Como conectar blindagens USB / Ethernet ao chassi ou à terra digital

Eu tenho uma PCB com alguns conectores USB e RJ-45 Ethernet em um lado. Estou bastante confuso sobre como exatamente eu deveria estar conectando os pinos do SHIELD neles.

Isto é para um dispositivo host que fará interface com periféricos. Ele fornece energia regulada de 5V 10A por uma fonte de alimentação externa e deve ser usado dentro de um veículo.

Eu encontrei essa pergunta (o aterramento do chassi deve ser conectado ao aterramento digital? ) Junto com outros que me ajudaram um pouco, mas ainda estou confuso. A resposta aceita diz para usar furos de montagem, mas não tenho certeza se entendi completamente. Não tenho certeza se os orifícios de montagem conectam o chassi / terra digital diretamente ou se eles apenas se conectam ao gabinete de metal. Eu assumi o mais tarde.

Ainda mais confuso: e se eu quisesse usar um gabinete de plástico? Eu prefiro o plástico, mas presumo que o metal o proteja melhor contra a EMI dentro do veículo.

Aqui está um exemplo ( muito simplificado) do meu layout atual.

E o esquema (apenas no caso, não é realmente útil)

• Os pinos de blindagem se conectam ao plano CHASSIS, isolado do GND digital . O alojamento físico dos conectores também deve estar tocando o gabinete de metal.
• O plano CHASSIS é conectado ao gabinete de metal através dos orifícios / parafusos de montagem.
• A fonte de alimentação GND é conectada ao gabinete de metal pelo orifício de montagem inferior esquerdo. Por sua vez, isso conecta o GND ao CHASSIS através do próprio gabinete de metal.

Estou pensando demais nisso? Devo apenas conectar os pinos de blindagem ao GND e encerrar o dia?

Você pode ou não estar pensando demais sobre isso, depende de qual é a sua aplicação e se você precisa passar por inspeções regulamentares em um produto. A idéia geral é desviar o ESD para aterrar através do chassi e afastar seus componentes eletrônicos. Isso depende se o seu gabinete é isolado ou não. Outra coisa a ter em mente é que você também pode ter o RF passando pela blindagem, e o RF deve ser considerado se você precisar criar um produto para passar no teste de emissões (os cabos são ótimas antenas e pode até ajudar a induzir o raio RF na placa) . Por enquanto, vou falar sobre ESD. Uma boa referência para todas as coisas sobre ESD e RF é este livro Engenharia de Compatibilidade Eletromagnética de Henry W. Ott. Vou citar

Então, onde blindagens de cabos, protetores de voltagem temporária e filtros de E / S devem ser conectados quando o produto estiver em um gabinete de plástico? Existem três possibilidades, como a seguir:

1. Para o plano de aterramento do circuito (pior escolha)
2. Para um plano de terra de E / S separado, conforme discutido na Seção 12.4.3
3. Em uma placa de metal grande separada adicionada à parte inferior do produto (melhor opção)

No seu caso, se nenhum dos cabos for do lado de fora de um veículo, não me preocuparei muito com a RF. Se os cabos não entrarem em contato com as pessoas (enterradas no painel), eu também não me preocuparia muito. Se passasse pelo meio ao lado das pessoas, eu me preocuparia. Você pode pensar no solo do veículo como terra. O carro pode cobrar uma taxa, mas também funciona como uma gaiola de faraday, de modo que tudo no interior fique próximo de 0 (exceto para algo como uma tampa de assento que foi carregada, qualquer metal conectado ao chassi ficará próximo de 0V (sendo 0V a voltagem em relação ao carro e não à terra "Terra")).

Também incluí uma imagem para suprimir ESD em uma caixa de metal do mesmo livro:

Conecte seus pinos de blindagem ao GND e, em seguida, passe um fio / cinta de aterramento do seu gabinete de metal para outra coisa no veículo aterrado, para que você tenha um lugar para "descarregar" o ruído. Na maioria dos veículos, praticamente todas as superfícies metálicas são aterradas no terminal (-) da bateria (a menos que você tenha um veículo terrestre instável +). Você pode puxar o terra de um fio de rádio, de um suporte de montagem em chassi de metal, de um membro da estrutura próximo etc.

Existem duas abordagens para esse problema que fazem sentido:

1. Conecte o terra do chassi e o terra do sinal ao chassi em muitos pontos, mas não os conecte um ao outro
2. Conecte o terra do chassi ao chassi e deixe os outros orifícios de montagem isolados ; em seguida, conecte o terra do chassi ao terra do sinal no local em que os sinais cruzam o plano dividido.

A abordagem 1 (sua abordagem atual) fornece uma boa conexão de alta frequência (baixa L), razão pela qual é usada em aplicativos como placas-mãe de computadores. No entanto, tem um custo - pode permitir que correntes de baixa frequência fluam para o terra do sinal do chassi, o que causa um problema de ruído devido ao acoplamento de impedância comum no terra do sinal.

A abordagem 2 elimina o potencial de loops e acoplamentos de impedância comuns, mas corre o risco de excitar o interior da sua caixa com o plano de aterramento atuando como uma antena remota alimentada por borda na RF - o mais indesejável, especialmente se você tiver uma caixa que pare de parar RF. Também pode ser usado com caixas plásticas sem trabalho extra - a abordagem 1 exige que os parafusos da placa se conectem a um plano de imagem adaptado ou blindagem interna para fornecer continuidade, nesse caso.

Quanto às caixas de plástico versus de metal - uma caixa de metal pode fornecer uma boa proteção contra EMI, mas precisa ser projetada com um pouco de cuidado para evitar antenas de slot inadvertidas em costuras mecânicas. As caixas plásticas podem ter blindagem EMI projetada para elas ou adaptadas usando uma camada interna da folha; se um escudo EMI geral não for usado em uma caixa plástica, o mínimo que eu recomendaria é uma folha de metal em algum lugar da caixa para servir como um plano de imagem. (Pode ser a mesma coisa que a placa de aterramento ESD.)