¿Cómo evita las interferencias la baja inductancia de las sondas de masa cortas?

Question

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

He leído que la masa más corta se utiliza para minimizar la inductancia del cable de masa de la sonda.

Pero, ¿para qué sirve eso? ¿Qué ocurre cuando la inductancia del cable de tierra es baja? ¿Qué tipo de interferencias evita?

Answer 1

No evitar las interferencias. Previene la impedancia del conductor de tierra.

Simplemente imaginar un inductor en serie con la conexión a tierra: que actúa como un filtro de paso bajo. Así, no pueden ser puesta a tierra de corrientes de alta velocidad, y para éstos, el instrumento parece flotar.

Answer 2

Me invitaron a ayudar a depurar un circuito integrado regulador de conmutación; el problema eran "dos tipos de oscilación".

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

Pregunté "¿cuánto mide el cable de masa del videoscopio?" y la respuesta fue "los 15 ó 20 cm habituales".

Expliqué "La frecuencia de resonancia, de 200 nH (8") gnd-lead sonda de osciloscopio con capacidad de entrada de 15 pF, es de unos 90 MHz."

Resulta que el diseñador de silicio había fabricado LDO en su anterior trabajo de CI y nunca había necesitado aprender métodos de sondeo de transitorios rápidos. Aquí tuvo que aprender sobre el timbre de la sonda del osciloscopio.

La otra forma de oscilación/ruido/comportamiento extraño consistía en la fluctuación de los tiempos de entrada y salida de los modos discontinuos. Esto implicaba descensos muy muy lentos de la tensión regulada y errores de sincronización causados por ruido térmico.

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¿Cuál es la frecuencia de resonancia de la estructura de masa elástica en espiral, empujada sobre el casquillo de masa? Ignore la posibilidad de un contacto deficiente, en el que las numerosas vueltas aumentan la inductancia. En otras palabras, supongamos que la longitud del trayecto es de 1 cm de centro más 1 cm de retorno a tierra, es decir, 2 cm en total o unos 20 nH en total. Esta es una buena suposición, porque la fórmula para la inductancia es Constante * Longitud * (1 + log(longitud/tamaño del cable)), haciendo que la inductancia calculada sea una función lineal de la longitud.

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

(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.

Divídelo entre 25.330, con un cociente de 75.000.

La raíz cuadrada es de unos 280 MHz.

¿Qué tal si mejoramos ese timbre? ¿Podemos amortiguarlo? Sí. Añade una resistencia discreta externa en la punta de la sonda. ¿Valor? Q=1, por 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.

¿Cómo afecta esto al comportamiento de la sonda a alta frecuencia? El Trise será de aprox. 15 pF * 33 ohmios, o unos 0,45 nanoSeg o 450 picoSeg. ¿Suficientemente rápido? Simplemente coge una resistencia discreta de 33 ohmios y utiliza unos alicates de punta de aguja para engarzar el cable de esa resistencia alrededor de la patilla central de la punta de la sonda.

Y no debería haber timbre en el Fring de 280 MHz.

Answer 3

Hay tres efectos a tener en cuenta.

1. Acción del transformador (campo H): Cualquier bucle dentro de un campo magnético cambiante recibe una tensión inducida. Esta es la idea en la que se basan los transformadores. Un bucle largo puede ver más flujo, por lo que es más susceptible a la captación magnética.

2. Efectos capacitivos (campo E): Dos conductores cualesquiera separados por un aislante para un condensador. Desde \$ C = \dfrac{\epsilon \cdot A}{d} \$ tener un cable más corto reduce el área de una de las placas y por lo tanto la capacitancia reduciendo la sensibilidad del campo E.

3. Inductancia del cable de tierra: Como señala Marcus la inductancia en el cable de masa aumenta la impedancia a las señales de alta frecuencia y un cable más largo tiene más inductancia. También se puede reducir la inductancia envolviendo la masa firmemente a la sonda, pero es menos bueno de lo que has mostrado en tu segunda imagen.

Cuál de ellos predomine dependerá del circuito que se esté probando. Yo suelo conectar el cable de masa de mi sonda a la punta de la sonda. No debería ver nada ya que está midiendo el 0V del osciloscopio. Sin embargo, le mostrará dónde hay campos magnéticos significativos en su circuito.