sollten.
Bisher habe ich gesehen:
Ich habe diesen Artikel von Henry Ott ( http://www.hottconsultants.com/questions/chassis_to_circuit_ground_connection.html ) gefunden, in dem es heißt:
Zuerst werde ich Ihnen sagen, was Sie nicht tun sollten, nämlich eine Einpunktverbindung zwischen der Schaltungsmasse und der Gehäusemasse am Netzteil herzustellen ... Die Schaltungsmasse sollte mit einer niederinduktiven Verbindung im I mit dem Gehäuse verbunden werden /O-Bereich des Boards
Kann jemand praktisch erklären, wie eine "niederinduktive Verbindung" auf einer solchen Platine aussieht?
Es scheint, dass es viele EMI- und ESD-Gründe gibt, diese Ebenen kurzzuschließen oder voneinander zu entkoppeln, und sie stehen manchmal im Widerspruch zueinander. Hat jemand eine gute Quelle für das Verständnis, wie man diese Flugzeuge zusammenbindet?
Dies ist ein sehr komplexes Thema, da es sich um EMI/RFI, ESD und Sicherheitsaspekte handelt. Wie Sie bemerkt haben, gibt es viele Möglichkeiten, mit Chassis und digitalen Erdungen umzugehen – jeder hat eine Meinung und jeder denkt, dass die anderen Leute falsch liegen. Nur damit du es weißt, sie liegen alle falsch und ich habe recht. Ehrlich! :)
Ich habe es auf verschiedene Arten gemacht, aber die Art und Weise, die für mich am besten zu funktionieren scheint, ist die gleiche Art und Weise, wie es PC-Motherboards tun. Jedes Montageloch auf der Platine verbindet das Signal gnd (auch bekannt als digitale Masse) direkt mit dem Metallgehäuse durch eine Schraube und einen Metallabstandshalter.
Bei Steckverbindern mit Abschirmung wird diese Abschirmung über eine möglichst kurze Verbindung mit dem Metallchassis verbunden. Idealerweise würde die Steckerabschirmung das Gehäuse berühren, ansonsten wäre eine Befestigungsschraube auf der Platine so nah wie möglich am Stecker. Die Idee dabei ist, dass Rauschen oder statische Entladungen auf der Abschirmung/dem Gehäuse bleiben und niemals in das Gehäuse oder auf die Leiterplatte gelangen. Manchmal ist das nicht möglich. Wenn es also auf die Leiterplatte gelangt, möchten Sie es so schnell wie möglich von der Leiterplatte entfernen.
Lassen Sie mich das klarstellen: Bei einer Leiterplatte mit Steckverbindern ist Signal-GND über Befestigungslöcher mit dem Metallgehäuse verbunden. Chassis GND ist über Befestigungslöcher mit dem Metallgehäuse verbunden. Chassis-GND und Signal-GND sind NICHT auf der Platine miteinander verbunden, sondern verwenden stattdessen das Metallgehäuse für diese Verbindung.
Das Metallgehäuse wird dann schließlich mit dem GND-Pin des 3-poligen Wechselstromanschlusses verbunden, NICHT mit dem neutralen Pin. Es gibt mehr Sicherheitsprobleme, wenn wir über 2-polige Wechselstromanschlüsse sprechen - und Sie müssen diese nachschlagen, da ich mich mit diesen Vorschriften/Gesetzen nicht so gut auskenne.
Binden Sie sie an einem einzigen Punkt mit einem 0-Ohm-Widerstand in der Nähe der Stromversorgung zusammen
Tu das nicht. Dadurch würde sichergestellt, dass jegliches Rauschen auf dem Kabel DURCH Ihren Stromkreis wandern muss, um zu GND zu gelangen. Dies könnte Ihren Stromkreis stören. Der Grund für den 0-Ohm-Widerstand ist, dass dies nicht immer funktioniert und wenn Sie den Widerstand dort haben, haben Sie eine einfache Möglichkeit, die Verbindung zu entfernen oder den Widerstand durch eine Kappe zu ersetzen.
Binden Sie sie mit einem einzelnen 0,01uF/2kV-Kondensator in der Nähe der Stromversorgung zusammen
Tu das nicht. Dies ist eine Variation des 0-Ohm-Widerstands. Dieselbe Idee, aber der Gedanke ist, dass die Kappe AC-Signale passieren lässt, aber keine DC. Scheint mir albern, da Sie möchten, dass DC-Signale (oder mindestens 60 Hz) durchgelassen werden, damit der Leistungsschalter bei einem schweren Fehler springt.
Verbinden Sie sie mit einem 1M-Widerstand und einem 0,1uF-Kondensator parallel
Tu das nicht. Das Problem mit der vorherigen "Lösung" besteht darin, dass das Chassis jetzt relativ zu GND schwebt und eine Ladung sammeln könnte, die ausreicht, um kleinere Probleme zu verursachen. Der 1M Ohm Widerstand soll das verhindern. Ansonsten ist dies identisch mit der vorherigen Lösung.
Schließen Sie sie zusammen mit einem 0-Ohm-Widerstand und einem 0,1-uF-Kondensator parallel
Tu das nicht. Wenn es einen 0-Ohm-Widerstand gibt, warum sollte man sich dann mit der Kappe beschäftigen? Dies ist nur eine Variation der anderen, aber mit mehr Dingen auf der Platine, damit Sie die Dinge ändern können, bis es funktioniert.
Binden Sie sie mit mehreren 0,01-uF-Kondensatoren parallel in der Nähe der E / A zusammen
Näher. In der Nähe des E/A ist besser als in der Nähe des Stromanschlusses, da kein Rauschen durch den Stromkreis wandern würde. Mehrere Kappen werden verwendet, um die Impedanz zu reduzieren und Dinge dort zu verbinden, wo es darauf ankommt. Aber das ist nicht so gut wie das, was ich tue.
Kurzschließen Sie sie direkt über die Befestigungslöcher auf der Leiterplatte zusammen
Wie gesagt, ich mag diesen Ansatz. Sehr niedrige Impedanz, überall.
Binden Sie sie mit Kondensatoren zwischen digitalem GND und den Befestigungslöchern zusammen
Nicht so gut, wie sie einfach kurzzuschließen, da die Impedanz höher ist und Sie Gleichstrom blockieren.
Binden Sie sie über mehrere niederinduktive Verbindungen in der Nähe der E/A-Anschlüsse zusammen
Variationen über dasselbe. Könnte die "mehreren niederinduktiven Verbindungen" auch Dinge wie "Masseebenen" und "Befestigungslöcher" nennen.
Lassen Sie sie vollständig isoliert (nirgendwo miteinander verbunden)
Dies ist im Grunde das, was getan wird, wenn Sie kein Metallgehäuse haben (wie ein Vollkunststoffgehäuse). Dies wird schwierig und erfordert ein sorgfältiges Schaltungsdesign und PCB-Layout, um es richtig zu machen und trotzdem alle EMI-Vorschriftentests zu bestehen. Es ist möglich, aber wie gesagt, es ist schwierig.
Es ist nie notwendig , eine 0 zu verwenden Widerstand. Das ist eine übliche CYA von jemandem, der zwei oder mehr von 1) an einem einzigen Punkt zusammenbinden wollte, 2) sich nicht sicher war und dies tun wollte und 3) wenn sie im Schaltplan zusammengebunden wurden, wurden sie zusammengeführt in der Netzliste in eine einzelne Ebene, wodurch das Ziel eines einzelnen Punktes vereitelt wird 4) wollte in der Lage sein, ein anderes Gerät, zB eine Kappe, auszutauschen.
Siehe auch diese Frage zum Design "EMI Proof" .
Die Gehäuseerdung dient nur der Sicherheit. Soweit ich weiß, ist es am besten, die tatsächliche Erdungsebene des Stromkreises isoliert zu halten, was bedeutet, dass das Chassis und die digitale Erdung nur an / außerhalb der Stromversorgung angeschlossen sind. Dies geschieht aus mehreren Gründen, aber zwei der großen Vorteile:
Den letzten Vorschlag von David Kessner befürworte ich voll und ganz. Ich beschäftige mich hauptsächlich mit analogem Design auf Mikrovoltebene, wo es sehr einfach ist, das Design zu zerstören, indem man verschiedene Massesignale miteinander verbindet. Lassen Sie sie einfach isoliert und kümmern Sie sich sehr gut um das PCB-Design und die Entkopplung, um parasitäre Schwingungen zu vermeiden. Vieles hängt von den verwendeten Frequenzen und Signalpegeln ab. Nur sorgfältiges Design und TESTEN des Prototyps unter lauten Bedingungen beweisen, ob das Design richtig ist. Das Bestehen von ESD- und EMI-Tests steht normalerweise in keinem Zusammenhang.
Meiner Meinung nach funktioniert der Weg auf dem PC gut, weil es nur eine Platine gibt und auch in der Nähe der Stromversorgung. Meine eigene Anwendung ist eine DC-Stromversorgung, aber mehrere Leiterplatten, die voneinander entfernt sind. Für meine Anwendung ist es unter Berücksichtigung von EMI und RFI meiner Meinung nach am besten, den negativen Gleichstromausgang des Netzteils direkt nach dem Netzteil an einem einzigen Punkt mit dem Metallgehäuse / der Erdung zu verbinden. Das bedeutet, dass auf allen Leiterplatten keine Masseverbindung zum Gehäuse bestehen sollte. Die Adernpaare der Stromversorgung sollten verdrillt sein. Wenn ich auf der Leiterplattenseite anschließen müsste, würde ein gewisser Gleichstromrückstrom durch das Metallgehäuse folgen, und dies ist ein Problem für die Rauschaufnahme. Wenn Sie nur eine Platine haben, ist es noch besser, diesen einzelnen Punkt auf der Netzteilseite zu platzieren, da bei vielen Netzteilen die DC-Masse mit der Erdung im Netzteil selbst verbunden ist. Diese Einzelpunktverbindung ist eine harte Verbindung zur Erde / zum Chassis. Beachten Sie, dass es einige Anwendungen gibt, bei denen es unvermeidlich ist, auf der PCB-Seite eine Mehrpunktverbindung der DC-Erdung mit dem Gehäuse zu haben. In diesem Fall würde ich empfehlen, sich für eine schwimmende DC-Logik-Erdung zu entscheiden, was Ihre DC-Logik-Erdung und -Erde bedeutet Erde sind isoliert. Wenn Sie sicherstellen können, dass Sie in der Praxis eine einzige Bodenstrategie anwenden können, würde dies Ihnen in Bezug auf die Geräuschaufnahme viel besser helfen.
Verbinden Sie die Signalerde der Leiterplatte über die Befestigungslöcher direkt mit der Gehäuseerde. Der Rückstrom fließt möglicherweise nicht durch das Netzkabel, da die Gehäuseerde eine niedrigere Impedanz für den Rückstrom haben kann. Wenn dies der Fall ist, wirkt sich dies auf die EMI der Kabel aus? zum Beispiel der Teil der Twist-Pair-Strahlungsunterdrückung, der auf der gleichen Größe, aber einem Strom in umgekehrter Richtung basiert.
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