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- ELETTRONICA OGGI 429 - LUGLIO/AGOSTO 2013
in continua e a basse frequenze utilizzando un materiale come il
mumetal, una lega a forte permeabilità magnetica) o in alternati-
va lo schermo deve essere di uno spessore tale da attenuare il
campo mediante l’assorbimento dell’energia. Per effettuare tale
operazione, lo schermo deve avere uno spessore tale da attenuare
l’energia magnetica. Per determinare lo spessore dello schermo
può essere utile consultare il testo: “Electromagnetics Explained:
A Handbook for Wireless/ RF, EMC, and High-Speed Electronics”
di Ron Schmitt.
Schermatura
Scopo della schermatura è ridurre o eliminare la possibilità di
accoppiamento delle correnti di rumore nelle misure elettriche.
Tali correnti possono avere origine da sorgenti puntiformi di
cariche, che generano campi elettrostatici e distribuzioni di ten-
sione. Per esempio, gli utenti sono portatori di cariche statiche. I
potenziali delle linee in AC all’interno e attorno a un laboratorio o
a un ambiente produttivo possono provocare campi elettrostatici
in AC che, a loro volta, producono correnti di errore. Quando i
DUT sono posti a massa all’esterno dei confini dello strumento, un
potenziale di massa differente (diverso da quello dello strumento)
provoca un altro campo elettrostatico che genera una corrente
nei terminali di massa di misura. La capacità dell’isolamento nel
trasformatore di potenza dello strumento completa il circuito in
cui scorre la corrente di errore. Temporali e variazioni ambientali
possono provocare variazioni del campo elettrostatico. La radia-
zione proveniente dalle sorgenti RF può anche generare correnti
nei terminali di prova, provocando offset dovuti alla rettifica delle
interferenze elettromagnetiche (EMI) negli amplificatori interni alla
strumentazione di misura. Si tenga presente che anche in pre-
senza di bel tempo, la terra è caratterizzata da un campo di circa
100V/M rispetto all’alta atmosfera.
Scopo dello schermo elettrostatico (electrostatic shield) è impedire
che i campi elettrostatici esterni (campi ad alta impedenza) influen-
zino il circuito di misura mettendo a disposizione una superficie
equipotenziale in grado di catturare il campo elettrostatico, deflet-
tendolo dai terminali di misura all’interno. Per impedire che lo
schermo possa accoppiare i circuiti interni gli uni con gli altri, il
punto di massa dello schermo è collegato al terminale LO dello
strumento all’interno dello strumento. Questo schema di messa a
terra assicura che i nodi di misura interni vedano solamente il ter-
minale LO dello strumento (Fig. 1). Per essere efficace, lo schermo
deve coprire l’intero nodo di misura. Il progetto dello strumento
deve prevedere questo schermo laddove sia necessario e fornire
la necessaria estensione verso il mondo esterno. Sebbene questo
schermo rappresenti un’ottima soluzione per ogni misura, esso
risulta indispensabile per le misure ad alta impedenza (ovvero
per ogni misura in cui l’impedenza sia > 100 KOhm). La tensione
di interferenza risultante sarà pari a V = Ii x R dove Ii è la corrente
accoppiata e R è l’impedenza della misura. Questo schermo non
impedisce il flusso di correnti DC o AC tra i circuiti di misura e lo
schermo. Lo schermo comune garantisce solamente una protezio-
ne contro le interferenze elettrostatiche esterne.
Un “driven guard” (terminale di guardia pilotato) espleta tutte le
funzioni dello schermo comune, oltre a eliminare le correnti tra
il terminale di guardia e i circuiti di misura (Fig. 2). Il terminale
di guardia è semplicemente uno schermo comune bufferizzato
o pilotato dalla tensione del circuito di misura (invece di essere
connesso con il terminale LO dello strumento) per eliminare il
campo elettrostatico tra il terminale di guardia e il circuito di
misura. I terminali di guardia sono utilizzati nei circuiti progettati
per misurare o erogare correnti di intensità molto basse, e sono
praticamente indispensabili per correnti inferiori a 1 nA. Quando
si misurano correnti uguali o inferiori a 1 nA, per il nodo di misura
è necessario usare la tecnica di guarding. Gli strumenti impiegati
per misurare o erogare correnti di tale livello (o inferiori) dovranno
avere all’interno i terminali di guardia per le misure. Non è neces-
sario prevedere uno schermo oltre al terminale di guardia attorno
al nodo di misura, ma il circuito di misura rimanente dovrebbe
essere schermato. Come visibile in figura 3 la configurazione di
un elettrometro consente a uno schermo comune di funzionare
come terminale di guardia, assicurando che il nodo di misura sia
al potenziale di massa. Ciò fa capire la differenza fondamentale
tra uno schermo e un terminale di guardia: il primo impedisce ai
campi esterni di influenzare la misura mentre il secondo aggiunge
una protezione contro le correnti di dispersione in DC circondan-
do il nodo di misura con una tensione identica a quella del nodo
stesso, sia all’interno sia all’esterno dello strumento, eliminando le
correnti di dispersione.
Messa a terra di protezione
Lo schermo di protezione avvolge lo schermo elettrostatico, pro-
teggendo l’utilizzatore dello strumento da tensioni pericolose sul
DUT o i terminali di misura. Lo schermo di sicurezza deve essere
EDA/SW/T&M
HIGH IMPEDANCE APPLICATIONS
Fig. 4 – Schema dei componenti del sistema di alimentazione che
genera la corrente di modo comune e delle capacità di isolamento che
supportano le corrente AC generate esternamente
