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.