¿El plano de tierra tiene baja impedancia o inductancia? ¿Esto hace que no haya rebote de tierra?

Question

El rebote del suelo es el efecto de que el suelo se eleva debido a inductancia en la pista de tierra. https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1255019

Se dice que el plano de tierra tiene baja impedancia por lo que hay menos ruido eléctrico (por lo que hay menos rebotes de tierra)

¿Pero es la inductancia la que provoca el rebote a tierra, y no la impedancia? ¿Puede alguien explicarme esta contradicción?

Gracias.

Answer 1

En un plano de tierra, los factores que más contribuyen a la impedancia son la inductancia y la capacitancia. En la mayoría de los casos, la resistencia de la lámina es lo suficientemente baja como para no ser mencionada.

La inductancia es la única con una contribución que incrementa la impedancia al aumentar, por lo que estos términos se citan indistintamente con bastante frecuencia.

Creo que cuando se utilizan planos de tierra, aunque sean inexactos, no es un grave error llamarlo inductancia de un plano.

Un plano conductor puede modelarse como inductores que se entretejen en un entramado 2D, y condensadores que conectan los nodos formados por pares de inductores a un nodo de referencia. (Para no ser pedantes, vamos a llamarlo "tierra real")

Lo que crea un rebote es el EMF generado por la corriente que está tratando de fluir a través de este entramado de inductores. A mayor inductancia, mayor rebote.

Answer 2

¿Pero es la inductancia la que provoca el rebote a tierra, y no la impedancia?

Los inductores tienen impedancia, es decir, impiden el flujo de una corriente cambiante creando una contrafase: -

$$V_{emf} = -L\dfrac{di}{dt}$$

La impedancia de un inductor también es \$2\pi f L\$ (desde la perspectiva de una señal de CA) y esa es la impedancia a la que se refieren cuando hablan de la impedancia de un plano de tierra.

Answer 3

Algo que me costó aprender:

Un plano de tierra en sí mismo no es de baja impedancia. Si lo fuera, podríamos comercializar la lámina de cobre como un cable de muy baja impedancia.

Sin embargo, un circuito cerrado formado por un conductor cercano a un plano de tierra, Y el plano de tierra, puede ser de muy baja impedancia: equivale a un par de cables muy espaciados que siguen perfectamente la trayectoria del otro, que es el circuito de menor impedancia posible en comparación con cualquier cosa con más espacio (área de bucle, que es un ingrediente clave en la construcción de bobinas!) entre los conductores. La trayectoria de una corriente alterna de retorno en el plano de tierra seguirá en su mayor parte la trayectoria del conductor que está por encima, ya que es la trayectoria de menor reactancia.

El rebote de tierra es lo que ocurre cuando una señal de RF (o un pulso de subida rápida) provoca una caída de tensión a través de la reactancia de la ruta de tierra, por lo que lo minimizaremos mediante un diseño de plano de tierra.

Como esto tiende a mantener las vías de retorno fuera del camino de los demás (en comparación con los cables de tierra discretos, donde a menudo será el bucle más pequeño y no el cable de tierra asignado el que lleve la corriente) aunque estén interconectados galvánicamente, también disminuirá el efecto que tendrá el rebote de tierra residual, ya que las reactancias a través de las cuales se producen las caídas de tensión no son compartidas - especialmente no compartidas entre las secciones del circuito que manejan señales amplificables y amplificadas.

Además, si se utiliza un plano de tierra Y un plano de potencia, forman placas de condensador, actuando como uno de los mejores condensadores de filtro de RF disponibles.

Además, el hecho de que las corrientes fluyan en los bucles más cortos posibles disminuye los problemas con los transformadores parásitos y también la EMI.

Además, los aviones de tierra son buenos escudos.

Answer 4

A simple vista parece que se refieren a los cables/trazas que van a la Vcc y a la plancia de tierra de los componentes. Normalmente estas trazas podrían plantear problemas a altas frecuencias, y ciertamente las vías al plano de tierra por debajo de la capa superior añadirán alguna inductancia a tierra. El tamaño de las vías es importante para sus inductancias. Para esto sugiero mirar la página 11 de este artículo https: https://www.keysight.com/upload/cmc_upload/All/2_Demystifying_Vias_in_High-Speed_PCB_Designs.pdf La impedancia aumenta significativamente para frecuencias > 5GHz, así que esto puede no ser un problema en tu caso, pero se reduce en general cuando se añaden vias en múltiplos Otras inductancias añadidas de los cables de la batería, etc., probablemente sean más significativas que la inductancia distribuida real de la propia placa de tierra.

Saludos,