Физически, как подключение печатной платы к заземлению шасси снижает шум?

Это будет еще один спорный вопрос, поэтому позвольте мне перефразировать и время от времени цитировать источник (учебник), который я считаю заслуживающим доверия, EMC и печатная плата Марка Монтроуза. Во-первых, давайте введем обычную терминологию:

• защитное заземление = заземление, соединенное низкоимпедансной цепью с землей
• сигнальное напряжение (опорное) заземление, например, заземляющий слой на печатной плате

Теперь потенциально шокирующая цитата (стр. 249):

Соединение двух методов заземления может быть неподходящим для конкретного приложения и может усугубить проблемы с ЭМС. [...] Существуют распространенные заблуждения относительно заземления. Большинство аналитиков считают, что заземление — это обратный путь тока, а хорошее заземление снижает шум в цепи. Это убеждение заставляет многих предположить, что мы можем поглотить шумовой радиочастотный ток в землю, как правило, через основную заземляющую конструкцию здания. Это справедливо, если речь идет о защитном заземлении, а не об опорном напряжении сигнала. Хотя обратный ВЧ-тракт является обязательным, он не обязательно должен иметь потенциал земли. Свободное пространство не соответствует потенциалу земли .

(выделено мной).

Итак, установив это (если это нужно было сказать), как насчет подключения заземления печатной платы (или, в случае многоплатного устройства, нескольких печатных плат) к металлическому корпусу/шасси, даже если последнее не заземлено? /защитное заземление? (Например, вы можете разместить клетку Фарадея в пластиковом корпусе.)

Сначала нам нужно прояснить кое-что еще: если у вас многоплатная система, одноточечное заземление (также известное как «святая» земля, без шуток) подходит, когда скорость сигналов/компонентов составляет 1 МГц или меньше , обычно встречается в звуковые цепи, системы электропитания и т. д. Для более высоких рабочих частот, например компьютера, используется многоточечное заземление. Для смешанных частот оба метода объединяются в методе гибридного заземления, как показано ниже (рисунок из книги Монтроуза):

И вот в основном, почему вам нужно многоточечное заземление для высокочастотных систем, что в книге Монтроуза (стр. 274) объясняется в контексте системы с дочерними платами (например, ваш типичный настольный компьютер):

Радиочастотные поля, генерируемые [...] печатной платой, будут соединяться с металлической конструкцией. В результате ВЧ-вихревые токи будут развиваться в конструкции и будут циркулировать внутри блока, создавая распределение поля. Это распределение поля может быть связано с другими цепями [...] Эти [вихревые] токи связаны с каркасом для плат через распределительные передаточные сопротивления, а затем через попытки замкнуть контур путем обратной связи с объединительной платой. Если синфазный эталонный импеданс между объединительной платой и каркасом для плат не намного ниже, чем распределительный «источник возбуждения» (вихревых токов), между объединительной платой и каркасом для плат будет возникать высокочастотное напряжение. [...] Проще говоря, синфазный спектральный потенциал между объединительной панелью и каркасом для карт должен быть закорочен.

Если вам интересно, почему материнская плата вашего настольного компьютера имеет электрические соединения через все винты, которые крепят ее к (металлическому) корпусу, вот почему они там.

NB: Joffe and Lock's Grounds for Grounding дает почти такое же объяснение в своем разделе под названием «Цель сшивания возвратных плоскостей печатной платы с шасси» , поэтому я думаю, что эксперты согласны с этим.

В частности, общепринятым мнением является наличие ровно одного низкоимпедансного соединения с заземлением корпуса. Часто это очень близко к регулятору напряжения.

Важно, чтобы было только одно соединение. Шумовые токи будут протекать по корпусу и вокруг него при условии, что корпус металлический и полностью закрытый и, таким образом, действует как клетка Фарадея. Однако, пока вы подключаетесь только в одном месте, любые токи, протекающие вокруг шасси, не могут проходить 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 вполне вероятно, учитывая весь шум), то шумовой ток может протекать через вашу схему.

Так почему бы не обнулить связи? Ну, подумай об этом. Как вы будете вставлять провода? Я полагаю, что если он питается от батарей и не имеет входов и выходов, то вы можете поместить все это в клетку Фарадея, и это может работать очень хорошо. Конечно, это невозможно для большинства цепей, которые имеют по крайней мере несколько внешних соединений, некоторые из которых связаны с землей, поэтому вам нужно где-то подключиться к ним.

Почему бы не провести эти внешние соединения через отверстие в корпусе через изолированный разъем, чтобы они не были электрически связаны с корпусом? Что ж, тогда любой синфазный шум на этих кабелях просто проникнет через отверстие внутрь корпуса. С таким же успехом у вас может и не быть дела.

В идеале экран любых входных и выходных кабелей должен быть соединен с металлическим шасси. Если вы думаете об этом топологически, корпус похож на более толстую часть экрана кабеля, а ваша схема находится внутри кабеля.

Вы должны спросить себя, что еще вне коробки прикреплено к печатной плате. Если кабель подключен к печатной плате, вы сильно разрушите экран, пропуская шум через кабель к вашей печатной плате. Теперь это действительно зависит от ситуации, поможет ли добавление пути с низким импедансом от вашей сигнальной земли к шасси, чтобы избавиться от беспорядка, который вы пропускаете через провода кабеля. Если вы избавляетесь от шума непосредственно в точке, где он входит в шасси, с помощью конденсаторов и 360-градусной связи экрана кабеля, вы все равно правы. В большинстве случаев это не очень практично, и рекомендуется, чтобы ваша сигнальная земля была частью пути шума к шасси.