Secara fisik, bagaimana menghubungkan PCB ke casis ground mengurangi kebisingan?

Saya menyadari ini mungkin terlihat menduplikasi Haruskah ground chassis dipasang ke tanah digital? tetapi jawaban di utas itu tidak menjelaskan mengapa orang harus menghubungkan sasis ke tanah PCB, selain dari masalah keamanan yang jelas yang saya mengerti.

Logika saya adalah ini: jika saya memiliki PCB dengan sirkuit analog sensitif, saya harus meletakkannya di sasis logam dan menjaganya tetap terisolasi dari PCB saya. Sasis bertindak sebagai sangkar faraday, yang menjaga PCB saya dari kebisingan EM luar, dan juga mencegah noise memancar dari (katakanlah) RF PCB saya. Saya tidak melihat alasan untuk menghubungkan keduanya, jika keamanan bukan masalah. jawaban draeth dalam tautan tersebut tampaknya setuju dengan ini.

Namun, kebijaksanaan konvensional dari orang-orang yang sangat berpengetahuan mengatakan jalur impedansi rendah ke sasis logam harus ditetapkan untuk mengurangi kebisingan dan EMI.

Mengapa ini harus dilakukan? Sepertinya dengan menghubungkan tanah saya ke sasis, orang akan memaparkan sirkuit mereka ke kebisingan dari luar. Dan juga mengekspos bagian luar terhadap kebisingan!

Ini akan menjadi pertanyaan kontroversial lainnya, jadi izinkan saya mengutip dan sesekali mengutip dari sumber (buku teks) yang menurut saya kredibel, EMC dan Papan Sirkuit Cetak oleh Mark Montrose. Pertama, mari kita intro terminologi yang biasa:

• safety ground = ground yang dihubungkan oleh jalur impedansi rendah ke bumi
• sinyal tegangan (referensi) tanah, misalnya bidang tanah pada PCB

Sekarang kutipan yang berpotensi mengejutkan (hlm. 249):

Koneksi dari dua metode dasar mungkin tidak cocok untuk aplikasi tertentu dan dapat memperburuk masalah EMC. [...] Ada kesalahpahaman yang umum tentang landasan. Sebagian besar analis percaya bahwa ground adalah jalur pengembalian saat ini bahwa ground yang baik mengurangi kebisingan sirkuit. Keyakinan ini menyebabkan banyak orang beranggapan bahwa kita dapat menenggelamkan arus RF berisik ke bumi, umumnya melalui struktur pentanahan utama sebuah bangunan. Ini valid jika kita membahas landasan keselamatan, bukan referensi tegangan sinyal. Meskipun jalur pengembalian RF adalah wajib, itu tidak harus pada potensi tanah. Ruang bebas bukanlah potensi tanah .

(Penekanan milikku).

Jadi telah menetapkan bahwa (jika perlu dikatakan), bagaimana dengan menghubungkan PCB (atau dalam hal perangkat multi-board, beberapa PCB ') ditancapkan ke casing logam / sasis bahkan jika yang terakhir tidak terhubung ke bumi / tempat yang aman? (Anda bisa memiliki kandang Faraday yang bertempat di kandang plastik misalnya.)

Pertama kita perlu membersihkan sesuatu: jika Anda memiliki sistem multi-board, grounding satu titik (alias ground "suci", tidak main-main) cocok ketika kecepatan sinyal / komponen 1 Mhz atau kurang , biasanya ditemukan di sirkuit audio, sistem daya listrik, dll. Untuk frekuensi operasi yang lebih tinggi, misalnya komputer, multi-point grounding digunakan. Untuk frekuensi campuran keduanya digabungkan dalam teknik pentanahan hibrid seperti yang ditunjukkan di bawah ini (gambar dari buku Montrose):

Dan inilah dasarnya mengapa Anda ingin multi-point grounding untuk sistem frekuensi tinggi, yang dalam buku Montrose (hlm. 274) dijelaskan dalam konteks sistem dengan papan ketik (mis. Komputer desktop khas Anda):

Bidang RF yang dihasilkan dari PCB [...] akan berpasangan dengan struktur logam. Akibatnya, arus eddy RF akan berkembang dalam struktur dan akan bersirkulasi dalam unit yang menciptakan distribusi medan. Distribusi bidang ini dapat berpasangan dengan sirkuit lain [...] Arus [eddy] ini digabungkan ke sangkar kartu melalui impedansi transfer distributif dan kemudian melalui upaya untuk menutup loop dengan menyambungkan kembali ke backplane. Jika impedansi referensi mode-biasa antara backplane dan sangkar kartu tidak jauh lebih rendah dari "sumber penggerak" distribusi (dari arus eddy) tegangan RF akan dikembangkan antara backplane dan sangkar kartu. [...] Sederhananya, potensi spektral mode-umum antara backplane dan sangkar kartu harus disingkat.

Jika Anda bertanya-tanya mengapa motherboard komputer desktop Anda memiliki koneksi listrik melalui semua sekrup yang mengikatnya ke kasing (logam), itu sebabnya mereka ada di sana.

NB: Joffe dan Lock's Grounds untuk Grounding memberikan cukup banyak penjelasan yang sama di bagian mereka yang berjudul "Tujuan Menjahit PCB .

Lebih khusus, kebijakan konvensional adalah memiliki satu koneksi dengan impedansi rendah ke ground chassis. Seringkali sangat dekat dengan regulator tegangan.

Penting bahwa hanya ada satu koneksi. Akan ada arus kebisingan yang mengalir di atas dan di sekitar kasing, asalkan kasing adalah logam dan tertutup sepenuhnya, dan dengan demikian bertindak seperti sangkar Faraday. Namun, selama Anda terhubung hanya di satu tempat, arus apa pun yang mengalir di sekitar sasis tidak dapat mengalir melalui sirkuit Anda. Mereka tidak bisa, karena tidak ada jalan.

Namun, jika Anda memiliki dua koneksi, maka jika ada tegangan antara dua titik tersebut (yang kemungkinan besar, mengingat semua kebisingan), maka arus kebisingan dapat mengalir melalui sirkuit Anda.

Jadi, mengapa tidak nol koneksi? Nah, pikirkan tentang itu. Bagaimana Anda mendapatkan kabel? Saya kira jika itu didukung oleh baterai dan tidak memiliki input atau output maka Anda dapat menempatkan semuanya dalam sangkar Faraday dan itu bisa bekerja dengan cukup baik. Tentu saja ini tidak layak untuk sebagian besar sirkuit, yang memiliki setidaknya beberapa koneksi eksternal, beberapa di antaranya dirujuk ke ground, jadi Anda perlu menghubungkannya ke suatu tempat.

Mengapa tidak ada koneksi eksternal yang datang melalui lubang di casing melalui konektor terisolasi sehingga tidak terhubung secara elektrik ke case? Kalau begitu, setiap suara mode-umum pada kabel-kabel itu hanya akan datang tepat melalui lubang dan di dalam casing. Anda mungkin tidak memiliki kasing sama sekali.

Idealnya, pelindung semua kabel yang masuk atau keluar terhubung ke sasis logam. Jika Anda memikirkan ini secara topologis, kasingnya seperti bagian yang lebih gemuk dari pelindung kabel, dan sirkuit Anda ada di dalam kabel.

Anda harus bertanya pada diri sendiri apa lagi yang ada di luar kotak yang terpasang pada pcb. Jika kabel terpasang ke pcb, Anda akan merusak pelindung dengan buruk dengan membiarkan suara masuk melalui kabel ke pcb Anda. Sekarang ini benar-benar tergantung pada situasi jika itu membantu menambahkan jalur impedansi rendah dari ground sinyal Anda ke sasis untuk menyingkirkan kekacauan yang Anda biarkan melalui kabel kabel. Jika Anda menghilangkan kebisingan langsung pada titik di mana ia memasuki sasis dengan kapasitor dan kopling kabel 360 derajat Anda masih benar. Biasanya ini tidak terlalu praktis dan disarankan untuk membiarkan ground sinyal Anda menjadi bagian dari jalur derau ke sasis.