O que são anéis de guarda?

Já ouvi falar Guard Ringsmuitas vezes e sei que elas devem evitar correntes em lugares onde não deveria haver correntes, mas nunca encontrei um bom texto para ler mais sobre isso.

Alguém pode descrevê-los adequadamente ou recomendar algum material para leitura adicional?

Da minha resposta a uma pergunta anterior :

Um anel de proteção é tradicionalmente usado para proteger os nós de alta impedância em um circuito das correntes de fuga da superfície. O anel de proteção é um anel de cobre acionado por uma fonte de baixa impedância na mesma voltagem que o nó de alta impedância. Normalmente, esse seria o pino de entrada de um amplificador operacional.

Aqui está um exemplo de um layout de anel de guarda clássico para um amplificador operacional de latas de metal do AN-241 da National Semi :

A maneira como isso funciona é, digamos, que haja um nó de baixa impedância por perto, como V-na figura. A corrente não pode fluir V-para os pinos de entrada suscetíveis, porque alcançará o anel de proteção primeiro e será consumida pela fonte que está acionando o anel de proteção. Ao mesmo tempo, o anel de proteção não direciona nenhuma corrente de fuga própria para o nó suscetível, porque é mantido em um potencial muito semelhante.

Os anéis de proteção são análogos ao condutor de proteção para cabos triax. Ao usar o cabo triax, a trança externa é conectada ao terra e atua como uma blindagem eletrostática convencional. A trança interna é a proteção e será acionada pelo equipamento de medição para aproximadamente o potencial do sinal de entrada no condutor interno. Isso minimiza as correntes de fuga que envolvem o sinal de entrada, uma vez que o material circundante está muito próximo do mesmo potencial. Também minimiza os efeitos do ruído de acoplamento através da capacitância do cabo, incluindo alguns microfones, mantendo ambos os lados da capacitância que se liga ao sinal de entrada no mesmo potencial.

Uma excelente referência para pequenos efeitos de sinal é o " Low Level Measurements Handbook ", publicado pela Keithley Instruments . Está disponível no site deles ou você pode conversar com um representante amigável em uma cópia impressa para obter referências frequentes.

Em vez de desviar o ruído do modo comum para o terra, onde a capacitância do acoplamento pode atrair corrente nos sinais CA, os Guard Rings usam o sinal de saída para desviar os campos E nas proximidades, eliminando o fluxo de corrente sem diferença de tensão na entrada, reduzindo assim a capacitância efetiva do ruído disperso e também reduz os efeitos de carga da queda de tensão de uma carga capacitiva.

Portanto, pense na proteção como um método para proteger e reduzir os efeitos da capacitância de carga que induzem a tensão do ruído a partir do aterramento. O acoplamento do ruído à terra ao sinal é reduzido significativamente com a proteção.

A proteção também é usada nas câmaras de íons para medição de radiação para evitar vazamento de corrente na superfície do conector. Há uma conexão de sinal mais interna, guarda intermediária e conexão mais externa. A conexão interna é para um fio dentro da câmara e a externa é para o corpo da câmara. Quando algumas centenas de volts de polarização são aplicadas entre esses 2 condutores, o vazamento de superfície e cabo pode facilmente trocar os sinais de nanoamp de interesse. A solução é direcionar o condutor de proteção para o mesmo potencial que o condutor interno. A corrente de fuga flui apenas da parte externa para a proteção e o sinal na parte interna é protegido. É muito fácil obter menos de um picoamp de vazamento com polarização de cem volts (no entanto, é bastante complicado medir esse vazamento com precisão).

O manual do Keithley é uma ótima referência sobre o assunto e muitas outras coisas que podem causar erros ao medir pequenos sinais.