Como lidar com a ligação à terra em projectos de alta frequência

Os projectos de alta frequência têm de abordar a questão da ligação à terra. Há várias questões que precisam ser abordadas quando se trata de aterramento. Estas incluem a impedância dos condutores de ligação à terra e das ligações à terra, o caminho DC que domina os sinais de baixa frequência e a ligação à terra de ponto único.

Impedância dos condutores de ligação à terra

O elétrodo de terra de um sistema elétrico típico ligado à terra está em paralelo com as hastes de terra localizadas no lado da linha do serviço, transformadores e postes. A barra em teste é ligada ao elétrodo de terra. A resistência equivalente das hastes de aterramento do lado da linha é desprezível.

Um método de aterramento de ponto único é aceitável para freqüências abaixo de um MHz, mas é menos desejável para altas freqüências. Um cabo de aterramento de ponto único aumentará a impedância de aterramento devido à indutância do fio e à capacitância da trilha, enquanto a capacitância dispersa criará caminhos de retorno de aterramento não intencionais. Para circuitos de alta freqüência, o aterramento multiponto é necessário. No entanto, este método cria loops de terra que são susceptíveis à indução de campos magnéticos. Por conseguinte, é importante evitar a utilização de loops de terra híbridos, especialmente se o circuito contiver componentes sensíveis.

O ruído de terra pode ser um grande problema em circuitos de alta frequência, especialmente quando os circuitos retiram grandes correntes variáveis da alimentação. Esta corrente flui no retorno à terra comum e provoca uma tensão de erro, ou DV. Esta varia com a frequência do circuito.

Impedância dos condutores de ligação

Idealmente, a resistência dos condutores de ligação deve ser inferior a um mili-ohm. No entanto, a frequências mais elevadas, o comportamento de um condutor de ligação é mais complexo. Ele pode apresentar efeitos parasitas e capacitância residual em paralelo. Neste caso, o condutor de ligação torna-se um circuito ressonante paralelo. Pode também apresentar uma resistência elevada devido ao efeito de pele, que é o fluxo de corrente através da superfície exterior do condutor.

Um exemplo típico de um acoplamento de interferência conduzido é um motor ou circuito de comutação alimentado num microprocessador com um retorno à terra. Nesta situação, a impedância do condutor de ligação à terra é superior à sua frequência de funcionamento e é provável que provoque a ressonância do circuito. Por este motivo, os condutores de ligação são normalmente ligados em vários pontos, com diferentes comprimentos de ligação.

Caminho DC dominante para sinais de baixa frequência

É amplamente assumido que o domínio do caminho DC para sinais de baixa frequência é mais fácil de implementar do que circuitos de alta frequência. No entanto, este método tem várias limitações, especialmente em implementações integradas. Estas limitações incluem ruído de cintilação, desvios de corrente DC e grandes constantes de tempo. Além disso, esses projetos geralmente usam grandes resistores e capacitores, que podem produzir grande ruído térmico.

Em geral, a corrente de retorno de sinais de alta frequência seguirá o caminho de menor área de loop e menor indutância. Isto significa que a maioria da corrente do sinal regressa ao plano através de um caminho estreito diretamente abaixo do traço do sinal.

Ligação à terra de ponto único

A ligação à terra de ponto único é um elemento essencial na proteção de locais de comunicações contra raios. Para além de uma ligação eficaz, esta técnica oferece proteção estrutural contra raios. Ela foi amplamente testada em áreas propensas a raios e provou ser um método eficaz. No entanto, o aterramento de ponto único não é a única consideração.

Se a diferença de nível de potência entre os circuitos for grande, pode não ser prático utilizar uma ligação à terra de ponto único em série. A grande corrente de retorno resultante pode interferir com circuitos de baixa potência. Se a diferença de nível de potência for baixa, pode ser utilizado um esquema de ligação à terra de ponto único em paralelo. No entanto, este método tem muitas desvantagens. Além de ser ineficiente, o aterramento de ponto único requer uma quantidade maior de aterramento e também aumenta a impedância de aterramento.

Os sistemas de ligação à terra de ponto único são geralmente utilizados em projectos de baixa frequência. No entanto, se os circuitos forem operados em altas freqüências, um sistema de aterramento multiponto pode ser uma boa escolha. O plano de terra de um circuito de alta frequência deve ser partilhado por dois ou mais circuitos. Isto reduzirá as hipóteses de ocorrência de loops magnéticos.

Interferência de energia

As interferências de potência podem degradar o desempenho de um circuito e podem mesmo causar problemas graves de integridade do sinal. Assim, é imperativo lidar com as interferências de potência no projeto de alta frequência. Felizmente, existem métodos para lidar com estes problemas. As dicas seguintes ajudá-lo-ão a reduzir a quantidade de interferências de potência nos seus projectos de alta frequência.

Em primeiro lugar, é necessário compreender como ocorrem as interferências electromagnéticas. Existem dois tipos principais de interferência: contínua e de impulso. A interferência contínua tem origem em fontes naturais e artificiais. Ambos os tipos de interferência são caracterizados por um mecanismo de acoplamento e uma resposta. O ruído de impulso, por outro lado, ocorre de forma intermitente e num curto espaço de tempo.

5 Principais causas de formação de espuma no revestimento de cobre de uma placa PCB

Há muitas causas para a formação de espuma no revestimento de cobre de uma placa PCB. Algumas são causadas pela poluição por óleo ou poeira, enquanto outras são causadas pelo processo de afundamento do cobre. A formação de espuma é um problema em qualquer processo de revestimento de cobre, uma vez que requer soluções químicas que podem contaminar outras áreas. Também pode ocorrer devido a um tratamento local incorreto da superfície da placa.

Micro-corrosão

Na micro-corrosão, a atividade do precipitado de cobre é demasiado forte, provocando fugas nos poros e bolhas. Pode também levar a uma fraca adesão e deteriorar a qualidade do revestimento. Por conseguinte, a remoção destas impurezas é crucial para evitar este problema.

Antes de tentar o revestimento de cobre, o substrato de cobre é submetido a uma sequência de limpeza. Esta etapa de limpeza é essencial para remover as impurezas da superfície e proporcionar uma humidificação geral da superfície. De seguida, o substrato é tratado com uma solução ácida para condicionar a superfície do cobre. Segue-se a fase de revestimento de cobre.

Outra causa de formação de espuma é a limpeza incorrecta após o desengorduramento com ácido. Esta situação pode ser causada por uma limpeza incorrecta após o desengorduramento com ácido, por um ajuste incorreto do agente abrilhantador ou por uma temperatura deficiente do cilindro de cobre. Além disso, uma limpeza incorrecta pode levar a uma ligeira oxidação da superfície da placa.

Oxidação

A oxidação provoca a formação de espuma no revestimento de cobre da placa de circuito impresso quando a folha de cobre da placa não está suficientemente protegida contra os efeitos da oxidação. O problema pode ocorrer devido a uma fraca aderência ou rugosidade da superfície. Também pode ocorrer quando a folha de cobre na placa é fina e não adere bem ao substrato da placa.

A microdecapagem é um processo que é utilizado no afundamento de cobre e na galvanoplastia de padrões. A microdecapagem deve ser efectuada cuidadosamente para evitar uma oxidação excessiva. O excesso de gravação pode levar à formação de bolhas à volta do orifício. Uma oxidação insuficiente pode levar a uma ligação deficiente, à formação de espuma e a uma falta de força de ligação. A microdetonação deve ser efectuada a uma profundidade de 1,5 a dois microns antes da deposição de cobre e de 0,3 a um micron antes do processo de galvanização. A análise química pode ser utilizada para garantir que a profundidade necessária foi atingida.

Processamento de substratos

A formação de espuma no revestimento de cobre da placa PCB é um defeito de qualidade importante que pode ser causado por um processamento deficiente do substrato. Este problema ocorre quando a folha de cobre na superfície da placa não consegue aderir ao cobre químico devido a uma ligação deficiente. Isto faz com que a folha de cobre fique com bolhas na superfície da placa. Isto resulta numa cor irregular e numa oxidação preta e castanha.

O processo de revestimento de cobre requer a utilização de agentes pesados de ajuste de cobre. Estes medicamentos químicos líquidos podem provocar a contaminação cruzada da placa e resultar em efeitos de tratamento deficientes. Para além disso, podem provocar superfícies irregulares na placa e uma fraca força de ligação entre a placa e o conjunto PCBA.

Micro-erosão

A formação de espuma no revestimento de cobre da placa PCB pode ser causada por dois factores principais. O primeiro é um processo de revestimento de cobre incorreto. O processo de revestimento de cobre utiliza uma grande quantidade de produtos químicos e solventes orgânicos. O processo de tratamento de revestimento de cobre é complicado e os produtos químicos e óleos na água utilizada para o revestimento podem ser prejudiciais. Podem causar contaminação cruzada, defeitos irregulares e problemas de ligação. A água utilizada no processo de revestimento de cobre deve ser controlada e deve ser de boa qualidade. Outra coisa importante a considerar é a temperatura do revestimento de cobre. Esta afectará grandemente o efeito de lavagem.

A micro-erosão ocorre quando a água e o oxigénio são dissolvidos na placa de cobre. A água dissolvida e o oxigénio da água provocam uma reação de oxidação e formam um composto químico chamado hidróxido ferroso. O processo de oxidação resulta na libertação de electrões do revestimento de cobre da placa.

Falta de polaridade catódica

A formação de espuma no revestimento de cobre de uma placa PCB é um defeito de qualidade comum. O processo utilizado para o fabrico da placa PCB é complexo e exige uma manutenção cuidadosa do processo. O processo envolve o processamento químico por via húmida e o revestimento, e requer uma análise cuidadosa da causa e do efeito da formação de espuma. Este artigo descreve as causas da formação de espuma na placa de cobre e o que pode ser feito para a evitar.

O nível de pH da solução de revestimento também é crucial, uma vez que determina a densidade da corrente catódica. Este fator afectará a taxa de deposição e a qualidade do revestimento. Uma solução de revestimento com pH mais baixo resultará numa maior eficiência, enquanto um pH mais elevado resultará numa menor.