Физически, как подключение платы к заземлению корпуса снижает шум?

Я понимаю, что это может показаться дублирующим. Должно ли заземление корпуса быть присоединено к цифровому заземлению? но ответы в этой теме не объясняют, почему следует подключать шасси к заземлению печатной платы, кроме очевидных проблем безопасности, которые я понимаю.

Моя логика такова: если у меня есть печатная плата с чувствительной аналоговой схемой, я должен поместить ее в металлическое шасси и изолировать от моей печатной платы. Шасси действует как клетка Фарадея, которая защищает мою печатную плату от внешних электромагнитных помех, а также предотвращает излучение шума от моей (скажем) РЧ печатной платы. Я не вижу смысла соединять их, если безопасность не является проблемой. Ответ Дрэта в вышеупомянутой ссылке, кажется, согласен с этим.

Тем не менее, по общему мнению очень знающих людей, для снижения шума и электромагнитных помех необходимо установить низкоомный путь к металлическому шасси.

Зачем это нужно делать? Кажется, что, подключив мое заземление к шасси, можно подвергнуть их цепь внешнему шуму. А так же подвергайте снаружи шуму!

Это будет еще один спорный вопрос, поэтому позвольте мне перефразировать и иногда цитировать источник (учебник), который я считаю заслуживающим доверия, EMC и печатная плата Марка Монтроуза. Для начала давайте введем обычную терминологию:

• безопасное заземление = заземление, которое соединено низкоимпедансным трактом с землей
• напряжение сигнала (ссылка) заземление, например, заземление на печатной плате

Теперь потенциально шокирующая цитата (стр. 249):

Соединение двух основных методов может быть непригодным для конкретного применения и может усугубить проблемы ЭМС. [...] Существуют распространенные заблуждения относительно заземления. Большинство аналитиков считают, что заземление - это путь возврата тока, при котором хорошее заземление снижает шум цепи. Это убеждение заставляет многих предполагать, что мы можем втягивать шумовой радиочастотный ток в землю, как правило, через основную конструкцию здания. Это справедливо , если мы обсуждение безопасности заземления, а не сигнал опорного напряжения. Хотя обратный канал RF является обязательным, он не обязательно должен иметь потенциал земли. Свободное пространство не на земле потенциал .

(Акцент мой).

Таким образом, установив, что (если это необходимо сказать), как насчет подключения платы PCB (или в случае многоплатного устройства, нескольких плат) к металлическому корпусу / корпусу, даже если последний не подключен к земле? / земля безопасности? (Например, вы можете поместить клетку Фарадея в пластиковый корпус.)

Во-первых, нам нужно прояснить кое-что еще: если у вас многоплатная система, одноточечное заземление (так называемая «святая» земля, без шуток) подходит, когда скорость сигналов / компонентов составляет 1 МГц или меньше , обычно в аудиосистемы, системы электропитания и т. д. Для более высоких рабочих частот, например компьютера, используется многоточечное заземление. Для смешанных частот оба объединяются в гибридной технике заземления, как показано ниже (рисунок из книги Монтроуза):

И вот почему вам нужно многоточечное заземление для высокочастотных систем, что объясняется в книге Монтроуза (стр. 274) в контексте системы с дочерними платами (например, вашего типичного настольного компьютера):

РЧ поля, генерируемые на печатной плате, будут [...] соединяться с металлической структурой. В результате в структуре возникнут радиочастотные вихревые токи, которые будут циркулировать внутри блока, создавая распределение поля. Это распределение поля может соединяться с другими цепями [...]. Эти [вихревые] токи подключаются к каркасу карты через импедансы распределительного переноса, а затем через попытки замыкания контура путем подключения обратно к объединительной плате. Если синфазный опорный импеданс между объединительной платой и каркасом карты не будет значительно ниже распределительного «источника возбуждения» (вихревых токов), то между объединительной платой и каркасом карты будет создано радиочастотное напряжение. [...] Проще говоря, синфазный спектральный потенциал между объединительной платой и каркасом карты должен быть закорочен.

Если вам интересно, почему у материнской платы настольного компьютера есть электрические соединения через все винты, которые крепят ее к (металлическому) корпусу, вот почему они есть.

NB: « Основания заземления» Джоффа и Локка дают почти то же самое объяснение в их разделе «Цель сшивания плоскостей возврата печатных плат в шасси» , поэтому, я думаю, эксперты с этим согласны.

Более конкретно, общепринятым решением является наличие ровно одного низкоомного соединения с заземлением шасси. Часто это очень близко к регулятору напряжения.

Важно, чтобы было только одно соединение. По всему корпусу будут течь шумовые потоки, при условии, что корпус металлический и полностью закрыт, и, таким образом, действует как клетка Фарадея. Однако до тех пор, пока вы подключаетесь только в одном месте, токи, протекающие вокруг шасси, не могут протекать через вашу схему. Они не могут, потому что нет пути.

Однако, если у вас есть два соединения, то, если между этими двумя точками есть какое-либо напряжение (что, вероятно, с учетом всего шума), то шумовой ток может протекать через вашу схему.

Итак, почему бы не ноль соединений? Ну, подумай об этом. Как ты получишь провода? Я полагаю, если он питается от батарей и не имеет входов или выходов, тогда вы можете поместить все это в клетку Фарадея, и это может работать довольно хорошо. Конечно, это неосуществимо для большинства цепей, которые имеют по крайней мере несколько внешних соединений, некоторые из которых имеют заземление, поэтому вам нужно где-то подключиться к ним.

Почему эти внешние соединения не проходят через отверстие в корпусе через изолированный разъем, чтобы они не были электрически подключены к корпусу? Что ж, любой синфазный шум на этих кабелях будет проходить прямо через отверстие и внутри корпуса. С тем же успехом у вас может не быть никакого дела.

В идеале экран любых кабелей внутри или снаружи подключается к металлическому шасси. Если вы думаете об этом топологически, корпус похож на более толстую часть экрана кабеля, и ваша схема находится внутри кабеля.

Вы должны спросить себя, что еще вне коробки прикреплено к печатной плате. Если кабель подключен к плате, вы можете сильно разрушить экранирование, пропуская шум через кабель к вашей плате. Теперь это действительно зависит от ситуации, если это поможет добавить путь с низким импедансом от вашего сигнального заземления к шасси, чтобы избавиться от беспорядка, который вы пропускаете через кабельные провода. Если вы избавляетесь от шума непосредственно в точке, где он входит в корпус с помощью конденсаторов и 360-градусного соединения экрана кабеля, вы все равно правы. В большинстве случаев это не очень практично, поэтому следует рекомендовать, чтобы заземление вашего сигнала было частью пути шума к шасси.