Como a baixa indutância das sondas de clipes de terra curtos evita interferências?

Abaixo estão fotos de duas sondas de escopo com diferentes comprimentos de clipes de terra:

Eu li que o terra mais curto é usado para minimizar a indutância do fio terra da sonda.

Mas o que isso ajuda? O que acontece quando a indutância do fio terra é baixa? Que tipo de interferência impede?

Não impede interferência . Impede a impedância do fio terra.

Simplesmente imagine um indutor em série com sua conexão de terra: que atua como um filtro passa-baixo. Portanto, as correntes de alta velocidade não podem ser aterradas e, para isso, seu instrumento parece flutuar .

Fui convidado para ajudar na depuração de um IC regulador de comutação; O problema era "dois tipos de oscilação".

Perguntei qual era a frequência da oscilação e a resposta foi 80 MHz.

Eu perguntei "por quanto tempo o fio terra do osciloscópio" é a resposta "As 6 ou 8 polegadas usuais".

Expliquei: "A frequência ressonante, da sonda de osciloscópio de 200 nH (8") com capacidade de entrada de 15 pF, é de cerca de 90 MHz ".

Acontece que o designer de silício havia acionado LDOs em seu trabalho anterior de CI e nunca precisara aprender métodos rápidos de sondagem transitória. Aqui ele aprendeu sobre o toque da sonda no osciloscópio.

A outra forma de oscilação / ruído / comportamento estranho envolvia instabilidade no momento de entrar e sair dos modos descontínuos. Isso envolveu decaimentos muito lentos dos erros regulados de tensão e tempo causados ​​pelo ruído térmico.

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Qual é a frequência de ressonância da estrutura do solo flexível em espiral, empurrada para a ponteira de terra? Ignore a possibilidade de contato inadequado, onde as inúmeras voltas aumentam a indutância. Em outras palavras, suponha que o comprimento do caminho seja 1 cm do centro mais 1 cm de retorno à terra, ou 2 cm no total ou cerca de 20 nH no total. Essa é uma boa suposição, porque a fórmula da indutância é Constante * Comprimento * (1 + log (comprimento / tamanho do fio)), fazendo com que a indutância calculada seja uma função principalmente linear do comprimento.

Qual é a frequência ressonante de 20nH e 15pF? eu uso

(F_MHZ) ^ 2 == 25.330 / (L_uH * C_pf)

onde 1 uH e 1 pF => F_MHz = sqrt (25.330) = 160 MHz

Temos 0,02 uH e 15 pF, com produto de 0,3.

Divida isso em 25.330, com quociente de 75.000.

O squareroot é de cerca de 280 MHz.

Que tal melhorar esse toque? Podemos umedecer? Sim. Adicione um resistor externo discreto na ponta da sonda. Valor? Vá para Q = 1, portanto, Xl = Xc = R. Xc de 15 pF a 280 MHz, dado 1 pF a 1 GHz é -j160 ohms, é 160/15 * 1.000 MHz / 280 MHz ou aprox. 30 ohms.

O que isso faz com o comportamento da sonda em alta frequência? O Trise será de aprox. 15 pF * 33 ohms, ou cerca de 0,45 nanoSec ou 450 picoSec. Rápido o suficiente? Basta pegar um resistor discreto de 33 ohm e usar um alicate de ponta fina para prensar o cabo do resistor em torno do pino central da ponta da sonda.

E não deve haver toque no Fring de 280 MHz.

Existem três efeitos que dois consideram aqui.

1. Ação do transformador (campo H): qualquer loop dentro de um campo magnético variável gera uma tensão induzida nele. Essa é a ideia por trás dos transformadores. Um longo pode ver mais fluxo e, portanto, é mais suscetível à captação magnética.

2. Efeitos capacitivos (E-Field): Quaisquer dois condutores separados por um isolador para um capacitor. Desde a$C = \dfrac{\epsilon \cdot A}{d}$ ter um fio mais curto reduz o ar de uma das placas e, portanto, a capacitância, reduzindo a sensibilidade do campo E.

3. Indutância do fio terra: Como apontado pela indutância de Marcus no fio terra, aumenta a impedância a sinais de alta frequência e um fio mais longo tem mais indutância. Você também pode reduzir a indutância envolvendo o solo firmemente na sonda, mas é menos bom do que você mostrou na segunda foto.

Qual desses domínios depende do circuito que você está testando. Eu conecto regularmente o fio terra da minha sonda à ponta da sonda. Isso não deve aparecer como você está medindo o 0V do osciloscópio. No entanto, ele mostrará onde existem campos magnéticos significativos em seu circuito.