Physiquement, comment la connexion d'un PCB à la masse du châssis réduit-elle le bruit?

Je me rends compte que cela peut sembler dupliqué. La masse du châssis doit-elle être attachée à la masse numérique? mais les réponses dans ce fil n'expliquent pas pourquoi on devrait connecter le châssis à la masse du PCB, à part les problèmes de sécurité évidents que je comprends.

Ma logique est la suivante: si j'ai un PCB avec des circuits analogiques sensibles, je dois le placer dans un châssis métallique et le garder isolé de mon PCB. Le châssis agit comme une cage de Faraday, qui protège mon PCB des bruits EM extérieurs, et empêche également le bruit d'émaner de mes (disons) PCB RF. Je ne vois aucune raison de connecter les deux, si la sécurité n'est pas un problème. La réponse de Draeth dans le lien susmentionné semble être d'accord avec cela.

Cependant, la sagesse conventionnelle de personnes très bien informées dit qu'un chemin à faible impédance vers le châssis métallique devrait être établi pour réduire le bruit et les EMI.

Pourquoi cela devrait-il être fait? Il semble qu'en connectant ma terre au châssis, on exposerait leur circuit au bruit de l'extérieur. Et aussi exposer l'extérieur au bruit!

Cela va être une autre question controversée, alors permettez-moi de paraphraser et de citer occasionnellement une source (manuel) que je trouve crédible, EMC et le circuit imprimé de Mark Montrose. Tout d'abord, introduisons la terminologie habituelle:

• masse de sécurité = masse reliée par un chemin à faible impédance à la terre
• tension du signal (référence) masse, p.ex. plan de masse sur un PCB

Maintenant une citation potentiellement choquante (p. 249):

La connexion des deux méthodes de mise à la terre peut ne pas convenir à une application particulière et peut aggraver les problèmes de CEM. [...] Il existe des idées fausses courantes concernant la mise à la terre. La plupart des analystes pensent que la terre est un chemin de retour de courant qu'une bonne terre réduit le bruit du circuit. Cette croyance fait croire à beaucoup que nous pouvons faire pénétrer un courant RF bruyant dans la terre, généralement à travers la principale structure de mise à la terre d'un bâtiment. Ceci est valable si nous parlons de mise à la terre de sécurité et non de référence de tension de signal. Bien qu'un chemin de retour RF soit obligatoire, il n'est pas nécessaire qu'il soit au potentiel de terre. L'espace libre n'est pas au potentiel du sol .

(Je souligne).

Donc, après avoir établi que (s'il fallait le dire), qu'en est-il de la connexion d'un PCB (ou dans le cas d'un dispositif multi-cartes, plusieurs PCB) à la masse du boîtier / châssis métallique même si ce dernier n'est pas connecté à la terre / terrain de sécurité? (Vous pourriez avoir une cage de Faraday logée dans un boîtier en plastique par exemple.)

Tout d'abord, nous devons clarifier autre chose: si vous avez un système multi-cartes, la mise à la terre à un seul point (aka "terre sainte", sans blague) convient lorsque la vitesse des signaux / composants est de 1 Mhz ou moins , généralement trouvée dans circuits audio, systèmes d'alimentation secteur, etc. Pour des fréquences de fonctionnement plus élevées, par exemple un ordinateur, une mise à la terre multipoint est utilisée. Pour les fréquences mixtes, les deux sont combinés dans une technique de mise à la terre hybride comme indiqué ci-dessous (figure du livre de Montrose):

Et voici essentiellement pourquoi vous voulez une mise à la terre multipoint pour les systèmes haute fréquence, ce qui dans le livre de Montrose (p. 274) est expliqué dans le contexte d'un système avec des cartes filles (par exemple votre ordinateur de bureau typique):

Les champs RF générés à partir d'un PCB [...] se coupleront à une structure métallique. En conséquence, des courants de Foucault RF se développeront dans la structure et circuleront au sein de l'unité créant une distribution de champ. Cette distribution de champ peut être couplée à d'autres circuits [...] Ces courants [de Foucault] sont couplés à la cage de la carte par le biais d'impédances de transfert distributives, puis par des tentatives de fermeture de la boucle en se reliant au fond de panier. Si l'impédance de référence en mode commun entre le fond de panier et le bâti de carte n'est pas significativement inférieure à la "source d'attaque" distributive (des courants de Foucault), une tension RF sera développée entre le fond de panier et le bâti de carte. [...] En termes simples, le potentiel spectral en mode commun entre le fond de panier et la cage de carte doit être court-circuité.

Si vous vous demandez pourquoi votre carte mère d'ordinateur de bureau a des connexions électriques à travers toutes les vis qui la fixent au boîtier (métallique), c'est pourquoi elles sont là.

NB: Joffe et Lock's Grounds for Grounding donnent à peu près la même explication dans leur section intitulée "But of Stitching PCB Return Planes to Chassis" , donc je pense que les experts sont d'accord sur ce point.

Plus spécifiquement, la sagesse conventionnelle est d'avoir exactement une connexion à basse impédance à la masse du châssis. Souvent, il est très proche du régulateur de tension.

Il est important qu'il n'y ait qu'une seule connexion. Il y aura des courants de bruit circulant sur et autour du boîtier, à condition que le boîtier soit en métal et entièrement fermé, et agisse donc comme une cage de Faraday. Cependant, tant que vous vous connectez en un seul endroit, les courants qui circulent autour du châssis ne peuvent pas traverser vos circuits. Ils ne peuvent pas, car il n'y a pas de chemin.

Cependant, si vous avez deux connexions, s'il y a une tension entre ces deux points (ce qui est probable, étant donné tout le bruit), le courant de bruit peut circuler dans vos circuits.

Alors, pourquoi pas zéro connexion? Eh bien, pensez-y. Comment allez-vous faire entrer les fils? Je suppose que s'il est alimenté par des piles et n'a pas d'entrées ou de sorties, vous pouvez mettre le tout dans une cage de Faraday et cela pourrait fonctionner assez bien. Certes, cela n'est pas possible pour la plupart des circuits, qui ont au moins quelques connexions externes, dont certaines sont référencées à la terre, vous devez donc vous connecter quelque part.

Pourquoi ces connexions externes ne passent-elles pas par un trou dans le boîtier via un connecteur isolé pour ne pas être connectées électriquement au boîtier? Eh bien, tout bruit en mode commun sur ces câbles viendra juste à travers le trou et à l'intérieur du boîtier. Vous pourriez aussi bien n'avoir aucun cas.

Idéalement, le blindage de tout câble entrant ou sortant est connecté au châssis métallique. Si vous y pensez topologiquement, le boîtier ressemble à une section plus grosse du blindage du câble et vos circuits sont à l'intérieur du câble.

Vous devriez vous demander quoi d'autre en dehors de la boîte est attaché au PCB. Si un câble est attaché à la carte, vous détruiriez mal le blindage en laissant passer du bruit via le câble vers votre carte. Maintenant, cela dépend vraiment de la situation si cela aide à ajouter un chemin à faible impédance de votre masse de signal au châssis pour se débarrasser du gâchis que vous laissez entrer via les fils du câble. Si vous vous débarrassez du bruit directement au point où il pénètre dans le châssis par des condensateurs et un couplage à 360 degrés du blindage du câble, vous avez toujours raison. Généralement, ce n'est pas très pratique et il est conseillé de laisser votre masse de signal faire partie du chemin du bruit vers le châssis.