Wie reduziert der physische Anschluss einer Leiterplatte an die Gehäusemasse das Rauschen?

Dies wird eine weitere kontroverse Frage sein, also lassen Sie mich eine Quelle (Lehrbuch) paraphrasieren und gelegentlich zitieren, die ich glaubwürdig finde, EMV und die Leiterplatte von Mark Montrose. Lassen Sie uns zunächst die übliche Terminologie einführen:

• Schutzerde = Masse, die niederohmig mit Erde verbunden ist
• Signalspannung (Referenzierung) Masse, z. B. Massefläche auf einer Leiterplatte

Nun ein möglicherweise schockierendes Zitat (S. 249):

Der Anschluss der beiden Erdungsmethoden kann für eine bestimmte Anwendung ungeeignet sein und EMV-Probleme verschlimmern. [...] Es gibt weit verbreitete Missverständnisse bezüglich der Erdung. Die meisten Analysten glauben, dass Masse ein Stromrückweg ist, der durch eine gute Masse Schaltungsrauschen reduziert. Dieser Glaube veranlasst viele zu der Annahme, dass wir verrauschten HF-Strom in die Erde einleiten können, im Allgemeinen durch die Haupterdungsstruktur eines Gebäudes. Dies gilt, wenn wir über Sicherheitserdung und nicht über Signalspannungsreferenz sprechen. Obwohl ein HF-Rückweg obligatorisch ist, muss er nicht auf Massepotential liegen. Freiraum liegt nicht auf Erdpotential .

(Hervorhebung von mir).

Nachdem Sie festgestellt haben, dass (falls es gesagt werden muss), wie wäre es, eine Leiterplatte (oder im Falle eines Geräts mit mehreren Platinen mehrere Leiterplatten) an das Metallgehäuse / -gehäuse anzuschließen, selbst wenn letzteres nicht mit der Erde verbunden ist? /Sicherheitsgrund? (Sie könnten zum Beispiel einen Faraday-Käfig in einem Kunststoffgehäuse haben.)

Zuerst müssen wir etwas anderes klarstellen: Wenn Sie ein Mehrplatinensystem haben, ist eine Einpunkterdung (auch bekannt als "heilige" Erde, kein Scherz) geeignet, wenn die Geschwindigkeit von Signalen/Komponenten 1 MHz oder weniger beträgt , normalerweise zu finden in Audioschaltkreise, Netzstromsysteme usw. Bei höheren Betriebsfrequenzen, z. B. einem Computer, wird eine Mehrpunkterdung verwendet. Für gemischte Frequenzen werden beide in einer hybriden Erdungstechnik kombiniert, wie unten gezeigt (Abbildung aus Montroses Buch):

Und hier ist im Grunde der Grund, warum Sie eine Mehrpunkterdung für Hochfrequenzsysteme wünschen, die in Montroses Buch (S. 274) im Zusammenhang mit einem System mit Tochterplatinen (z. B. Ihrem typischen Desktop-Computer) erklärt wird:

HF-Felder, die von einer Leiterplatte [...] erzeugt werden, koppeln an eine metallische Struktur. Infolgedessen entwickeln sich in der Struktur HF-Wirbelströme, die innerhalb der Einheit zirkulieren und eine Feldverteilung erzeugen. Diese Feldverteilung kann mit anderen Schaltungen koppeln [...] Diese [Wirbel-] Ströme werden durch Verteilungsübertragungsimpedanzen an den Kartenkäfig gekoppelt und dann durch Versuche, die Schleife durch Rückkopplung an die Rückwand zu schließen. Wenn die Gleichtakt-Referenzimpedanz zwischen der Backplane und dem Kartenkäfig nicht wesentlich niedriger ist als die verteilende "treibende Quelle" (der Wirbelströme), wird zwischen der Backplane und dem Kartenkäfig eine HF-Spannung entwickelt. [...] Einfach ausgedrückt muss das Gleichtakt-Spektralpotential zwischen Backplane und Kartenkäfig kurzgeschlossen werden.

Wenn Sie sich gefragt haben, warum Ihr Desktop-Computer-Motherboard elektrische Verbindungen durch alle Schrauben hat, die es am (metallischen) Gehäuse befestigen, dann sind sie da.

NB: Joffe und Lock's Grounds for Grounding geben in ihrem Abschnitt mit dem Titel "Purpose of Stitching PCB Return Planes to Chassis" so ziemlich die gleiche Erklärung , daher denke ich, dass sich die Experten darin einig sind.

Genauer gesagt ist es allgemein üblich, genau eine niederohmige Verbindung zur Gehäuseerde zu haben. Häufig ist es sehr nahe am Spannungsregler.

Es ist wichtig, dass es nur eine Verbindung gibt. Es werden Rauschströme über und um das Gehäuse herum fließen, vorausgesetzt, das Gehäuse ist aus Metall und vollständig geschlossen und wirkt somit wie ein Faraday-Käfig. Solange Sie jedoch nur an einer Stelle anschließen, können alle Ströme, die um das Chassis herum fließen, nicht durch Ihre Schaltung fließen. Sie können nicht, weil es keinen Weg gibt.

Wenn Sie jedoch zwei Verbindungen haben und zwischen diesen beiden Punkten Spannung anliegt (was angesichts des ganzen Rauschens wahrscheinlich ist), kann Rauschstrom durch Ihre Schaltung fließen.

Warum dann also keine Nullverbindungen? Denken Sie darüber nach. Wie bekommt man irgendwelche Kabel rein? Ich nehme an, wenn es mit Batterien betrieben wird und keine Ein- oder Ausgänge hat, können Sie das Ganze in einen Faraday-Käfig stecken, und das könnte ziemlich gut funktionieren. Dies ist jedoch für die meisten Schaltkreise nicht machbar, die mindestens einige externe Anschlüsse haben, von denen einige auf Masse bezogen sind, sodass Sie sie irgendwo anschließen müssen.

Warum sollten diese externen Verbindungen nicht durch ein Loch im Gehäuse durch einen isolierten Stecker geführt werden, damit sie nicht elektrisch mit dem Gehäuse verbunden sind? Nun, jedes Gleichtaktrauschen auf diesen Kabeln kommt einfach direkt durch das Loch und in das Gehäuse. Sie könnten genauso gut gar keinen Fall haben.

Idealerweise wird die Abschirmung aller ein- oder ausgehenden Kabel mit dem Metallgehäuse verbunden. Wenn Sie sich das topologisch vorstellen, ist das Gehäuse wie ein dickerer Abschnitt der Kabelabschirmung, und Ihre Schaltung befindet sich im Inneren des Kabels.

Sie sollten sich fragen, was außerhalb der Box noch an der Platine angebracht ist. Wenn ein Kabel an die Platine angeschlossen ist, würden Sie die Abschirmung stark zerstören, indem Sie Rauschen über das Kabel zu Ihrer Platine einlassen. Jetzt hängt es wirklich von der Situation ab, ob es hilft, einen Pfad mit niedriger Impedanz von Ihrer Signalmasse zum Chassis hinzuzufügen, um das Durcheinander zu beseitigen, das Sie über die Kabeldrähte hereingelassen haben. Wenn Sie das Rauschen direkt an der Stelle, wo es in das Chassis eintritt, durch Kondensatoren und 360-Grad-Kopplung des Kabelschirms beseitigen, haben Sie immer noch Recht. Meistens ist dies nicht sehr praktisch und es ist ratsam, Ihre Signalerde einen Teil des Rauschwegs zum Gehäuse sein zu lassen.