Fisicamente, como conectar uma PCB ao terra do chassi reduz o ruído?

Sei que isso pode parecer duplicado. O aterramento do chassi deve ser conectado ao aterramento digital? mas as respostas nesse tópico não explicam por que alguém deve conectar o chassi ao terra da placa de circuito impresso, além das preocupações óbvias de segurança que eu entendo.

Minha lógica é a seguinte: se eu tenho uma placa de circuito impresso com circuitos analógicos sensíveis, devo colocá-la em um chassi de metal e mantê-la isolada da minha placa de circuito impresso. O chassi atua como uma gaiola remota, que mantém minha PCB longe do ruído EM e também evita que o ruído emane da minha (digamos) PCB RF. Não vejo razão para conectar os dois, se a segurança não for uma preocupação. a resposta de draeth no link mencionado parece concordar com isso.

No entanto, a sabedoria convencional de pessoas muito informadas diz que um caminho de baixa impedância para o chassi de metal deve ser estabelecido para reduzir o ruído e a EMI.

Por que isso deve ser feito? Parece que, ao conectar meu terra ao chassi, seria possível expor seu circuito ao ruído do lado de fora. E também expor o exterior ao barulho!

Essa será outra questão controversa, portanto, parafraseando e ocasionalmente citando uma fonte (livro) que considero credível, a EMC e a Placa de Circuito Impresso de Mark Montrose. Primeiro, vamos apresentar a terminologia usual:

• aterramento de segurança = um aterramento conectado por um caminho de baixa impedância ao aterramento
• aterramento da tensão de sinal (referência), por exemplo, plano de aterramento em uma placa de circuito impresso

Agora, uma citação potencialmente chocante (p. 249):

A conexão dos dois métodos de aterramento pode não ser adequada para uma aplicação específica e pode agravar os problemas EMC. [...] Existem equívocos comuns em relação ao aterramento. A maioria dos analistas acredita que o solo é um caminho de retorno atual que reduz o ruído do circuito. Essa crença leva muitos a supor que podemos afundar a corrente de RF ruidosa na terra, geralmente através da estrutura principal de aterramento de um edifício. Isso é válido se estivermos discutindo aterramento de segurança, não referência de tensão de sinal. Embora um caminho de retorno de RF seja obrigatório, ele não precisa estar no potencial de terra. O espaço livre não tem potencial de terra .

(Ênfase minha).

Portanto, tendo estabelecido que (se necessário), que tal conectar um PCB (ou, no caso de um dispositivo com várias placas, vários PCBs) à terra ao gabinete / chassi de metal, mesmo que este último não esteja conectado à terra? / campo de segurança? (Você pode ter uma gaiola de Faraday alojada em um gabinete de plástico, por exemplo.)

Primeiro, precisamos esclarecer outra coisa: se você possui um sistema com várias placas, o aterramento de ponto único (também conhecido como terra "sagrada", sem brincadeira) é adequado quando a velocidade dos sinais / componentes é de 1 Mhz ou menos , geralmente encontrada em circuitos de áudio, sistemas de energia elétrica, etc. Para frequências operacionais mais altas, por exemplo, um computador, é usado o aterramento multiponto. Para frequências mistas, ambas são combinadas em uma técnica de aterramento híbrida, como mostrado abaixo (figura do livro de Montrose):

E aqui está basicamente o motivo pelo qual você deseja o aterramento multiponto para sistemas de alta frequência, que no livro de Montrose (p. 274) é explicado no contexto de um sistema com placas de expansão (por exemplo, seu computador desktop típico):

Os campos de RF gerados a partir de um PCB [...] serão acoplados a uma estrutura metálica. Como resultado, as correntes de Foucault de RF se desenvolverão na estrutura e circularão dentro da unidade, criando uma distribuição em campo. Essa distribuição de campo pode acoplar-se a outros circuitos [...] Essas correntes [redundantes] são acopladas ao compartimento do cartão através de impedâncias de transferência distributiva e, em seguida, através de tentativas de fechar o loop acoplando de volta ao backplane. Se a impedância de referência do modo comum entre o backplane e o compartimento do cartão não for significativamente menor que a "fonte de acionamento" distributiva (das correntes de Foucault), será desenvolvida uma tensão de RF entre o backplane e o compartimento do cartão. [...] Simplificando, o potencial espectral de modo comum entre o backplane e o compartimento da placa deve ser curto.

Se você se perguntou por que a placa-mãe do seu computador de mesa tem conexões elétricas através de todos os parafusos que a prendem ao gabinete (metálico), é por isso que eles estão lá.

Nota: Joffe e Grounds for Grounding fornecem praticamente a mesma explicação em sua seção intitulada "Finalidade de costurar aviões de retorno de PCB ao chassi" , então acho que os especialistas concordam com isso.

Mais especificamente, a sabedoria convencional é ter exatamente uma conexão de baixa impedância ao terra do chassi. Freqüentemente está muito perto do regulador de tensão.

É importante que exista apenas uma conexão. Haverá correntes de ruído fluindo sobre e ao redor do gabinete, desde que o gabinete seja metálico e totalmente fechado e, assim, esteja agindo como uma gaiola de Faraday. No entanto, desde que você se conecte em apenas um lugar, as correntes que fluem ao redor do chassi não poderão fluir através do seu circuito. Eles não podem, porque não há caminho.

No entanto, se você tiver duas conexões, se houver alguma tensão entre esses dois pontos (o que é provável, considerando todo o ruído), a corrente de ruído poderá fluir através do seu circuito.

Então, por que não zero conexões? Bem, pense sobre isso. Como você instala fios? Suponho que se ele é alimentado por baterias e não tem entradas ou saídas, você pode colocar tudo em uma gaiola de Faraday e isso pode funcionar muito bem. Certamente, isso não é viável para a maioria dos circuitos, que possuem pelo menos algumas conexões externas, algumas das quais são referenciadas ao terra, portanto, é necessário conectar-se a eles em algum lugar.

Por que essas conexões externas não passam por um orifício no gabinete através de um conector isolado, para que não sejam conectadas eletricamente ao gabinete? Pois bem, qualquer ruído de modo comum nesses cabos passará pelo orifício e dentro do gabinete. Você também pode não ter nenhum caso.

Idealmente, a blindagem de qualquer cabo dentro ou fora é conectada ao chassi de metal. Se você pensar nisso topologicamente, o gabinete é como uma seção mais gorda da blindagem do cabo e seu circuito está dentro do cabo.

Você deve se perguntar o que mais fora da caixa está anexado ao PCB. Se um cabo estiver conectado à placa de circuito impresso, você destruiria mal a blindagem deixando entrar ruído através do cabo da placa de circuito impresso. Agora, isso realmente depende da situação, se ajudar a adicionar um caminho de baixa impedância do aterramento do sinal ao chassi para se livrar da bagunça que você deixa passar através dos fios do cabo. Se você se livrar do ruído diretamente no ponto em que entra no chassi por capacitores e acoplamento de 360 ​​graus da blindagem do cabo, você ainda está certo. Principalmente, isso não é muito prático e é aconselhável que o aterramento do sinal faça parte do caminho do ruído para o chassi.