¿Cómo la baja inductancia de las sondas de clip de tierra corta previene la interferencia?

A continuación se muestran fotos de dos sondas de alcance con diferentes longitudes de clip de tierra:

He leído que la conexión a tierra más corta se usa para minimizar la inductancia del cable de conexión a tierra de la sonda.

¿Pero para qué sirve eso? ¿Qué sucede cuando la inductancia del cable a tierra es baja? ¿Qué tipo de interferencia previene?

No evita la interferencia . Evita la impedancia del cable a tierra.

Simplemente imagine un inductor en serie con su conexión a tierra: que actúa como un filtro de paso bajo. Por lo tanto, las corrientes de alta velocidad no pueden conectarse a tierra, y para estos, su instrumento parece flotar .

Fui invitado a ayudar a depurar un IC regulador de conmutación; El problema era "dos tipos de oscilación".

Pregunté cuál era la frecuencia de oscilación, y la respuesta fue 80 MHz.

Le pregunté "cuánto tiempo dura el cable de conexión a tierra" y la respuesta es "Las 6 u 8 pulgadas habituales".

Le expliqué: "La frecuencia de resonancia de la sonda de alcance de cable gnd de 200 nH (8") con capacidad de entrada de 15 pF es de aproximadamente 90 MHz ".

Resulta que el diseñador de silicio había producido LDO en su trabajo de IC anterior, y nunca había necesitado aprender métodos rápidos de sondeo transitorio. Aquí aprendió sobre el sondeo de la sonda de alcance.

La otra forma de oscilación / ruido / comportamiento extraño involucraba fluctuaciones en el momento de entrar y salir de los modos discontinuos. Eso implicó una disminución muy lenta del voltaje regulado y errores de sincronización causados ​​por el ruido térmico.

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¿Cuál es la frecuencia resonante de la estructura de tierra elástica en espiral, empujada sobre la férula de tierra? Ignora la posibilidad de un mal contacto, donde los numerosos giros aumentan la inductancia. En otras palabras, suponga que la longitud del camino es de 1 cm de centro más 1 cm de retorno a tierra, o 2 cm en total o aproximadamente 20 nH en total. Esta es una buena suposición, porque la fórmula para la inductancia es Constante * Longitud * (1 + log (longitud / alambrado)), lo que hace que la inductancia calculada sea una función de longitud mayormente lineal.

¿Cuál es la frecuencia de resonancia de 20nH y 15pF? yo suelo

(F_MHZ) ^ 2 == 25,330 / (L_uH * C_pf)

donde 1 uH y 1 pF => F_MHz = sqrt (25,330) = 160 MHz

Tenemos 0.02 uH y 15 pF, con producto de 0.3.

Divide eso en 25,330, con un cociente de 75,000.

La raíz cuadrada es de aproximadamente 280 MHz.

¿Qué hay de mejorar ese sonido? ¿Podemos humedecer? Si. Agregue una resistencia externa discreta en la punta de la sonda. ¿Valor? Vaya a Q = 1, por lo tanto Xl = Xc = R. Xc de 15 pF a 280 MHz, dado que 1 pF a 1 GHz es -j160 ohmios, es 160/15 * 1,000 MHz / 280 MHz o aprox. 30 ohmios

¿Qué le hace esto al comportamiento de la sonda a alta frecuencia? El Trise será de aprox. 15 pF * 33 ohmios, o aproximadamente 0,45 nanoSec o 450 picoSec. ¿Suficientemente rapido? Simplemente tome una resistencia discreta de 33 ohmios y use alicates de punta fina para engarzar el cable de la resistencia alrededor del pin central de la punta de la sonda.

Y no debería sonar el Fring de 280 MHz.

Hay tres efectos que dos consideremos aquí.

1. Acción del transformador (campo H): cualquier bucle dentro de un campo magnético cambiante recibe un voltaje inducido. Esta es la idea detrás de los transformadores. Un largo puede ver más flujo, por lo que es más susceptible a la captación magnética.

2. Efectos capacitivos (campo E): dos conductores separados por un aislante para un condensador. Ya que$C = \dfrac{\epsilon \cdot A}{d}$ tener un cable más corto reduce la superficie de una de las placas y, por lo tanto, la capacitancia reduce la sensibilidad del campo E.

3. Inductancia del cable a tierra: como lo señala Marcus, la inductancia en el cable a tierra aumenta la impedancia a las señales de alta frecuencia y un cable más largo tiene más inductancia. También puede reducir la inductancia envolviendo el suelo apretado a la sonda, pero es menos bueno de lo que ha mostrado en su segunda imagen.

Cuál de estos domina depende del circuito que está probando. Regularmente conecto el cable de tierra de mi sonda a la punta de la sonda. Esto no debería ver nada ya que está midiendo los 0V del alcance. Sin embargo, le mostrará dónde hay campos magnéticos significativos en su circuito.