机箱接地是否应该连接到数字接地?

电器工程 以太网 布局 地面 接地 机壳
2022-01-29 22:23:56

我正在开发具有屏蔽 RJ45(以太网)、RS232 和 USB 连接器的 PCB,并由 12V AC/DC 砖式电源适配器供电(我在板上进行 5V 和 3.3V 降压)。整个设计被封闭在一个金属底盘中。

I/O 连接器的屏蔽层连接到 PCB 外围的 CHASSIS_GND 平面,并与金属机箱的前面板接触。CHASSIS_GND 通过护城河 (void) 与数字 GND 隔离。

问题来了:CHASSIS_GND 是否应该以任何方式连接到数字 GND 平面? 我已经阅读了无数的应用说明和布局指南,但似乎每个人对于如何将这两个平面耦合在一起都有不同的(有时甚至是看似矛盾的)建议。

到目前为止,我已经看到:

  • 在电源附近使用 0 欧姆电阻将它们连接在一个点上
  • 在电源附近用一个 0.01uF/2kV 电容器将它们连接在一起
  • 将它们与一个 1M 电阻和一个 0.1uF 电容并联在一起
  • 将它们与一个 0 Ohm 电阻器和一个 0.1uF 电容器并联短接在一起
  • 将它们与多个 0.01uF 电容器并联在 I/O 附近
  • 通过 PCB 上的安装孔直接将它们短接在一起
  • 将它们与数字 GND 和安装孔之间的电容器连接在一起
  • 通过 I/O 连接器附近的多个低电感连接将它们连接在一起
  • 让它们完全隔离(不在任何地方连接在一起)

我发现了 Henry Ott 的这篇文章(http://www.hottconsultants.com/questions/chassis_to_circuit_ground_connection.html),其中指出:

首先我会告诉你不应该做的事情,那就是在电源处的电路地和机箱地之间进行单点连接......电路地应该连接到机箱,在I中以低电感连接/O 板子区域

任何人都能够解释在这样的板上“低电感连接”是什么样的吗?

似乎有许多 EMI 和 ESD 原因使这些平面彼此短路或去耦,而且它们有时彼此不一致。有没有人很好地了解如何将这些飞机连接在一起?

4个回答

这是一个非常复杂的问题,因为它涉及 EMI/RFI、ESD 和安全问题。正如你所注意到的,有很多方法可以处理底盘和数字地面——每个人都有自己的观点,每个人都认为其他人是错误的。只是让你知道,他们都是错的,我是对的。诚实的!:)

我已经做了好几种方法,但似乎最适合我的方法与 PC 主板的方法相同。PCB 上的每个安装孔都通过螺钉和金属支架将信号地(又称数字地)直接连接到金属底盘。

对于带有屏蔽的连接器,该屏蔽通过尽可能短的连接连接到金属底盘。理想情况下,连接器护罩会接触机箱,否则 PCB 上的安装螺钉会尽可能靠近连接器。这里的想法是,任何噪音或静电放电都会留在屏蔽/机箱上,永远不会进入盒子内部或 PCB 上。有时这是不可能的,所以如果它确实进入了 PCB,您希望尽快将其从 PCB 上取下。

让我明确一点:对于带有连接器的 PCB,信号 GND 使用安装孔连接到金属外壳。机箱 GND 使用安装孔连接到金属外壳。Chassis GND 和 Signal GND没有在 PCB 上连接在一起,而是使用金属外壳进行连接。

然后,金属机箱最终连接到 3 针交流电源连接器上的 GND 引脚,而不是中性引脚。当我们谈论 2 针交流电源连接器时,还有更多的安全问题——你必须查一下,因为我不太熟悉这些法规/法律。

在电源附近使用 0 欧姆电阻将它们连接在一个点上

不要那样做。这样做可以确保电缆上的任何噪声都必须通过您的电路才能到达 GND。这可能会破坏您的电路。使用 0 欧姆电阻器的原因是因为这并不总是有效,并且将电阻器放在那里可以让您轻松地移除连接或用帽替换电阻器。

在电源附近用一个 0.01uF/2kV 电容器将它们连接在一起

不要那样做。这是 0 欧姆电阻器的变体。同样的想法,但想法是上限将允许交流信号通过但不允许直流信号通过。对我来说似乎很愚蠢,因为您希望 DC(或至少 60 Hz)信号通过,以便在出现严重故障时断路器会弹出。

将它们与一个 1M 电阻和一个 0.1uF 电容并联在一起

不要那样做。以前的“解决方案”的问题在于,机箱现在相对于 GND 处于浮动状态,并且可能会收集到足以引起小问题的电荷。1M 欧姆电阻应该可以防止这种情况。否则,这与之前的解决方案相同。

将它们与一个 0 Ohm 电阻器和一个 0.1uF 电容器并联短接在一起

不要那样做。如果有一个 0 欧姆的电阻,为什么还要费心呢?这只是其他的变体,但在 PCB 上有更多的东西可以让你改变它直到它工作。

将它们与多个 0.01uF 电容器并联在 I/O 附近

更近了。靠近 I/O 比靠近电源连接器要好,因为噪声不会通过电路。多个电容用于降低阻抗并连接重要的东西。但这不如我做的好。

通过 PCB 上的安装孔直接将它们短接在一起

如前所述,我喜欢这种方法。非常低的阻抗,无处不在。

将它们与数字 GND 和安装孔之间的电容器连接在一起

不如将它们短接在一起好,因为阻抗更高并且您正在阻断直流电。

通过 I/O 连接器附近的多个低电感连接将它们连接在一起

同一事物的变体。不妨将“多个低电感连接”称为“接地层”和“安装孔”

让它们完全隔离(不在任何地方连接在一起)

这基本上是当您没有金属机箱(如全塑料外壳)时所做的。这变得很棘手,需要仔细的电路设计和 PCB 布局才能做到正确,并且仍然通过所有 EMI 监管测试。可以做到,但正如我所说,这很棘手。

永远不需要使用电阻。这是一个常见的 CYA,来自想要两个或多个 1)在一个点上将它们绑在一起 2)不确定,并且希望能够做到这一点,以及 3)如果在原理图中绑在一起,它们被合并了将网表中的单个平面,打败了单点的目标 4) 希望能够交换另一个设备,例如电容。Ω

另请参阅有关“EMI 证明”设计的这个问题

我完全赞成大卫凯斯纳的最后一个建议。我主要处理微伏级别的模拟设计,通过将不同的接地信号连接在一起很容易破坏设计。只需将它们隔离开,并非常注意 PCB 设计和去耦以避免寄生振荡。很多取决于使用的频率和信号电平。只有在嘈杂的条件下仔细设计和测试原型才能证明设计是否正确。通过 ESD 和 EMI 测试通常是无关的。

机箱接地仅出于安全考虑。据我了解,最好将电路的实际接地层保持隔离,这意味着机箱和数字接地仅连接在电源处/外部。这样做有几个原因,但有两个很大的好处:

  1. 机箱(或其组件)吸收的任何无线电能量泄漏到数字电路中的可能性要小得多
  2. 显着降低机箱充当“无意辐射器”的程度——例如,数字电路中的振荡和状态变化不太可能被机箱放大/辐射。