Cómo conectar protectores USB / Ethernet a chasis o tierras digitales

Tengo una PCB con algunos conectores USB y RJ-45 Ethernet en un lado. Sin embargo, estoy bastante confundido en cuanto a cómo se supone que debo conectar los pines SHIELD.

Esto es para un dispositivo host que interactuará con periféricos. Tiene una fuente de alimentación regulada de 5 V y 10 A por una fuente de alimentación externa y está diseñado para usarse dentro de un vehículo.

He encontrado esta pregunta ( ¿Debería conectarse la tierra del chasis a la tierra digital? ) Junto con otras que me ayudaron un poco, pero todavía estoy confundido. La respuesta aceptada sobre eso dice usar agujeros de montaje, pero no estoy seguro si entiendo completamente. No estoy seguro de si los orificios de montaje conectan el chasis / tierra digital directamente o si solo se conectan a la carcasa de metal. Asumí lo posterior.

Aún más confuso: ¿Qué pasa si quisiera usar una caja de plástico? Prefiero el plástico, pero supongo que el metal lo protegería mejor contra EMI dentro del vehículo.

Aquí hay un ejemplo ( muy simplificado) de mi diseño actual.

Y el esquema (por si acaso, no es realmente útil)

• Los pines del escudo se conectan al plano CHASIS que está aislado de la GND digital . La carcasa física de los conectores también debe tocar la carcasa metálica.
• El plano del CHASIS está conectado a la carcasa metálica a través de los agujeros / tornillos de montaje.
• La fuente de alimentación GND está conectada a la carcasa metálica a través del orificio de montaje inferior izquierdo. Esto a su vez conecta GND a CHASIS a través de la carcasa de metal.

¿Estoy pensando demasiado en esto? ¿Debo conectar los pines de protección a GND y llamarlo un día?

Puede o no pensar demasiado en esto, depende de cuál sea su aplicación y de si tiene que pasar las inspecciones regulatorias de un producto. La idea general es derivar el ESD a tierra a través del chasis y lejos de su electrónica. Esto depende de si su recinto está aislado o no. Otra cosa a tener en cuenta es que también puede tener RF corriendo a través del escudo, y se debe considerar RF si necesita construir un producto para pasar las pruebas de emisiones (los cables son excelentes antenas, e incluso pueden ayudar a inducir RF de rayos en su placa) . Por ahora hablaré sobre ESD. Una buena referencia para todo lo relacionado con ESD y RF es este libro Electromagnetic Compatibility Engineering de Henry W. Ott. Lo citaré

Entonces, ¿dónde deben conectarse los blindajes de cables, los protectores de voltaje transitorio y los filtros de E / S cuando el producto está en una caja de plástico? Hay tres posibilidades de la siguiente manera:

1. Al plano de tierra del circuito (la opción más pobre)
2. A un plano de tierra de E / S separado como se describe en la Sec. 12.4.3
3. A una placa de metal grande separada agregada a la parte inferior del producto (la mejor opción)

En su caso, si ninguno de los cables pasa por el exterior de un vehículo, no me preocuparía demasiado por la RF. Si los cables no van a estar en contacto con personas (enterrados en el tablero) tampoco me preocuparía demasiado allí. Si pasara por el medio al lado de la gente, me preocuparía. Puede pensar en su vehículo como tierra. El automóvil puede cobrar una carga, pero también funciona como una jaula de Faraday, por lo que todo en el interior estará cerca de 0 (a excepción de algo como una cubierta del asiento que se ha cargado, cualquier metal conectado al chasis estará cerca de 0V (siendo 0v el voltaje con respecto al automóvil y no a tierra "Tierra")).

También he incluido una imagen para suprimir ESD en una caja metálica del mismo libro:

Conecte sus clavijas de protección a GND, luego pase un cable / correa de conexión a tierra desde su caja de metal a otra cosa en el vehículo que esté conectada a tierra para que tenga un lugar donde "descargar" el ruido. En la mayoría de los vehículos, casi todas las superficies metálicas están conectadas a tierra al terminal (-) de la batería (a menos que tenga un vehículo inestable + tierra). Puede extraer tierra de un cable de radio, un soporte de montaje de chasis de metal, un miembro de marco cercano, etc.

Hay dos enfoques para este problema que tienen sentido:

1. Conecte la tierra del chasis y la tierra de la señal al chasis en muchos puntos, pero no las conecte entre sí.
2. Conecte la tierra del chasis al chasis, y deje los otros orificios de montaje aislados , luego conecte la tierra del chasis a la tierra de la señal en donde las señales cruzan el plano dividido.

El enfoque 1 (su enfoque actual) proporciona una buena conexión (baja-L) de alta frecuencia, por lo que se utiliza en aplicaciones como las placas base de las computadoras. Sin embargo, tiene un costo: puede permitir que las corrientes de baja frecuencia fluyan hacia la tierra de la señal desde el chasis, lo que luego causa un problema de ruido debido al acoplamiento de impedancia común en la tierra de la señal.

El enfoque 2 elimina la posibilidad de bucles y el acoplamiento de impedancia común, pero se arriesga a excitar el interior de su caja con el plano de tierra actuando como una antena de parche alimentada por borde en RF, lo que es indeseable, especialmente si tiene una caja que es mala para detenerse RF. También se puede usar con cajas de plástico sin trabajo adicional: el enfoque 1 requiere que los tornillos de la placa se conecten a un plano de imagen adaptado o protección interior para proporcionar continuidad, en ese caso.

En cuanto a las cajas de plástico frente a las de metal, una caja de metal puede proporcionar un buen blindaje EMI, pero debe diseñarse con un poco de cuidado para evitar antenas de ranura involuntarias en costuras mecánicas. Las cajas de plástico pueden tener blindaje EMI diseñado en ellas, o modernizarse usando una capa interna de aluminio; sin embargo, si no se usa un escudo EMI general en una caja de plástico, lo mínimo que recomendaría es una lámina de metal en algún lugar de la caja para servir como plano de imagen. (Esto puede ser lo mismo que la placa de tierra ESD).