“O terra deve ser reunido em um único ponto ou transformado em um plano maciço (plano de terra)?”
Essa é uma dúvida frequente no projeto de terra. Ao pesquisar, você encontra artigos dizendo “o terra em um ponto é o correto” e outros dizendo “use um plano de terra”, ficando sem saber qual é a resposta certa.
A resposta breve: ambos estão corretos — mas é preciso usá-los de forma diferente conforme a frequência. Neste artigo, organizamos o princípio de cada um e suas condições de aplicação.
- Afinal, por que a forma de rotear o terra é um problema?
- Terra em ponto único — A ideia de zerar a impedância comum
- Plano de terra (terra maciço) — A ideia de baixar a impedância ao máximo
- Comparação no uSimmics — Terra em ponto único vs. plano de terra
- A abordagem muda com a frequência — Em resumo
- Resumo
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Afinal, por que a forma de rotear o terra é um problema?
O cerne dos problemas de cabeamento de terra é a impedância comum que também mencionamos em um artigo anterior.
Quando vários circuitos compartilham a mesma trilha de terra, uma variação de corrente em um circuito gera uma tensão nessa impedância comum e desloca também o potencial de terra de outro circuito. Isso é a “interferência de ruído através do terra”.
Como tratar essa impedância comum é a diferença fundamental entre o terra em ponto único e o plano de terra.
Terra em ponto único — A ideia de zerar a impedância comum
A ideia do terra em ponto único é simples: rotear o terra de cada circuito separadamente e uni-los em um só lugar. Assim os circuitos não compartilham o cabeamento de terra, e nenhuma impedância comum surge.
O efeito também está comprovado experimentalmente. Ao comparar uma placa em que o cabeamento de terra recebe de propósito uma impedância comum com uma placa cabeada como terra em ponto único, esta última apresenta muito menos ruído sobre o terra.
A fraqueza do terra em ponto único — Não funciona em altas frequências
No entanto, o terra em ponto único tem uma limitação fundamental.
Ao rotear as linhas de terra separadamente e longas, surge uma capacitância parasita (capacitância de dispersão) entre as trilhas. Em altas frequências elas ficam eletricamente conectadas por meio dessa capacitância parasita, de modo que as linhas de terra que você teve o trabalho de rotear separadamente acabam “conectadas onde não se vê”. Ou seja, em altas frequências o terra em ponto único deixa de funcionar e, ao contrário, essas linhas de terra longas atuam como antenas que captam ruído.
O terra em ponto único é eficaz na faixa de contínua a baixa frequência (grosso modo abaixo de algumas dezenas de kHz). Ainda é o método padrão em circuitos de áudio e analógicos de baixa frequência, mas não é adequado para circuitos digitais nem de alta frequência.
Plano de terra (terra maciço) — A ideia de baixar a impedância ao máximo
A ideia do plano de terra é o oposto da do terra em ponto único. Em vez de “zerar” a impedância comum, ela busca “torná-la o menor possível”.
Ao cobrir toda uma face da placa com cobre de terra (um plano maciço), a impedância se distribui por toda a superfície, de modo que, de onde quer que venha a corrente, ela é recebida com uma impedância muito baixa. A impedância comum não chega a zero, mas fica pequena o bastante para não causar dano real.
O plano de terra também funciona em altas frequências
Ao contrário do terra em ponto único, o plano de terra é eficaz também em altas frequências. Uma folha de cobre planar sofre pouca influência da capacitância parasita e mantém baixa impedância mesmo com a frequência subindo. Além disso, como efeito secundário, ele blinda as camadas de roteamento de sinal.
Em uma placa de 2 camadas, é comum dedicar uma face ao plano de terra. Em placas multicamadas de 4 ou mais camadas, a configuração padrão atribui o plano de alimentação (V maciço) e o plano de terra a suas próprias camadas dedicadas.
Comparação no uSimmics — Terra em ponto único vs. plano de terra
Comparação em baixa frequência
Comparação em alta frequência
A abordagem muda com a frequência — Em resumo
| Terra em ponto único | Plano de terra (terra maciço) | |
|---|---|---|
| Princípio | Eliminar a impedância comum | Minimizar a impedância comum |
| Frequência eficaz | Contínua a baixa frequência (abaixo de dezenas de kHz) | Baixa a alta frequência (amplamente eficaz) |
| Circuitos adequados | Áudio, analógico de baixa frequência | Digital, analógico de alta frequência, placas mistas |
| Fraqueza | Anulada pela capacitância parasita em alta frequência | A impedância comum nunca chega a zero |
Nas placas digitais modernas, onde as frequências de clock atingem dezenas a centenas de MHz, o plano de terra é o padrão de fato. Por outro lado, em circuitos analógicos de baixa frequência como amplificadores de áudio e de instrumentação, o terra em ponto único ainda é uma opção válida.
E as placas mistas analógico + digital?
Em placas onde coexistem circuitos analógicos e digitais, um método comum é dividir o terra em uma região analógica e uma digital e conectá-las em um só lugar. É um “plano de terra dividido + conexão em ponto único”, um meio-termo entre os dois. Escolha o ponto de conexão onde a passagem de ruído seja mínima, como logo abaixo do conversor A/D.
Resumo
- O terra em ponto único é uma técnica que elimina a impedância comum e é eficaz para circuitos analógicos de baixa frequência.
- Em altas frequências seu efeito se perde pela capacitância parasita, por isso não é adequado a circuitos digitais.
- O plano de terra minimiza a impedância em toda a superfície e é amplamente eficaz até altas frequências.
- Nas placas digitais modernas o plano de terra é padrão. Para analógico de baixa frequência, o terra em ponto único também é uma opção.
- Para placas mistas, o meio-termo “plano dividido + conexão em ponto único” é prático.
Não há “resposta absolutamente correta” no projeto de terra. O importante é verificar a frequência de operação do seu circuito e escolher a técnica adequada.
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