Miten käsitellä maadoitusta suurtaajuussuunnittelussa?

Korkeataajuussuunnittelussa on otettava huomioon maadoitus. Maadoitukseen liittyy useita kysymyksiä, jotka on otettava huomioon. Näitä ovat maadoitusjohtimien ja maadoitusliitosten impedanssi, matalataajuisia signaaleja hallitseva tasavirtapolku ja yhden pisteen maadoitus.

Maadoitusjohtimien impedanssi

Tyypillisen maadoitetun sähköjärjestelmän maadoituselektrodi on rinnakkain maadoitussauvojen kanssa, jotka sijaitsevat sähköverkon, muuntajien ja pylväiden linjapuolella. Testattava sauva on kytketty maadoituselektrodiin. Linjan puoleisten maadoitussauvojen ekvivalenttiresistanssi on häviävän pieni.

Yhden pisteen maadoitusmenetelmä on hyväksyttävä alle yhden MHz:n taajuuksilla, mutta se on vähemmän toivottava korkeilla taajuuksilla. Yhden pisteen maadoitusjohto nostaa maadoitusimpedanssia johtimen induktanssin ja raidekapasitanssin vuoksi, kun taas harhaileva kapasitanssi luo tahattomia maadoituspalautusreittejä. Korkeataajuuspiireissä tarvitaan monipistemaadoitusta. Tämä menetelmä luo kuitenkin maasilmukoita, jotka ovat alttiita magneettikentän induktiolle. Siksi on tärkeää välttää hybridimaasilmukoiden käyttöä, varsinkin jos piiri sisältää herkkiä komponentteja.

Maakohina voi olla suuri ongelma suurtaajuuspiireissä, erityisesti silloin, kun piirit ottavat suuria vaihtelevia virtoja syötöstä. Tämä virta kulkee yhteismaapalautuksessa ja aiheuttaa virhejännitteen eli DV:n. Tämä vaihtelee piirin taajuuden mukaan.

Liitosjohtimien impedanssi

Ihannetapauksessa liitosjohtimien resistanssin tulisi olla alle yksi milliohmi. Korkeammilla taajuuksilla sidosjohtimen käyttäytyminen on kuitenkin monimutkaisempaa. Sillä voi olla loisvaikutuksia ja jäännöskapasitanssia rinnakkain. Tällöin sidosjohtimesta tulee rinnakkainen resonanssipiiri. Sillä voi myös olla suuri resistanssi, joka johtuu skin-ilmiöstä eli virran kulkemisesta johtimen ulkopinnan läpi.

Tyypillinen esimerkki johdetusta häiriökytkennästä on mikroprosessoriin syötetty moottori- tai kytkentäpiiri, jossa on maadoituspaluu. Tässä tilanteessa maadoitusjohtimen impedanssi on suurempi kuin sen toimintataajuus, ja se aiheuttaa todennäköisesti piirin resonanssin. Tämän vuoksi maadoitusjohtimet liitetään yleensä useaan pisteeseen eri pituisin liitospituuksin.

DC-polku hallitsee matalataajuisia signaaleja.

Yleisesti oletetaan, että matalataajuisten signaalien tasavirtapiirien hallitseminen on helpompaa toteuttaa kuin korkeataajuisten piirien. Tällä menetelmällä on kuitenkin useita rajoituksia, erityisesti integroiduissa toteutuksissa. Näihin rajoituksiin kuuluvat välkkymiskohina, tasavirtapoikkeamat ja suuret aikavakiot. Lisäksi näissä malleissa käytetään yleensä suuria vastuksia ja kondensaattoreita, jotka voivat tuottaa suurta lämpökohinaa.

Yleensä suurtaajuisten signaalien paluuvirta kulkee pienimmän silmukkapinta-alan ja pienimmän induktanssin reittiä. Tämä tarkoittaa, että suurin osa signaalivirrasta palaa tasolle kapeaa reittiä pitkin suoraan signaalijäljen alapuolelle.

Yhden pisteen maadoitus

Yhden pisteen maadoitus on olennainen osa tietoliikennepaikkojen suojaamista salamoinnilta. Tehokkaan maadoituksen lisäksi tämä tekniikka tarjoaa rakenteellisen ukkossuojauksen. Sitä on testattu laajasti salamalle alttiilla alueilla, ja se on osoittautunut tehokkaaksi menetelmäksi. Yksipistemaadoitus ei kuitenkaan ole ainoa näkökohta.

Jos virtapiirien välinen tehoero on suuri, ei välttämättä ole käytännöllistä käyttää sarjan yksipistemaadoitusta. Näin syntyvä suuri paluuvirta voi häiritä pienitehoisia piirejä. Jos tehoero on pieni, voidaan käyttää rinnakkaista yksipistemaadoitusta. Tällä menetelmällä on kuitenkin monia haittoja. Sen lisäksi, että yksipistemaadoitus on tehoton, se vaatii suuremman määrän maadoituksia, ja se myös kasvattaa maadoitusimpedanssia.

Yksipisteisiä maadoitusjärjestelmiä käytetään yleensä matalamman taajuuden malleissa. Jos piirejä kuitenkin käytetään korkeilla taajuuksilla, monipistemaadoitusjärjestelmä voi olla hyvä valinta. Korkeataajuuspiirin maatason tulisi olla kahden tai useamman piirin yhteinen. Tämä vähentää magneettisilmukoiden mahdollisuutta.

Virtahäiriöt

Virtahäiriöt voivat heikentää piirin suorituskykyä ja jopa aiheuttaa vakavia signaalin eheysongelmia. Näin ollen on välttämätöntä käsitellä tehohäiriöitä suurtaajuussuunnittelussa. Onneksi on olemassa menetelmiä, joilla näitä ongelmia voidaan käsitellä. Seuraavat vinkit auttavat sinua vähentämään tehohäiriöiden määrää suurtaajuussuunnittelussasi.

Ymmärrä ensin, miten sähkömagneettisia häiriöitä esiintyy. Häiriöitä on kahta päätyyppiä: jatkuvia ja impulssimaisia. Jatkuvia häiriöitä syntyy ihmisen aiheuttamista ja luonnollisista lähteistä. Molemmille häiriötyypeille on ominaista kytkentämekanismi ja vaste. Impulssimaista häiriötä sen sijaan esiintyy ajoittain ja lyhyessä ajassa.