用于电镀PCB安装孔的PCB接地技术

每当将电路板放入外壳时，都需要以某种方式将其安装到该外壳。为了在不使用螺钉损坏PCB表面的情况下提供牢固的安装，通常只需在角落放置电镀通孔。这些PCB安装孔通常有焊盘暴露在阻焊层下方，因此，如有需要，安装点可以电气连接回您的网络之一。在这种情况下，经常出现的一个问题是接地和PCB安装孔。安装是否应在设计中接地，如果是，应如何接地？应该始终连接到底盘、只连接到内部接地还是连接到其他地方？

这是一个有趣的问题，答案通常都是“总是/从不”的情况。某些人声称他们总是将安装孔接地到外壳，其他人声称这样会破坏设计，永远不应该这样做。与大多数以这种方式制定的设计规则一样，真正的答案更为复杂，从输入电源到接地系统的结构，涉及设计的许多方面。如果您了解如何在PCB输入上定义电源和接地，则设计适当考虑接地的安装策略会更容易。

如何设计PCB安装孔

顾名思义，PCB安装孔用于将电路板固定到外壳上。在PCB安装孔方面，以下几点是公认的：

• 安装孔通常应电镀，因为这样便于使用金属螺钉进行安装。
• 由于金属的浮动碎屑可能造成EMI，因此安装孔应连接到某些接地网（地线 (PE)、信号接地 (SGND)、接地外壳等）。
• 安装孔的尺寸应适合某些标准尺寸的紧固件。
• 安装孔可以为非电镀，但必须在设计中使用塑料螺钉或支架。

我之前在一篇关于工具孔的文章中详细讨论了这个问题，主要是因为一些著名的厂商没有区分安装孔和工具孔。对于设计人员来说，这是一个重要的区别，因为安装孔几乎肯定会成为电路板接地系统的一部分，您应该准确考虑这将如何影响设计中的EMI和安全性。

将电镀的安装孔连接到外壳是一种最佳做法，如果有这样的连接，您的底盘接地可能会连接到接地线。然而，情况并非总是如此，例如在外壳中有金属元件的电池供电系统中。根据PCB安装孔、外壳和接地的连接方式，设备可能会遇到EMI或对用户产生电击。后一种情况是当电源机箱未良好接地（插入时）或负电源终端（未插入时）时计算机电源可能发生的一个问题。如果正确实施PCB接地技术，包括正确的接地连接，则可以消除任何浮动接地连接，这是金属外壳中接地PCB安装孔的主要用途之一。

PCB接地技术和安装孔

不应将上图视为过度概括；在某些情况下，您可能根本不需要将安装孔接地到电路板，而是将其接地到外壳。在其他情况下，您别无选择：您必须将安装孔接地到内部连接，因为没有其他地方可以接地。应用于安装孔的PCB接地技术应考虑到需要处理的电流、该电流的频率以及ESD等安全问题。不幸的是，没有一种方法可以解决所有可能的情况，但希望以下几点可以说明如何考虑安装PCB时出现的接地连接问题。

案例1：低电流直流，无电流隔离

下面的表格显示了一些情况，可说明如何处理标准PCB接地技术中的电镀PCB安装孔。在这里，我们要考虑3线直流（POS、NEG和接地GND连接）、2线直流（仅POS和NEG）以及3线交流已整流为直流的情况。

显然，这些并不是唯一需要在低电流下定义GND的情况。这些指南主要用于将外壳和PCB接地设定为相同的电位以抑制来自金属外壳（或带有金属元件的塑料外壳）的EMI。

在3线系统以及3线交流/2线直流系统中，如果必须在系统内部连接PE和负极电源GND，请在输入点执行此操作。通过这种方式，您可以防止GND环路并确保外壳中的金属元件提供屏蔽并且不会浮动。这模拟了住宅布线：电路接地和系统接地之间的连接仅在系统输入处（例如，在断路器处）提供，而不是在电源返回GND的点提供。不过，这种连接通常是在壁挂式插座/断路器的插头上建立的，从电路板到外壳的额外连接可能会通过输入电缆产生一个小的接地环路。

金属外壳中案例1的问题

使用接地/机箱连接的3线直流：如果PCB安装孔在一点上将PCB GND与外壳桥接，则当电源线的上游部分接地时，电源线上可能会有一个GND环路。如果在多个点连接，您有更多的GND安全连接以及杂散电流和ESD等良好接地路径，但您有通过外壳在电路板周围形成直流接地环路的风险（用坚固的低阻抗防止形成这些环路）。即使只有单个电镀PCB安装孔点，高频噪声仍可能存在电容耦合电流，从而导致共态噪声返回输入。安全、EMI 抑制和低噪声的最佳平衡是对安装孔进行电镀，将它们连接到金属外壳，但让它们与 PCB 的信号地断开连接；如果需要，您始终可以使用抑制电路为ESD创建路径。

这存在一些潜在的问题。如果要实现任何安全效果，则必须确保连接到地线的低阻抗

3线电源整流为2线：如果外壳是金属化的，那么您应该仅通过电镀安装孔将PCB GND与外壳桥接。这适用于您的电缆未屏蔽且仅通过两条电线馈入的情况。然而，当一块电路板集成一切（整流器 + 直流输出）时，您应该遵循之前针对通用3线系统的指南。在这里要警惕可能形成的GND环路；如果有多个安装孔连接到GND，则直流可能会通过外壳/GND平面产生环路问题，但如果问题是高频噪声或者可能在电路板上的不同点存在多个ESD源，则通常首选多个连接。考虑您想要解决的具体问题 

2线直流：这种情况发生在您有电池或台式电源的时候，可等同于前一种情况。再次强调，在如此选择之前，想想您希望解决的具体问题；您需要确保接地策略考虑到您需要解决的问题，因为没有一种单一的接地方法可以解决所有问题。我在此提到这一点是因为，在当今的电子产品中，许多设备会使用这种2线配置，并会在尝试抑制共态噪声的同时尝试平衡安全性和RF噪声。

如果您正在处理电池，电流通常足够低，只要在电源输入处有非常低的阻抗连接，就可以通过电镀PCB安装孔将外壳与电路板GND桥接。理想情况下，如果您仅想将地线连接在一起并确保没有任何浮动，那么这种情况应发生在一个点（电源输入）。在多个点执行此操作可以更好地防止不同位置的ESD/杂散电流，尤其是连接器附近（以工业以太网为例）；这基本上就是您的笔记本电脑在拔下电源时对其金属外壳的运作机制。但是，现在有电流流过外壳（也可能流过用户）并且可能存在接地环路，这两者都不利于用户安全和精密测量应用。

我描述的3线直流电源系统以及3线/2线整流直流电源系统的理想情况是，通过电源输入处的单个安装孔连接地线和外壳，并且仅将安装孔接地到PCB接地。外壳和地线之间的阻抗应尽可能低，通常涉及大螺钉或接地片。

遗憾的是，在输入端用一个电镀PCB安装孔将所有元件接地并不总是可行的；具备一个安装孔的PCB可能将该孔放置在电路板的中央，并不总是电源输入。一般来说，有多个安装孔；这些孔通常位于电路板的角落，但大型电路板可以将其分布在PCB周围，以提供结构支撑并防止振动。如果所有安装孔都经过电镀并进行相同的电路板到外壳连接，则可能会产生接地环路。然后，高频噪声总是存在一些电容耦合，从而产生循环回电路板I/O侧的共态噪声，即高频噪声的电容耦合接地环路。

显然，需要平衡“使用多个电镀安装孔以最大程度提供ESD安全性”、“使用一个电镀安装孔并保留所有其他未电镀安装孔以防止接地环路和噪声”以及“确保外壳接地低EMI和高屏蔽”。在使用电镀安装孔将PCB GND与外壳和地线桥接之前，请仔细考虑您的设计要求。

案例2：带电流隔离的高电流

这种情况可能很棘手，因为噪声并不总是这里的主要问题，问题是安全性。这种类型的系统在电源中很常见，提供电流隔离的一个目标是防止来自主要侧的冲击到达输出侧。此外，我们不想通过桥接系统的输入和输出侧与外壳的连接来破坏隔离。因此，在外壳上使用地线连接，并使用电镀安装孔的印刷电路板仅连接到机箱。

在这种情况下，强烈建议将机箱接地，仅在电源输入处进行PCB GND地线连接，然后使用电镀安装孔仅连接到机箱。如上图所示。在隔离系统的次要/输出侧，执行相同的操作：仅将电镀安装孔连接到机箱，但不连接到次要侧的PCB GND。为防止来自次要GND区域的噪声辐射发射，使用Y类电容器桥接主要和次要GND区域。这将确保直流电流的电流隔离，但将确保所有GND区域对交流电流处于相同的电位。

设计PCB安装孔的基本技巧

PCB安装孔实际上是一种电气特性，您可能认为这在设计中是理所当然的。从机械的角度来看，请确保您使用足够大的孔和焊盘来调整这些尺寸以接受紧固件，同时在需要时仍允许与底盘进行低阻抗电气连接。除了这些要点之外，务必要记住，简单地将所有安装孔接地到金属外壳并不能解决所有问题。通过安装孔实施的PCB接地技术并不能解决所有EMI或安全问题，因此请务必制定一个接地策略来解决您系统中的特定问题。

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