Yüksek Frekans Tasarımında Topraklama ile Nasıl Başa Çıkılır?

Yüksek frekanslı tasarımların topraklama konusunu ele alması gerekir. Topraklama söz konusu olduğunda ele alınması gereken birkaç konu vardır. Bunlar arasında topraklama iletkenlerinin ve topraklama bağlarının empedansı, düşük frekanslı sinyallere hakim olan DC yolu ve tek noktadan topraklama yer alır.

Impedance of grounding conductors

The grounding electrode of a typical grounded electrical system is in parallel with the ground rods located on the line side of the service, transformers, and poles. The rod under test is connected to the grounding electrode. The equivalent resistance of the line side ground rods is negligible.

A single-point grounding method is acceptable for frequencies below one MHz, but it is less desirable for high frequencies. A single-point grounding lead will raise the ground impedance due to wire inductance and track capacitance, while stray capacitance will create unintended ground return paths. For high-frequency circuits, multipoint grounding is necessary. However, this method creates ground loops that are susceptible to magnetic field induction. Therefore, it is important to avoid using hybrid ground loops, especially if the circuit will contain sensitive components.

Toprak gürültüsü, yüksek frekanslı devrelerde, özellikle de devreler beslemeden büyük değişken akımlar çektiğinde önemli bir sorun olabilir. Bu akım ortak toprak dönüşünde akar ve hata voltajına veya DV'ye neden olur. Bu, devrenin frekansına göre değişir.

Bağlama iletkenlerinin empedansı

İdeal olarak, bağlama iletkenlerinin direnci bir mili ohm'dan az olmalıdır. Bununla birlikte, daha yüksek frekanslarda, bir bağlama iletkeninin davranışı daha karmaşıktır. Parazitik etkiler ve paralel olarak artık kapasitans sergileyebilir. Bu durumda, bağlama iletkeni paralel bir rezonans devresi haline gelir. Ayrıca, iletkenin dış yüzeyinden akım akışı olan deri etkisi nedeniyle yüksek direnç sergileyebilir.

İletilen parazit kuplajının tipik bir örneği, toprak dönüşü olan bir mikroişlemciye beslenen bir motor veya anahtarlama devresidir. Bu durumda, topraklama iletkeninin empedansı çalışma frekansından daha yüksektir ve devrenin rezonansa girmesine neden olması muhtemeldir. Bu nedenle, bağlantı iletkenleri tipik olarak farklı bağlantı uzunluklarıyla birden fazla noktada bağlanır.

Düşük frekanslı sinyaller için DC yolu baskındır

Düşük frekanslı sinyaller için DC yol hakimiyetinin yüksek frekanslı devrelere göre daha kolay uygulanabilir olduğu yaygın bir varsayımdır. Ancak, bu yöntemin özellikle entegre uygulamalarda çeşitli sınırlamaları vardır. Bu sınırlamalar arasında titreşim gürültüsü, DC akım ofsetleri ve büyük zaman sabitleri yer alır. Ayrıca, bu tasarımlar genellikle büyük termal gürültü üretebilen büyük dirençler ve kapasitörler kullanır.

Genel olarak, yüksek frekanslı sinyallerin dönüş akımı en az döngü alanı ve en az endüktans yolunu izleyecektir. Bu, sinyal akımının çoğunun sinyal izinin hemen altındaki dar bir yol üzerinden düzlemde geri döndüğü anlamına gelir.

Tek noktadan topraklama

Tek noktadan topraklama, iletişim sahalarının yıldırımdan korunmasında önemli bir unsurdur. Bu teknik, etkili bağlamanın yanı sıra yapısal yıldırım koruması da sağlar. Yıldırıma eğilimli alanlarda kapsamlı olarak test edilmiş ve etkili bir yöntem olduğu kanıtlanmıştır. Ancak, tek noktadan topraklama tek husus değildir.

Devreler arasındaki güç seviyesi farkı büyükse, seri tek noktalı topraklama kullanmak pratik olmayabilir. Ortaya çıkan büyük dönüş akımı düşük güçlü devrelerle etkileşime girebilir. Güç seviyesi farkı düşükse, paralel tek noktalı topraklama şeması kullanılabilir. Ancak bu yöntemin birçok dezavantajı vardır. Verimsiz olmasının yanı sıra, tek noktalı topraklama daha fazla miktarda topraklama gerektirir ve ayrıca toprak empedansını artırır.

Tek noktalı topraklama sistemleri genellikle düşük frekanslı tasarımlarda kullanılır. Ancak devreler yüksek frekanslarda çalıştırılıyorsa çok noktalı topraklama sistemi iyi bir seçim olabilir. Yüksek frekanslı bir devrenin toprak düzlemi iki veya daha fazla devre tarafından paylaşılmalıdır. Bu, manyetik döngü olasılığını azaltacaktır.

Güç paraziti

Güç parazitleri bir devrenin performansını düşürebilir ve hatta ciddi sinyal bütünlüğü sorunlarına neden olabilir. Bu nedenle, yüksek frekans tasarımında güç parazitleriyle başa çıkmak zorunludur. Neyse ki, bu sorunlarla başa çıkmak için yöntemler vardır. Aşağıdaki ipuçları, yüksek frekanslı tasarımlarınızda güç paraziti miktarını azaltmanıza yardımcı olacaktır.

İlk olarak, elektromanyetik parazitlerin nasıl oluştuğunu anlayın. İki ana parazit türü vardır: sürekli ve ani. Sürekli parazit insan yapımı ve doğal kaynaklardan kaynaklanır. Her iki parazit türü de bir bağlantı mekanizması ve bir yanıt ile karakterize edilir. Darbe gürültüsü ise aralıklı olarak ve kısa bir süre içinde meydana gelir.