Comment gérer la mise à la terre dans la conception à haute fréquence

Les conceptions à haute fréquence doivent prendre en compte la question de la mise à la terre. Plusieurs questions doivent être abordées en ce qui concerne la mise à la terre. Il s'agit notamment de l'impédance des conducteurs et des liaisons de mise à la terre, du chemin de courant continu qui domine les signaux basse fréquence et de la mise à la terre en un seul point.

Impédance des conducteurs de mise à la terre

L'électrode de terre d'un système électrique typique mis à la terre est en parallèle avec les tiges de terre situées du côté ligne du service, des transformateurs et des poteaux. La tige testée est connectée à l'électrode de terre. La résistance équivalente des piquets de terre côté ligne est négligeable.

Une méthode de mise à la terre en un seul point est acceptable pour les fréquences inférieures à 1 MHz, mais elle est moins souhaitable pour les hautes fréquences. Un fil de mise à la terre en un seul point augmentera l'impédance de terre en raison de l'inductance du fil et de la capacité de la piste, tandis que la capacité parasite créera des chemins de retour à la terre involontaires. Pour les circuits à haute fréquence, une mise à la terre multipoint est nécessaire. Cependant, cette méthode crée des boucles de terre qui sont sensibles à l'induction de champs magnétiques. Il est donc important d'éviter d'utiliser des boucles de terre hybrides, en particulier si le circuit contient des composants sensibles.

Le bruit de masse peut être un problème majeur dans les circuits à haute fréquence, en particulier lorsque les circuits tirent des courants importants et variables de l'alimentation. Ce courant circule dans le retour à la masse commune et provoque une tension d'erreur, ou DV. Celle-ci varie en fonction de la fréquence du circuit.

Impédance des conducteurs de liaison

Idéalement, la résistance des conducteurs de liaison devrait être inférieure à un milli-ohm. Cependant, à des fréquences plus élevées, le comportement d'un conducteur de liaison est plus complexe. Il peut présenter des effets parasites et une capacité résiduelle en parallèle. Dans ce cas, le conducteur de liaison devient un circuit résonnant parallèle. Il peut également présenter une résistance élevée en raison de l'effet de peau, qui est le flux de courant à travers la surface extérieure du conducteur.

Un exemple typique de couplage d'interférence par conduction est un moteur ou un circuit de commutation alimentant un microprocesseur avec un retour à la terre. Dans cette situation, l'impédance du conducteur de mise à la terre est supérieure à sa fréquence de fonctionnement, et il est probable qu'elle provoque une résonance du circuit. C'est pourquoi les conducteurs de mise à la terre sont généralement reliés en plusieurs points, avec des longueurs de liaison différentes.

Trajectoire DC dominante pour les signaux à basse fréquence

Il est généralement admis que la dominance du chemin DC pour les signaux basse fréquence est plus facile à mettre en œuvre que les circuits haute fréquence. Toutefois, cette méthode présente plusieurs limites, en particulier dans les applications intégrées. Ces limitations comprennent le bruit de scintillement, les décalages de courant continu et les grandes constantes de temps. En outre, ces conceptions utilisent généralement des résistances et des condensateurs de grande taille, qui peuvent produire un bruit thermique important.

En général, le courant de retour des signaux à haute fréquence suit le chemin de la plus petite surface de boucle et de la plus petite inductance. Cela signifie que la majorité du courant du signal revient sur le plan par un chemin étroit situé directement sous la trace du signal.

Mise à la terre en un point

La mise à la terre monopoint est un élément essentiel de la protection des sites de communication contre la foudre. En plus d'une liaison efficace, cette technique offre une protection structurelle contre la foudre. Elle a été largement testée dans les zones exposées à la foudre et s'est avérée être une méthode efficace. Cependant, la mise à la terre d'un point unique n'est pas le seul élément à prendre en compte.

Si la différence de niveau de puissance entre les circuits est importante, il peut ne pas être pratique d'utiliser une mise à la terre en série à un seul point. Le courant de retour important qui en résulte peut interférer avec les circuits de faible puissance. Si la différence de niveau de puissance est faible, il est possible d'utiliser un schéma de mise à la terre parallèle à point unique. Cette méthode présente toutefois de nombreux inconvénients. En plus d'être inefficace, la mise à la terre en un seul point nécessite une plus grande quantité de mise à la terre, et elle augmente également l'impédance de terre.

Les systèmes de mise à la terre monopoint sont généralement utilisés dans les conceptions à basse fréquence. Toutefois, si les circuits fonctionnent à des fréquences élevées, un système de mise à la terre multipoint peut être un bon choix. Le plan de masse d'un circuit haute fréquence doit être partagé par deux circuits ou plus. Cela réduira les risques de boucles magnétiques.

Interférences de puissance

Les interférences de puissance peuvent dégrader les performances d'un circuit et même causer de graves problèmes d'intégrité du signal. Il est donc impératif de traiter les interférences de puissance dans la conception à haute fréquence. Heureusement, il existe des méthodes pour traiter ces problèmes. Les conseils suivants vous aideront à réduire la quantité d'interférences de puissance dans vos conceptions à haute fréquence.

Il faut d'abord comprendre comment se produisent les interférences électromagnétiques. Il existe deux principaux types d'interférences : les interférences continues et les interférences impulsionnelles. Les interférences continues proviennent de sources artificielles et naturelles. Les deux types d'interférences sont caractérisés par un mécanisme de couplage et une réponse. Le bruit impulsionnel, quant à lui, se produit de manière intermittente et dans un court laps de temps.