Sådan håndterer du jordforbindelse i højfrekvensdesign

Højfrekvensdesign skal tage højde for spørgsmålet om jordforbindelse. Der er flere problemer, der skal løses, når det drejer sig om jordforbindelse. Det drejer sig bl.a. om jordledernes og jordforbindelsernes impedans, DC-stien, der dominerer lavfrekvenssignalerne, og enkeltpunktsjording.

Jordledernes impedans

Jordingselektroden i et typisk jordet elektrisk system er parallel med de jordstænger, der er placeret på ledningssiden af stikledningen, transformere og master. Stangen, der testes, er forbundet til jordelektroden. Den ækvivalente modstand i jordstængerne på ledningssiden er ubetydelig.

En enkeltpunkts jordingsmetode er acceptabel til frekvenser under 1 MHz, men den er mindre ønskværdig til høje frekvenser. En enkeltpunkts jordledning vil øge jordimpedansen på grund af ledningsinduktans og sporkapacitans, mens omstrejfende kapacitans vil skabe utilsigtede jordreturstier. Til højfrekvente kredsløb er det nødvendigt med flerpunktsjording. Men denne metode skaber jordsløjfer, der er modtagelige for induktion af magnetfelter. Derfor er det vigtigt at undgå at bruge hybride jordsløjfer, især hvis kredsløbet indeholder følsomme komponenter.

Jordstøj kan være et stort problem i højfrekvente kredsløb, især når kredsløbene trækker store varierende strømme fra forsyningen. Denne strøm flyder i den fælles jordretur og forårsager fejlspænding, eller DV. Denne varierer med kredsløbets frekvens.

Impedans af forbindelsesledere

Ideelt set bør bondingledernes modstand være mindre end en milli-ohm. Men ved højere frekvenser er en bondingleders opførsel mere kompleks. Den kan udvise parasitiske effekter og restkapacitans parallelt. I dette tilfælde bliver bondinglederen til et parallelt resonanskredsløb. Den kan også udvise høj modstand på grund af skin-effekten, som er strømmen, der løber gennem lederens ydre overflade.

Et typisk eksempel på en ledningsbåret interferenskobling er en motor eller et koblingskredsløb, der føres ind i en mikroprocessor med en jordretur. I denne situation er jordlederens impedans højere end dens driftsfrekvens, og det vil sandsynligvis få kredsløbet til at resonere. Derfor er udligningsledere typisk udlignet på flere punkter med forskellige udligningslængder.

DC-vejen dominerer for lavfrekvente signaler

Det er en udbredt antagelse, at DC-stier, der dominerer for lavfrekvente signaler, er lettere at implementere end højfrekvente kredsløb. Denne metode har dog flere begrænsninger, især i integrerede implementeringer. Disse begrænsninger omfatter flimmerstøj, DC-strømforskydninger og store tidskonstanter. Desuden bruger disse designs normalt store modstande og kondensatorer, som kan producere stor termisk støj.

Generelt vil returstrømmen fra højfrekvente signaler følge den vej, der har mindst loopareal og mindst induktans. Det betyder, at størstedelen af signalstrømmen vender tilbage på planet via en smal sti direkte under signalsporet.

Jordforbindelse med ét punkt

Enkeltpunktsjording er et vigtigt element i beskyttelsen af kommunikationsanlæg mod lynnedslag. Ud over effektiv potentialudligning giver denne teknik også strukturel lynbeskyttelse. Den er blevet testet grundigt i områder, der er udsat for lynnedslag, og har vist sig at være en effektiv metode. Enkeltpunktsjording er dog ikke det eneste, der skal tages i betragtning.

Hvis forskellen i effektniveau mellem kredsløbene er stor, er det måske ikke praktisk at bruge seriejording med ét punkt. Den resulterende store returstrøm kan forstyrre kredsløb med lav effekt. Hvis effektniveauforskellen er lav, kan man bruge en parallel enkeltpunktsjording. Denne metode har dog mange ulemper. Ud over at være ineffektiv kræver enkeltpunktsjording en større mængde jordforbindelse, og det øger også jordimpedansen.

Jordingssystemer med ét punkt bruges generelt i design med lavere frekvenser. Men hvis kredsløbene arbejder ved høje frekvenser, kan et flerpunkts jordingssystem være et godt valg. Jordplanet i et højfrekvent kredsløb bør deles af to eller flere kredsløb. Det vil reducere risikoen for magnetiske sløjfer.

Interferens med strøm

Effektforstyrrelser kan forringe et kredsløbs ydeevne og kan endda forårsage alvorlige problemer med signalintegriteten. Derfor er det bydende nødvendigt at håndtere effektinterferens i højfrekvensdesign. Heldigvis findes der metoder til at håndtere disse problemer. De følgende tips vil hjælpe dig med at reducere mængden af effektinterferens i dine højfrekvensdesign.

Først skal du forstå, hvordan elektromagnetisk interferens opstår. Der er to hovedtyper af interferens: kontinuerlig og impuls. Kontinuerlig interferens opstår fra menneskeskabte og naturlige kilder. Begge typer interferens er kendetegnet ved en koblingsmekanisme og en respons. Impulsstøj opstår derimod med mellemrum og inden for kort tid.