如何将 USB/以太网屏蔽连接到机箱或数字接地

电器工程 USB pcb设计 以太网 静电放电 屏蔽
2022-01-19 22:20:12

我有一块 PCB,一侧有几个 USB 和 RJ-45 以太网连接器。不过,我很困惑我应该如何将 SHIELD 引脚连接到它们身上。

这适用于将与外围设备接口的主机设备它由外部 PSU 提供 5V 10A 稳压电源,旨在用于车内。

我发现了这个问题(是否应该将机箱接地连接到数字接地?)以及其他对我有所帮助的问题,但我仍然感到困惑。公认的答案是使用安装孔,但我不确定我是否完全理解。我不确定安装孔是否直接将机箱/数字接地连接在一起,或者它们是否仅连接到金属外壳。我假设是后者。

更令人困惑的是:如果我想使用塑料外壳怎么办?我更喜欢塑料,但我认为金属会更好地保护它免受车辆内部的电磁干扰。


这是我当前布局的(非常简化的)示例。

机箱通过外壳连接到数字 GND

还有原理图(以防万一,不是很有用)

设计示意图

  • 屏蔽引脚连接到与数字GND隔离的CHASSIS平面。连接器的物理外壳也应该接触金属外壳。
  • CHASSIS平面通过安装孔/螺钉连接到金属外壳。
  • 电源GND通过左下方的安装孔连接到金属外壳。这反过来又通过金属外壳本身将GND连接到CHASSIS 。

这是我想太多了吗?我应该将屏蔽引脚连接到GND并收工吗?

3个回答

您可能会或可能不会过度思考这一点,这取决于您的应用程序是什么,以及您是否必须通过任何产品的监管检查。总体思路是通过机箱将 ESD 分流到地并远离您的电子设备。这取决于您的外壳是否绝缘。要记住的另一件事是,您还可以让 RF 穿过屏蔽层,如果您需要构建产品以通过发射测试(电缆可以制作出色的天线,甚至可以帮助将闪电 RF 感应到您的板上),则应考虑 RF . 现在我将讨论 ESD。Henry W. Ott所著的《电磁兼容性工程》一书是有关 ESD 和 RF 的一个很好的参考。我会引用它


那么,当产品在塑料外壳中时,电缆屏蔽层、瞬态电压保护器和 I/O 滤波器应该连接在哪里呢?有以下三种可能性:

  1. 到电路接地层(最差的选择)
  2. 连接到单独的 I/O 接地层,如第 2 节所述。12.4.3
  3. 将单独的大金属板添加到产品底部(最佳选择)

ESD和绝缘盒

在您的情况下,如果没有任何电缆连接到车辆外部,我不会太担心射频。如果电缆不会与人接触(埋在仪表板中),我也不会太担心。如果有经过中间的人我会担心。您可以将车辆接地想象成大地。这辆车可能会充电,但它也像法拉第笼一样运作,因此内部的所有东西都将接近 0(除了已经充电的座套之类的东西,任何连接到底盘的金属都将接近 0V(0v 是相对于汽车的电压,而不是“地球”接地))。

我还在同一本书的金属外壳中包含了抑制 ESD 的图像:

适当的 ESD 抑制

将您的屏蔽引脚连接到 GND,然后将接地线/带从您的金属外壳连接到车辆中接地的其他东西,这样您就可以在某个地方“倾倒”噪音。在大多数车辆中,几乎每个金属表面都接地到电池的 (-) 端子(除非您有一辆不稳定的 + 地面车辆)。您可以从无线电接地线、金属底盘安装支架、附近的框架构件等处拉地。

有两种方法可以解决这个问题:

  1. 将机箱地和信号地多点连接到机箱,但不要相互连接
  2. 将机箱地线连接到机箱,并让其他安装孔隔离,然后将机箱地线连接到信号地线,在信号穿过平面分割的位置。

方法 1(您当前的方法)提供了良好的(低 L)高频连接,这就是它用于计算机主板等应用的原因。然而,这是有代价的——它可以让低频电流从机箱流入信号地,然后由于信号地中的公共阻抗耦合而导致噪声问题。

方法 2 消除了环路和公共阻抗耦合的可能性,但有可能激发盒子内部,而接地平面在 RF 处充当边缘馈电贴片天线——这是最不受欢迎的,特别是如果你的盒子不擅长停止射频。它也可以在没有额外工作的情况下与塑料盒一起使用——在这种情况下,方法 1 需要将板螺钉连接到改装的图像平面或内部屏蔽以提供连续性。

至于塑料盒与金属盒 - 金属盒可以提供良好的 EMI 屏蔽,但需要小心设计以避免在机械接缝处无意中出现缝隙天线。塑料盒可以在其中设计 EMI 屏蔽,或使用内部箔层进行改造;但是,如果没有在塑料盒中使用整体 EMI 屏蔽,我建议的最低限度是盒子中某处的一块金属片作为图像平面。(这可以与 ESD 接地板相同。)