El ruido en los sistemas electrónicos - sistemamid.com

eman ta zabal zazu

universidaddel país vasco

euskal herrikounibersitatea

Departamento de Electrónicay Telecomunicaciones

Ruido -1

El ruido en los sistemas electrónicos

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Ruido -2

Ruido en sistemas electrónicos

El ruido eléctrico puede producirse por:• Ruido intrínseco de los componentes.

• Sistemas eléctricos de fabricación humana.

• Perturbaciones por agentes naturales

Las dos últimas categorías se denominan “Interferencias electromagnéticas” EMI• Susceptibilidad o inmunidad electromagnética (EMS): es la habilidad o capacidadde un equipo o dispositivo de funcionar correctamente en presencia de EMI.

• Compatibilidad electromagnética (EMC): es la habilidad de un equipo odispositivo de funcionar correctamente en ambientes electromagnéticos sin introducirperturbaciones intolerables a otros sistemas de ese ambiente.

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Ruido -3

Ruido en sistemas electrónicos

è Para evitar en lo posible los efectos del ruido existen normas y regulacionesde obligado cumplimiento para homologar los equipos, tanto en EMS comoEMC.

è El ruido afecta tanto a sistemas analógicos como a digitales.• En sistemas digitales existe una cierta inmunidad intrínseca al ruido. Sólo se

verán afectados cuando el nivel de ruido sobrepase su margen de inmunidad.

• En los circuitos analógicos el efecto del ruido está siempre presente y habrá quedeterminar el nivel máximo permitido y las técnicas a utilizar para nosobrepasarlo.

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Ruido -4

Elementos que intervienen en elestudio de EMI.

FUENTEDE

RUIDO

CANALDE

ACOPLO

RECEPTORDE

RUIDO

è En todo fenómeno de ruido hay que tener presente estos tres elementos:• Fuente de ruido

• Canal de acoplo del ruido

• Receptor de ruido

è Partiendo de este esquema, existen tres maneras de eliminar la interferencia:• Eliminarla de la fuente

• Insensibilizar al receptor

• Disminuir la energía transmitida por el canal de acoplo

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Ruido -5

Elementos que intervienen en elestudio de EMI.

è El acoplamiento del ruido se puede producir por uno de estos cuatro caminos:• Por impedancia común. Normalmente referido a la impedancia de conductorescomunes a la fuente y al receptor de ruido.

• Acoplo magnético o inductivo. Debido a inductancias mutuas entre fuente y receptorde ruido.

• Acoplo electrostático o capacitivo. Producido por capacidades parásitas entre fuentey receptor de ruido.

• Acoplo por radiación electromagnética, también conocido como de alta frecuencia.

è En un problema real de ruido la interferencia se puede acoplar por varios deestos caminos.

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Ruido -6

Ejemplos de generación y acoplo deinterferencias

è Los transitorios en una línea de alimentación se producen al conmutar cargasfuertes, sobre todo si tienen componentes inductivas importantes.

è Suponiendo que los dos interruptores estén cerrados, cuando se abre I1, lacorriente sufre un cambio brusco generando una tensión autoinducida:

dtdi

LV −='

Este transitorio puede afectar a los demás circuitos conectados a lamisma alimentación.

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Ruido -7

Ejemplos de generación y acoplo deinterferenciasCIRCUITO DE

CONTROL(microcontrolador)

EXCITADORDE

MOTOR

MOTOR

Impedanciacomún

I

Conducción

Alimentación

Radiación

è El ruido de conmutación producido por el motor se refleja como corrientesparásitas en sus cables de alimentación, radiando además interferencias.

è Al compartir una impedancia, los cambios de consumo en el excitador delmotor producen cambios en la tensión de alimentación del control

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Ruido -8

Descargas electrostáticas.

Diferentes tensiones electrostáticas.

SITUACIÓN 10-20%

humedad

65-90%

humedad

Persona paseando por una alfombra 35.000 V 1.500 V

Persona paseando por un suelo de vinilo 12.000 V 250 V

Bolsa común recogida de la mesa de trabajo 20.000 V 1.200 V

Carpeta de plástico recogida de la mesa 6.000 V 100 V

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Ruido -9

Introducción a los camposelectromagnéticos

è Las características de un campodependen de:

• Generador que lo produce.

• Frecuencia del generador.

• Distancia entre generador y punto deobservación.

è En puntos cercanos a la fuente lascaracterísticas las determina lafuente.

è En puntos lejanos a la fuente lascaracterísticas se determinan por elmedio de propagación.

Z(Ω)

dn

1010.1

Transición Campo lejanoCampo cercano

ONDASPLANAS

PREDOMINACAMPO ELÉCTRICO

PREDOMINACAMPO MAGNÉTICO

Eα1/d3

Hα1/d2

Eα1/d2

Hα1/d3Eα1/d

Hα1/d

Zo=377Ω

d = λ/2π

0.5 2

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Ruido -10


è Impedancia de ondaZ=E/H

è Campo cercano:• Distancias menores de λ/2π.

• La impedancia de onda depende delgenerador y la distancia.

è Campo lejano:• Distancias mayores de λ/2π.

• La impedancia de onda es la delmedio (377ΩΩ para el aire o vacío)

• Se considera que las ondastransmitidas son planas.

Z(Ω)

dn

1010.1

Transición Campo lejanoCampo cercano

ONDASPLANAS

PREDOMINACAMPO ELÉCTRICO

PREDOMINACAMPO MAGNÉTICO

Eα1/d3

Hα1/d2

Eα1/d2

Hα1/d3Eα1/d

Hα1/d

Zo=377Ω

d = λ/2π

0.5 2

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Ruido -11


è Fuente con fuerte corriente y bajatensión:

• E/H<377

• Campo predominante: magnético.

• Fuente básica: bucle de corriente.

è Fuente con alta tensión y bajacorriente:

• E/H>377

• Campo predominante: eléctrico.

• Fuente básica:antena vertical.

E

HE

H

VV

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Ruido -12


è Para estudiar los efectos de un campo se ha de determinar si es lejano o cercano• Campo lejano: el campo eléctrico y magnético se estudian como un todo.

–Las interferencias producidas se consideran debidas a radiaciones electromagnéticas.

• Campo cercano:los campos eléctrico y magnético se estudian por separado.

–Acoplo capacitivo: campo eléctrico.

–Acoplo inductivo: campo magnético.

è Señales de baja frecuencia producen interferencias de campo cercano.• A la distancia a la que se considera campo lejano, la potencia de ruido que llega alreceptor es despreciable.

è Las interferencias de campo lejano se producen por señales de alta frecuencia.• El acoplo electromagnético de interferencias es conocido como acoplo de altafrecuencia.

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Ruido -13

Efectividad de los blindajes.

è Para reducir el acoplo de interferencias en equipos y cables de transmisión, selos blinda con una pantalla de material conductor y unas ciertas característicasque dependen del campo a eliminar.

• Efectividad de un blindaje (S): es la atenuación que produce sobre la intensidad delcampo incidente.

• La efectividad depende de:– La frecuencia de la señal interferente.

– Las características del campo.

– Dirección de incidencia.

1

0

1

0 log20 log20HH

SEE

S HE ==

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Ruido -14


è Al chocar una onda en una superficie metálica, se produce un efecto de reflexión departe de la energía y otro de absorción, reduciéndose así la energía que llega a superar elapantallamiento.

RADIACIÓNINTERFERENTE

RADIACIÓNSECUNDARIA

BLINDAJERADIACIÓN

SECUNDARIA

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Ruido -15


è Las pérdidas originadas por reflexión dependen de:• El tipo de campo.

• Impedancia de la onda.

è Son diferentes para campo lejano y cercano.• En campo cercano son diferentes para el campo eléctrico y el magnético.



BLINDAJERADIACIÓN

SECUNDARIA

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Ruido -16


è Las pérdidas por absorción son iguales para cualquier tipo de campo.

è Dependen únicamente de la frecuencia de la radiación.



BLINDAJERADIACIÓN

SECUNDARIA

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Ruido -17


Además de reflexión y absorción, existe una rerreflexión de parte de la energía hacia lafuente.

Esta rerreflexión puede producir un guiado de la señal interferente por el blindaje, y cuandoencuentra un punto de discontinuidad es radiada nuevamente, comportándose ladiscontinuidad como una fuente de interferencia.



BLINDAJERADIACIÓN

SECUNDARIA

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Ruido -18

Efectividad de los blindajes.Pérdidas de reflexiónMaterial Frecuencia

(KHz)

Pérdidas

absorción Campomagnético

Campoeléctrico

Ondas

planas

Magnético

µγ = 1000

σγ = 0.1

<1

1-10

10-100

>100

A-B

C-D

E

E

A

A-B

B

B-C

E

E

E

D

E

E

D

C-D

Nomagnético

µγ = 1

σγ = 1

<1

1-10

10-100

>100

A

A

B

C-D

B

C

C

D

E

E

E

E

E

E

E

E

EFECTIVIDAD DE LOS BLINDAJES

A

B

C

D

E

Atenuación (dB)

0-10

10-30

30-60

60-90

>90

Característica

Muy inefectivo

Inefectivo

Medio

Efectivo

Muy efectivo

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Ruido -19

Pérdidas por absorciónLa amplitud de una onda electromagnética decrece exponencialmente con la distancia alpenetrar en un blindaje.

Para comparar los distintos materiales se utiliza al término “profundidad de penetración”, es elespesor necesario para una atenuación del 63,3%:

Frecuencia δ para mumetal δ para cobre δ para aluminio δ para hierro

100 Hz

1 KHz

10 KHz

100 KHz

1 MHz

10 MHz

0.028

0.008

-

-

-

-

6.60

2.08

0.66

0.20

0.08

0.02

8.46

2.67

0.84

0.28

0.08

0.03

0.66

0.20

0.08

0.02

0.008

0.002

frrσµδ

0066.0=

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Ruido -20

Pérdidas por absorciónLas pérdidas por absorción siguen la ecuación:

(dB) 67.83.1314δ

σµt

ftA rr =⋅⋅=

Se ve que la atenuación aumenta proporcionalmente (en dB) con el espesor del blindaje.

El factor de corrección “B” debido a las multirreflexiones que disminuyen la eficacia del blindajetoma el valor:

( )δteB 21log20 −−=

El factor de corrección es despreciable para la mayoría de las ocasiones, salvo para camposmagnéticos cuando las pérdidas por absorción son inferiores a 9 dB.

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Ruido -21

Pérdidas por reflexión.El cálculo de las pérdidas por reflexión es más complejo que el estudiado para la absorción.

Dependen de la impedancia característica del campo y del blindaje.

MEDIO 1(Zona exterior)

Z1

MEDIO 2(Blindaje)

Z2

MEDIO 3(Zona blindada)

Z3

Interferencia

Reflejada

Eo

Er

Ep Ei Ee

op

or

EZZ

ZE

EZZ

ZZE

21

2

21

21

2

+=

+−

=

r

rfHE

Zσµ71068.3 −⋅==

Impedancia característica de un medio:

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Ruido -22

Pérdidas por reflexión.

Ecuaciones de pérdidas por reflexión:

•Campos eléctricos

•Campos magnéticos

•Campos electromagnéticos

dBdf

Rr

r

−=

σµ 23

log107.141

dBdf

Rr

r

⋅

−=σ

µ2

log106.74

dBf

Rr

r

−=

σµ

log101.108

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Ruido -23

Pérdidas por reflexión y absorción.è Campos eléctricos.

• Para baja frecuencia el mejor mecanismo de apantallamiento es la reflexión.– Interesa un material con alta conductividad y baja permeabilidad.

• Para alta frecuencia el mejor sistema es la absorción.– Interesa un material con alta permeabilidad y conductividad.

è Campos magnéticos.• El principal mecanismo de apantallamiento es la absorción para todas las frecuencias.

– Interesa un material con alta conductividad y permeabilidad.

è Ondas planas.• Interesa obtener altas pérdidas de reflexión y absorción.

– Se puede emplear blindajes dobles (material de alta reflexión en el exterior y absorbenteen el interior.

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Ruido -24

Efecto de las aperturas en blindajes

è Los cálculos de efectividad en blindajes analizados anteriormente parten deque no existen orificios ni ranuras en el material.

è En algunas ocasiones es necesario permitir la ventilación de circuitosencerrados en el blindaje para evitar un excesivo aumento de la temperatura.

è Esta necesidad reduce la eficacia del blindaje al permitir que pasen las ondas asu interior.

è El descenso de efectividad depende principalmente de la máxima dimensiónlineal de la ranura (no del área), de la impedancia de la onda incidente y de lafrecuencia de la fuente del campo.

è Un gran número de pequeñas ranuras producen un descenso menor deefectividad que una única ranura con la misma superficie.

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Ruido -25


è Una disminución de la efectividad también se produce en las juntas de racks ycajas, si estas no hacen un buen contacto por un mal acoplamiento mecánico ouna oxidación del material.

è Las juntas y orificios en el blindaje producen normalmente una mayordisminución del apantallamiento magnético que del eléctrico.

è De forma general, las técnicas utilizadas para disminuir el efecto de estasaperturas es la misma para los campos eléctricos.

è Las máximas pérdidas de eficacia se producen cuando la dimensión lineal dela ranura es igual a la mitad de la longitud de onda del campo incidente.

è Tamaños mayores a 0.01 de la longitud de onda producen pérdidasimportantes de apantallamiento.

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Ruido -26


è Podemos obtener una efectividad alta silos agujeros los disponemos en formade guiaondas.

è La guiaonda presenta una frecuencia decorte por debajo de la cual se comportacomo atenuador.

D

t

BLINDAJE

(a)

HzD

fc

9106.175 ⋅=

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Ruido -27


è La disposición recomendada parapermitir la ventilación es unaconfiguración de agujeros.

è El incremento de efectividad que seobtiene respecto a una gran ranurarectangular de dimensiones LxL es:

ecuación válida para D<λ/2π.

è Si la distribución es rectangular conlongitudes L1 y L2, la ecuación anteriores válida tomando L como la mediageométrica de L1 y L2.

D

D c

L

BLINDAJE

(b)

)(8.332log20 3

2

dBDt

DLc

S ++=

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Ruido -28

Acoplo de interferencias porimpedancia común

è Este acoplo se produce cuando dos circuitos comparten conductores comunes.

è En muchas ocasiones suelen ser los de alimentación.

è Cada conductor presenta una impedancia modelada por una resistencia y unainductancia serie.

è Las variaciones de la corriente consumida por un circuito, cambian la caída de tensiónen la impedancia, y con ello las condiciones de trabajo del otro circuito.

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Ruido -29


Ω

•Si la ganancia de A1 es 100, elerror es como una tensión enel termopar de 1,7 mV distinta.

•Esta tensión equivale a uncambio de 31ºC (para untermopar hierro-constantan).

•El error está presente sólocuando el interruptor estácerrado.

•Para evitarlo no hay quepermitir que la corriente decarga circule por el conductorde referencia.

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Ruido -30


è Suponiendo que el amplificador A2 es el de la figura la tensión de salida será:

cuando idealmente debería ser:

t

teo RR

VVRV

+−

−=1

2

12 R

VRV e

o −=

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Ruido -31


è Para eliminar el error se puede utilizar un amplificador diferencial.

è En el diferencial la tensión de error Vt aparece como tensión en modo común a laentrada y es rechazada por el CMR del circuito.

è Si la tensión fuera lo suficientemente alta para superar, en las entradas el AO, la dealimentación, sería necesario utilizar un amplificador de aislamiento de forma que estepotencial fuera soportado por la barrera de aislamiento.

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Ruido -32

Impedancia de un conductor.

è La impedancia de un conductor es función de la frecuencia de la corriente quelo atraviesa.

Impedancia de una pista de 50 mΩΩ y 60 nH.

FRECUENCIA IMPEDANCIA (Ω)

1 KHz 0.05

10 KHz 0.05

100 KHz 0.06

1 MHz 0.38

10 MHz 3.77

40 MHz 15.08

100 MHz 37.7

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Ruido -33

Conexiones de masa.

è Las diferentes conexiones de masa se pueden dividir en:

• Masa multipunto o distribuida

• Masa centralizada

è Dentro de la masa centralizada se diferencian dos tipos:

• Conexión en serie también conocida como en margarita o masa común

• Conexión en paralelo o de masa separada o en estrella

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Ruido -34

Conexión en serie.

è Todas las masas individuales de cada circuito están conectadas en serie.

è Existien unas impedancias debidas a los conductores de conexión entre ellos.

è Las tensiones entre los puntos de referencia de cada circuito A, B y C no son nulas.

è Tienen un valor que además dependerá de la corriente que circule por cada circuito, porejemplo VA=R1(I1+I2+I3).

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Ruido -35

Conexión en serie.

è La conexión serie es la menos deseable.

è Es la más utilizada por su simplicidad, ya que basta ir uniendo los puntos dereferencia, utilizando menor longitud de conductores.

è La conexión en serie no debe utilizarse en circuitos que trabajen a altavelocidad.

• Esto implica la circulación de corrientes de alta frecuencia, que producen importantescaídas de tensión en las líneas.

è Tampoco debe utilizarse en aquellos que presenten consumos muy dispares.• Los circuitos con consumos altos causarían interferencias importantes en los circuitosde menor consumo, que además suelen ser los más sensibles al ruido.

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Ruido -36

Conexión en paralelo.

è Los puntos de referencia de cada circuito van por un conductor independiente al puntode referencia de todo el sistema.

è El punto de referencia de todo el sistema debe estar lo más próximo posible al de lasalida de la fuente de alimentación.

è La fuente de alimentación debe presentar una impedancia de salida pequeña hasta lasmayores frecuencias que vayan a circular por las líneas.

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Ruido -37


è La conexión paralelo elimina los problemas de impedancia común entrecircuitos.

è Necesita físicamente mayor longitud de conexionado.

è Las líneas de masa se pueden comportar como antenas radiadoras de EMI.

è En altas frecuencias, pueden también producirse interferencias por acoploinductivo y capacitivo entre los diferentes conductores de referencia de loscircuitos.

è Como regla general, en la conexión paralelo la longitud de las pistas de masadeben ser menores que 1/20 de la longitud de onda mínima de trabajo.

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Ruido -38


è La conexión paralelo es conveniente utilizarla cuando los circuitos trabajancon señales de BF.

• Entonces disminuye la eficacia como radiadores de los conductores.

è Suele ser común combinar la conexión serie y paralelo.• Circuitos con características similares utilizan un conexionado serie interno y estosbloques están unidos al punto de referencia de todo el sistema mediante una conexiónparalelo.

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Ruido -39

Conexión distribuida.

è La masa no está formada por un hilo conductor, sino por un plano conductor quepresenta una resistencia mucho menor.

è Los diferentes componentes del circuito van conectados a este por sus mismosterminales.

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Ruido -40

Conexión distribuida.

è La conexión multipunto se utiliza en sistemas de alta frecuencia.• Es cuando las impedancias de los conductores alcanzan valores más altos.

è Las conexiones entre cada componente y el plano de masa deben ser lo máscortas posibles para minimizar los valores de la resistencia e inductanciaequivalente.

è En la práctica tendríamos un circuito impreso donde una de las capas sería elplano de masa.

• Podría existir un segundo plano para la alimentación (Vcc).

è La conexión multipunto permite disminuir el área de los lazos de corriente, ycon ello la posibilidad de emisión y recepción de interferencias.

è La conexión multipunto no es aconsejable en sistemas de baja frecuencia.

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Ruido -41

Conexión de masa

è De forma general, por debajo de 1 MHz es preferible utilizar masa

centralizada y por encima de 10 MHz la multipunto.

è Entre 1 y 10 MHz suele ser normal usar masa centralizada, procurando

que las conexiones de masa tengan una longitud menor que 1/20 de la

longitud de onda mínima de funcionamiento.

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Ruido -42

Acoplo capacitivo.

èEl acoplo capacitivo se produce por una fuente de campo

eléctrico observada en campo cercano.

èSe puede modelar como una capacidad parásita entre la

fuente y el receptor de ruido.

èSe conoce también como acoplo electrostático y su

magnitud depende de la velocidad de cambio de la tensión

perturbadora y de las impedancias de los circuitos.

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Ruido -43

Apantallamiento de cables.

è En el esquema de la figura se ve que lasalida de ambos circuitos tienen unterminal común.

è Se va a estudiar la interferencia poracoplo capacitivo que produce latensión transmitida por el circuito Isobre la transmitida por el II.

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Ruido -44


De aquí podemos particularizar para dossituaciones:

( ) 1212

12

1V

CCRjRCj

VT

R ++=

ωω

( ) 112212

1

VRCjVCC

R RT

ωω

=⇒+

<<

( ) 1212

12

212

1

VCC

CV

CCR

TR

T +=⇒

+>>

ω

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Ruido -45


è La tensión de ruido aumenta al hacerlo tanto la frecuencia como la resistencia R.

è Esta es la situación normal si suponemos que la interferencia se produce por la tensiónde red de 50 Hz.

è Interesa que la resistencia de salida del circuito II sea pequeña, es decir, que latransmisión se realice en baja impedancia.

( ) 112212

1

VRCjVCC

R RT

ωω

=⇒+

<<

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Ruido -46


è La tensión de ruido no depende de la frecuencia ni del valor de R.

è Se puede demostrar que su valor es mayor que en la primera situación.

è Este será el caso a aplicar cuando las interferencias sean producidas por señales de altafrecuencia.

( ) 1212

12

212

1

VCC

CV

CCR

TR

T +=⇒

+>>

ω

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Ruido -47


è El ruido acoplado a la línea depende de la resistencia equivalente vista en elpar de transmisión "R".

• Por ejemplo en el circuito hay dos pares de transmisión:– conexión del sensor al puente

– conexión del puente al AI

( )2

//1R

RxRReq ≈+=

RZeRR AIeq ≈= //

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Ruido -48


Zeq=ZS//ZCM//Zed

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Ruido -49


è La tensión que caiga en la Zeq será la tensión deruido.

è Si se consigue que el puente esté equilibrado latensión de ruido será nula.

è Esta situación será improbable, pero en la prácticanos podemos acercar si suponemos que el tendidoeléctrico de la red conduce con sus dos cablesmuy próximos, y además trenzamos el cable desalida del micrófono para que todas lascapacidades Cij sean semejantes.

è Estás consideraciones también disminuyen elruido captado por acoplo inductivo.

è Si Zeq disminuye disminuye la sensibilidad delpuente, por lo que interesa que la ZS delmicrófono sea pequeña.

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Ruido -50


è El ruido acoplado se reduce si la capacidad entre el conductor interferente e interferido(C12) disminuye.

• Se pueden alejar los conductores (solución no siempre posible).

• Se puede apantallar el conductor interferido.

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Ruido -51


eman ta zabal zazu




Ruido -52


è El ruido será la caída de tensión en R, de valor:

è Particularizando para los dos casos:

( ) eqTBR RCj

RCjV

CCCjRCj

VVω

ωω

ω+

=+++

=11

12

2212

121

112 1

VRCjVC

R Req

ωω

=⇒<<BTB

Req C

CV

CCCC

VVC

R2

121

1222

121

1≈

++=⇒>>

ω

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Ruido -53

Guarda activa.

è Al blindar un cable, se introduce una capacidad entre el conductor y masa.

è El circuito equivalente es un filtro paso bajo que disminuye el ancho de banda de latransmisión.

è También se produce una desigual atenuación del modo común en la entrada de losamplificadores de instrumentación.

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Ruido -54

Guarda activa.

è Para evitar el problema se recurre a la “guarda activa”.

è La impedancia vista después de RS idealmente debiera ser infinita.

Si la ganancia del operacional fuera ideal el efecto de la capacidad parásita quedaríaanulado.

( )

1

11111

+

=+

=+

=+

==

ACa

jCajA

IVA

IVVo

IV

Zeωω

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Ruido -55

Puesta a masa de blindajes.

è Lo visto para cables se puede hacer extensible a los circuitos, encerrándolos en una cajametálica conectada al terminal de referencia interno del circuito.

è Si no se conecta al terminal de referencia del circuito, aparecen unas capacidadesparásitas entre cada conductor del amplificador y la caja.

è Estas capacidades provocan la existencia de realimentación que puede provocarproblemas.

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Ruido -56


è Para evitar esta realimentación se debería cortocircuitar la capacidad C2B.

è Esto se consigue llevando el terminal de referencia del circuito a la caja.

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Ruido -57


è La conexión entre el circuito interno yel blindaje debe hacerse en un únicopunto.

è Si la conexión se hace en más de unpunto puede aparecer interferencias porimpedancia común

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Ruido -58


è Al conectar la referencia al blindaje, seaisla del acoplo capacitivo.

è Al estar la fuente a masa, lainterferencia se cierra a través delconductor a masa, por lo que existeinterferencia por impedancia común.

è Si el apantallamiento llega hasta lafuente y en ese punto se conecta lareferencia interna.

è De esta forma se evita el acoplocapacitivo y la interferencia porimpedancia común.

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Ruido -59

Puesta a masa de cables.

è Si se usa la conexión “A”• Las corrientes acopladas al blindaje irían a masa por uno de los conductores de la señal (el

terminal 2).

è Si se usa la “B”

è Con la “C” se derivan a tierra las corrientes de ruido sin interferir en el circuito.

121

1112 CC

CVV

B

Bm +

=

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Ruido -60

Puesta a masa de cables.

è Si se hace la conexión “C”, las corrientes de ruido acopladas al blindaje irán a masa porun conductor de señal.

è Si se usa la conexión “B”, en los terminales de entrada del amplificador habrá unatensión de ruido de valor:

è La conexión más apropiada es la “A”.121

1112 CC

CVV

B

Bm +

=

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Ruido -61

Acoplo inductivo.

è Este acoplo se debe a que todo conductor por el que circula una corriente creaun campo magnético que, a su vez, interfiere en otros conductores que esténinmersos en él.

è Se puede modelar como una inductancia mutua entre en conductor interferentey el interferido.

è La tensión de ruido inducida en una espira conductora dentro de un campomagnético es:

è Si el campo varía senoidalmente:dtdB

NAVR −=

θω cosBAjVR =

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Ruido -62

Acoplo inductivo.

è La interferencia es proporcional a la frecuencia de la señal interferente y alárea del bucle del circuito receptor.

è El ángulo formado por el vector del campo y el área influyen notablemente enel ruido inducido, con lo que se puede disminuir reorientando los conductores.

è La interferencia acoplada no depende de las impedancias presentadas por elcircuito interferente y el interferido, al contrario de lo que sucedía con elacoplo capacitivo.

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Ruido -63

Acoplo inductivo.

è Para disminuir la interferencia el único parámetro sobre el que se puede actuares el área del bucle.

è Para conseguir el menor acoplo inductivo entre cables:• Los cables que lleven señales críticas (de bajo nivel), deben presentar la menor áreade lazo posible para disminuir las interferencias acopladas en el bucle.

• Los cables por los que circulen corrientes elevadas o de alta frecuencia, que puedanser susceptibles de generar ruido, deben presentar la menor área de bucle posible paradisminuir también la generación de interferencias.

è Para conseguir una reducción del área del bucle:• Trenzando cada cable de señal con su correspondiente retorno.

• Usar cable coaxial en las conexiones. Si la corriente por el conductor interno es iguala la del conductor externo (de retorno), el área del bucle es nula y por eso latransmisión ni crea campo magnético, ni es afectada por campos magnéticos externos.

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Ruido -64

Acoplo inductivo.

è Si la fuente de señal está conectada a la carga mediante un simple conductor,siendo el camino de retorno de la corriente la masa del circuito.

è Esta conexión de masa no se sabe cómo está situada respecto al conductor de señal, porlo que el área del bucle queda indeterminada y posiblemente grande, representando unatransmisión muy susceptible de ser interferida y de interferir.

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Ruido -65

Acoplo inductivo.

è Si ni la carga ni la fuente están conectadas a masa.

è Por la malla del coaxial circulará la misma corriente que por el conductor interno (vivo),presentando un área de bucle prácticamente nula, por lo que la transmisión presenta unabaja susceptibilidad a la generación y recepción de ruido.

è La misma situación existiría si estuviera la fuente o la carga conectadas a masa.

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Ruido -66

Acoplo inductivo.

è Si tanto la fuente como la carga están conectadas a masa, el efecto es muy diferente si seanaliza para señales de alta o baja frecuencia.

è Entonces se tendrán hasta tres bucles de corriente posibles:• Vivo y malla del coaxial. Bucle conocido y de pequeña área (inductancia pequeña).

• Vivo y línea de masa. Bucle desconocido a priori y de área posiblemente grande (inductanciaelevada).

• Línea de masa y malla del coaxial (inductancia similar a la del bucle 2).

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Ruido -67

Acoplo inductivo.

è Para baja frecuencia, la aportación de la inductancia a la impedancia del bucle espequeña.

è La corriente del generador se repartirá por los lazos 1 y 2 según su resistencia, pasandouna parte importante por la línea de masa.

è Es muy susceptible de captar y producir interferencias.

è Las interferencias captadas por el bucle 3 también se acoplarán en la transmisión por laimpedancia común de la malla compartida con esta.

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Ruido -68

Acoplo inductivo.

è En alta frecuencia, la inductancia de lazo determina prácticamente su impedancia, por loque la corriente del generador se cerrará fundamentalmente por el lazo 1 (de pequeñaárea).

è Las interferencias captadas por el bucle 3, si son de alta frecuencia, van a circular,debido al efecto pelicular, por la parte externa de la malla, cerrándose por la interna lascorrientes del generador.

è Así, no existe, en el caso extremo, impedancia común entre ambas corrientes, resultandoun acoplo nulo de interferencias por dicho fenómeno.

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Ruido -69

Acoplo inductivo.

è Si se conecta la malla del coaxial en un único extremo.

è No se consigue ningún beneficio en cuanto a disminuir las interferencias inductivas,pues se tendría el mismo bucle de corriente que en el primer caso.

è Sólo se consiguen mejoras frente a las capacitivas.

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Ruido -70

Acoplo inductivo.

è Algunas veces se pueden formar bucles de corriente indeseados al cerrarse por líneas demasa de gran área.

è Si es necesario, se puede romper el bucle mediante un elemento de acoplamiento, comopor ejemplo un optoacoplador.

è El lazo de masa se interrumpe por un elemento de acoplo óptico de señal, quedando elbucle de corriente determinado sólo por el par de transmisión, que bien puede sertrenzado o coaxial.

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