Hogyan kezeljük a földelést a nagyfrekvenciás tervezés során?

A nagyfrekvenciás terveknek foglalkozniuk kell a földelés kérdésével. A földeléssel kapcsolatban több kérdéssel is foglalkozni kell. Ezek közé tartozik a földelővezetők és a földelési kötések impedanciája, az alacsony frekvenciájú jeleket uraló egyenáramú útvonal és az egypontos földelés.

A földelővezetők impedanciája

Egy tipikus földelt elektromos rendszer földelőelektródája párhuzamosan van a szolgáltatás, a transzformátorok és az oszlopok vezeték felőli oldalán található földelőrudakkal. A vizsgálandó rúd a földelő elektródához van csatlakoztatva. A vonaloldali földelőrudak egyenértékű ellenállása elhanyagolható.

Az egypontos földelési módszer elfogadható az egy MHz alatti frekvenciákon, de magas frekvenciákon kevésbé kívánatos. Az egypontos földelő vezeték a vezeték induktivitása és a sínkapacitás miatt megnöveli a földelési impedanciát, míg a kóbor kapacitások nem kívánt földelési visszatérési utakat hoznak létre. Nagyfrekvenciás áramköröknél többpontos földelésre van szükség. Ez a módszer azonban olyan földhurkokat hoz létre, amelyek érzékenyek a mágneses mező indukciójára. Ezért fontos elkerülni a hibrid földhurkokat, különösen, ha az áramkör érzékeny alkatrészeket tartalmaz.

A földzaj komoly problémát jelenthet a nagyfrekvenciás áramkörökben, különösen akkor, ha az áramkörök nagy, változó áramerősségű áramot vesznek fel a tápegységből. Ez az áram a közös földvisszatérésben folyik, és hibafeszültséget, vagy DV-t okoz. Ez az áramkör frekvenciájával változik.

A kötővezetők impedanciája

Ideális esetben a kötővezetők ellenállása kevesebb, mint egy milliohm. Magasabb frekvenciákon azonban a kötővezető viselkedése összetettebb. Párhuzamosan parazita hatásokat és maradék kapacitást mutathat. Ebben az esetben a kötővezető párhuzamos rezonancia-körré válik. Nagy ellenállást is mutathat a skin-effektus miatt, ami az áramnak a vezető külső felületén keresztül történő áramlását jelenti.

A vezetett interferenciacsatlakozás tipikus példája egy mikroprocesszorba táplált motor vagy kapcsolóáramkör, amely földelt visszatéréssel rendelkezik. Ebben a helyzetben a földelő vezeték impedanciája nagyobb, mint a működési frekvenciája, és valószínűleg rezonanciát okoz az áramkörben. Emiatt a földelővezetőket jellemzően több ponton, különböző kötési hosszal kötik össze.

Az egyenáramú útvonal dominál az alacsony frekvenciájú jeleknél

Széles körben feltételezik, hogy a kisfrekvenciás jelek egyenáramú útvonalának dominanciája könnyebben megvalósítható, mint a nagyfrekvenciás áramköröké. Ennek a módszernek azonban számos korlátja van, különösen az integrált megvalósításokban. Ezek a korlátok közé tartozik a villódzási zaj, az egyenáramú eltolódások és a nagy időállandók. Ezenkívül ezek a tervek általában nagy ellenállásokat és kondenzátorokat használnak, amelyek nagy termikus zajt okozhatnak.

Általában a nagyfrekvenciás jelek visszatérő árama a legkisebb hurokfelület és a legkisebb induktivitás útját követi. Ez azt jelenti, hogy a jeláram nagy része közvetlenül a jelnyomvonal alatti keskeny útvonalon keresztül tér vissza a síkon.

Egypontos földelés

Az egypontos földelés alapvető elem a kommunikációs helyszínek villámcsapás elleni védelmében. A hatékony földelés mellett ez a technika szerkezeti villámvédelmet is biztosít. A villámlásveszélyes területeken széleskörűen tesztelték, és hatékony módszernek bizonyult. Az egypontos földelés azonban nem az egyetlen szempont.

Ha az áramkörök közötti teljesítményszint-különbség nagy, akkor nem biztos, hogy praktikus a soros egypontos földelés használata. A keletkező nagy visszatérő áram zavarhatja a kis teljesítményű áramköröket. Ha a teljesítményszintkülönbség kicsi, akkor párhuzamos egypontos földelési séma használható. Ennek a módszernek azonban számos hátránya van. Amellett, hogy nem hatékony, az egypontos földelés nagyobb mennyiségű földelést igényel, és növeli a földelési impedanciát is.

Az egypontos földelési rendszereket általában alacsonyabb frekvenciájú konstrukciókban használják. Ha azonban az áramkörök magas frekvencián működnek, a többpontos földelőrendszer jó választás lehet. A nagyfrekvenciás áramkörök földsíkját két vagy több áramkörnek kell megosztania. Ez csökkenti a mágneses hurkok kialakulásának esélyét.

Teljesítmény interferencia

A hálózati interferenciák ronthatják az áramkör teljesítményét, és akár komoly jelintegritási problémákat is okozhatnak. Ezért a nagyfrekvenciás tervezés során elengedhetetlen a teljesítményinterferenciák kezelése. Szerencsére léteznek módszerek e problémák kezelésére. A következő tippek segítenek csökkenteni a nagyfrekvenciás tervezésekben a teljesítményinterferenciák mennyiségét.

Először is, értse meg, hogyan keletkeznek az elektromágneses interferenciák. Az interferenciának két fő típusa van: folyamatos és impulzusos. A folyamatos interferencia ember által létrehozott és természetes forrásokból ered. Mindkét típusú interferenciára jellemző a csatolási mechanizmus és a válasz. Az impulzushallás ezzel szemben szakaszosan és rövid időn belül jelentkezik.