Wie reduziert das Anschließen einer Leiterplatte an die Gehäusemasse das Rauschen?

Mir ist klar, dass dies zu duplizieren scheint. Sollte die Gehäusemasse mit der digitalen Masse verbunden werden? Die Antworten in diesem Thread erklären jedoch nicht, warum das Gehäuse an die Leiterplattenmasse angeschlossen werden sollte, abgesehen von offensichtlichen Sicherheitsbedenken, die ich verstehe.

Meine Logik lautet: Wenn ich eine Leiterplatte mit empfindlichen analogen Schaltkreisen habe, sollte ich sie in ein Metallgehäuse stecken und von meiner Leiterplatte isoliert halten. Das Chassis fungiert als Faraday-Käfig, der verhindert, dass meine Leiterplatte von außen EM-Störungen und auch Geräusche von meiner (etwa) HF-Leiterplatte ausgehen. Ich sehe keinen Grund, die beiden zu verbinden, wenn die Sicherheit kein Problem darstellt. Die Antwort von draeth im oben genannten Link scheint damit übereinzustimmen.

Konventionelle Erkenntnisse von sehr sachkundigen Personen besagen jedoch, dass ein niederohmiger Pfad zum Metallgehäuse eingerichtet werden sollte, um Rauschen und EMI zu reduzieren.

Warum sollte das getan werden? Es scheint, als würde man durch Verbinden meiner Masse mit dem Chassis den Stromkreis Geräuschen von außen aussetzen. Und setzen Sie auch die Außenseite Lärm aus!

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

• Sicherheitserde = eine Erdung, die über einen niederohmigen Pfad mit der Erde verbunden ist
• Masse der Signalspannung (Referenzierung), z. B. Masseebene auf einer Leiterplatte

Nun ein möglicherweise schockierendes Zitat (S. 249):

Die Verbindung der beiden Erdungsmethoden kann für eine bestimmte Anwendung ungeeignet sein und EMV-Probleme verschlimmern. [...] Es gibt häufige Missverständnisse in Bezug auf die Erdung. Die meisten Analysten glauben, dass Masse ein Stromrückweg ist, bei dem eine gute Masse das Schaltungsrauschen reduziert. Dieser Glaube lässt viele annehmen, dass wir verrauschten HF-Strom in die Erde leiten können, im Allgemeinen durch die Haupterdungsstruktur eines Gebäudes. Dies gilt, wenn es sich um eine Sicherheitserdung handelt, nicht um eine Signalspannungsreferenz. Obwohl ein HF-Rückweg obligatorisch ist, muss er nicht auf Erdpotential liegen. Freier Raum liegt nicht auf Erdpotential .

(Hervorhebung von mir).

Nachdem Sie festgestellt haben, dass (falls erforderlich) eine Erdung einer Leiterplatte (oder bei einem Gerät mit mehreren Leiterplatten mehrere Leiterplatten) mit dem Metallgehäuse / -gehäuse verbunden ist, auch wenn diese nicht mit der Erde verbunden ist / Sicherheitsgrund? (Sie könnten zum Beispiel einen Faradayschen Käfig in einem Kunststoffgehäuse haben.)

Zuerst müssen wir etwas anderes klären: Wenn Sie ein Mehrplatinen-System haben, ist eine Einzelpunkt-Erdung (auch bekannt als "heiliger" Boden, kein Scherz) geeignet, wenn die Geschwindigkeit der Signale / Komponenten 1 MHz oder weniger beträgt , was normalerweise in der Fall ist Audiokreise, Netzstromversorgungssysteme usw. Für höhere Betriebsfrequenzen, z. B. einen Computer, wird eine Mehrpunkterdung verwendet. Für gemischte Frequenzen werden beide in einer Hybrid-Erdungstechnik kombiniert, wie unten gezeigt (Abbildung aus Montrose's Buch):

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

Von einer Leiterplatte [...] erzeugte HF-Felder werden an eine metallische Struktur gekoppelt. Infolgedessen entwickeln sich HF-Wirbelströme in der Struktur und zirkulieren innerhalb der Einheit, wodurch eine Feldverteilung erzeugt wird. Diese Feldverteilung kann mit anderen Schaltkreisen [...] gekoppelt werden. Diese [Wirbel-] Ströme werden durch verteilende Übertragungsimpedanzen und dann durch Versuche, die Schleife durch Zurückkoppeln an die Rückwandplatine zu schließen, an den Kartenkäfig gekoppelt. Wenn die Gleichtakt-Referenzimpedanz zwischen der Rückwandplatine und dem Kartenkäfig nicht wesentlich niedriger ist als die verteilende "Treiberquelle" (der Wirbelströme), wird eine HF-Spannung zwischen der Rückwandplatine und dem Kartenkäfig entwickelt. [...] Einfach ausgedrückt muss das Gleichtaktspektralpotential zwischen Rückwandplatine und Kartenkäfig kurzgeschlossen werden.

Wenn Sie sich gefragt haben, warum Ihr Desktop-Computer-Motherboard über alle Schrauben, mit denen es am (Metall-) Gehäuse befestigt ist, über elektrische Verbindungen verfügt, sind sie dort.

NB: Joffe und Lock's Grounds for Grounding geben in ihrem Abschnitt mit dem Titel "Zweck des Nähens von Leiterplattenrückführungsebenen an das Chassis" fast die gleiche Erklärung. Ich denke, die Experten sind sich darin einig.

Insbesondere besteht die übliche Weisheit darin, genau eine niederohmige Verbindung zur Gehäusemasse zu haben. Häufig ist es sehr nahe am Spannungsregler.

Es ist wichtig, dass es nur eine Verbindung gibt. Es werden Geräuschströme über und um das Gehäuse fließen, vorausgesetzt, das Gehäuse ist aus Metall und vollständig umschlossen und wirkt somit wie ein Faradayscher Käfig. Solange Sie jedoch nur an einer Stelle eine Verbindung herstellen, können die um das Gehäuse fließenden Ströme nicht durch Ihre Schaltkreise fließen. Sie können nicht, weil es keinen Weg gibt.

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

Warum also nicht null Verbindungen? Denken Sie darüber nach. Wie werden Sie irgendwelche Drähte bekommen? Ich nehme an, wenn es mit Batterien betrieben wird und keine Ein- oder Ausgänge hat, können Sie das Ganze in einen Faradayschen Käfig stecken, und das könnte ziemlich gut funktionieren. Dies ist jedoch für die meisten Schaltkreise mit mindestens einigen externen Anschlüssen, von denen einige auf Masse bezogen sind, nicht möglich. Sie müssen sie also irgendwo anschließen.

Warum kommen diese externen Verbindungen nicht durch ein Loch im Gehäuse durch einen isolierten Stecker, damit sie nicht elektrisch mit dem Gehäuse verbunden sind? Dann kommt jedes Gleichtaktrauschen an diesen Kabeln direkt durch das Loch und in das Gehäuse. Sie könnten genauso gut überhaupt keinen Fall haben.

Im Idealfall wird die Abschirmung aller ein- oder ausgehenden Kabel mit dem Metallgehäuse verbunden. Wenn Sie dies topologisch betrachten, ist das Gehäuse wie ein dickerer Abschnitt des Kabelschirms, und Ihre Schaltung befindet sich im Kabel.

Sie sollten sich fragen, was außerhalb der Box noch an der Platine angebracht ist. Wenn ein Kabel an die Platine angeschlossen ist, können Sie die Abschirmung stark zerstören, indem Sie Geräusche über das Kabel in Ihre Platine einlassen. Jetzt hängt es wirklich von der Situation ab, ob es dabei hilft, einen niederohmigen Pfad von Ihrer Signalerde zum Gehäuse hinzuzufügen, um die Unordnung zu beseitigen, die Sie über die Kabeldrähte hereinlassen. Wenn Sie das Rauschen direkt an der Stelle beseitigen, an der es durch Kondensatoren und eine 360-Grad-Kopplung des Kabelschirms in das Gehäuse gelangt, haben Sie immer noch Recht. Meistens ist dies nicht sehr praktisch und es ist zu empfehlen, dass Ihre Signalmasse Teil des Rauschpfads zum Chassis ist.