Interferencias en las medidas

TEMA 7 “INTERFERENCIAS EN LAS MEDIDAS”
1.- INTERFERENCIAS, SUSCEPTIBILIDAD,COMPATIBILIDAD:
Se llama asÃ− a aquellas perturbaciones que afectan a la medida en virtud del principio de medida empleado.
1.1.- INTERFERENCIAS (EMI):
Perturbaciones que afectan a la medida en virtud del principio de medida empleado, su origen es la red
eléctrica.
El acoplamiento con los instrumentos se puede producir:
• Campo eléctrico: Acoplamiento Capacitivo.
• Campo Magnético: Acoplamiento Inductivo.
• Campo Conductor: Acoplamiento Resistivo.
1.2.- SUSCEPTIBILIDAD (EMS):
Capacidad de un instrumento de estar inmune a perturbaciones externas, se logra mediante varias técnicas.
Apantallamiento, filtrado y puesta a tierra.
1.3.- COMPATIBILIDAD (CMS):
Capacidad entre instrumentos de funcionar simultáneamente en el mismo medio electromagnético sin
introducir perturbaciones en él.
2.- INTERFERENCIAS RESISTIVAS:
Las superficies metálicas conductoras de equipos o de edificios pueden alcanzar potenciales eléctricos
altos respecto a tierra, por tanto pudiéndose producir un accidente mortal.
Soluciones:
• Alimentación a baterÃ−as (instrumentos electrónicos).
• Evitar la accesibilidad de las superficies metálicas en los instrumentos (carcasas aislantes).
• Conexión a tierra de la carcasa metálica mediante un conductor de protección presente en la
instalación eléctrica. Puesto que la tierra forma parte del circuito eléctrico de distribución de
energÃ−a, la protección obtenida en caso de un cortocircuito entre un conductor activo y un chasis
metálico será:
Distintas tomas de tierra no están al mismo potencial (Debido a corrientes de fugas).
• Transformadores de aislamiento, este debe tener un acoplamiento capacitivo entre primario y secundario
muy pequeño. No será necesario conectar el chasis a tierra. Esta solución es más cara según mayor
sea la potencia de los equipos a alimentar. Solo se aplica en instalaciones pequeñas o con especial riesgo.
3.- INTERFERENCIAS INDUCTIVAS:
El campo magnético (H) creado por dos conductores cilÃ−ndricos paralelos por los que circulan corrientes
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de sentido opuesto I, de baja frecuencia, separadas una distancia s, si se mide en un punto a una distancia d:
La densidad de flujo magnético será:
Entonces la tensión inducida en un bucle conductor, en serie. Aumenta con el área y la frecuencia. No
depende de la impedancia:
Hay que evitar que los cables de señal formen un bucle con área grande, y para ello lo mejor es usar cables
trenzados cuando se manejen señales pequeñas. De esta manera evitaremos situaciones como la de la
figura.
Cuando una fuente de interferencia esta bien localizada se puede apantallar con material de alta permeabilidad
magnética, reduciendo asÃ− Bm. Este no es el caso de la red eléctrica.
4.- INTERFERENCIAS CAPACITIVAS:
Entre dos conductores cualesquiera existe una capacidad eléctrica del material dispuesto entre ambos:
esta será la capacidad entre conductores. La capacidad entre conductor y tierra será la siguiente:
r: radio
h: altura sobre el plano de tierra.
Debido a esto se deduce que en un sistema con varios conductores y un plano de tierra, basta con que uno de
los conductores este a un potencial respecto a tierra para que los demás alcancen ese mismo potencial.
Los efectos derivados se pueden estudiar mediante modelos como el de la figura:
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Por el circuito de medida circulan corrientes de 50 Hz a tierra, provocando caÃ−das de tensión en las
impedancias presentes en éste que estarán en serie con la señal a medir.
Si la impedancia entre circuito de medida y tierra no es nula, las corrientes provocarán en estas caÃ−da de
tensión que influirán en las medidas.
La interferencia será mayor cuanto más alta sea la impedancia del circuito de medida.
La interferencia capacitiva aumenta con la frecuencia, debido a que las corrientes acopladas al circuito de
medida dependen de la reactancia de las capacidades parásitas, y ésta se reduce al aumentar la frecuencia.
El trenzado de los cables o la conexión a tierra de uno de los terminales de la señal o del instrumento de
medida no elimina la interferencia. De hecho si en el circuito existiera otro punto puesto a tierra las
interferencias podrÃ−an aumentar.
Para reducir las interferencias capacitivas hay que reducir el valor de las capacidades parásitas entre las
fuentes de perturbación y el circuito de medida. Aumentando la separación se reducen aunque no de forma
proporcional a la distancia.
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Otra solución es la disposición de un apantallamiento alrededor del circuito de medida, conectado aun
potencial similar al de los conductores encerrado, es el más eficaz. También será necesario derivar fuera
del circuito de señal las corrientes parásitas residuales, lo que se logra eligiendo adecuadamente el punto
del apantallamiento.
Fig: Interferencia capacitiva en un circuito puesto a tierra.
5.- INTERFERENCIAS MODO SERIE Y MODO COMUN:
5.1.- INTERFERENCIAS MODO SERIE, NORMAL O DIFERENCIAL:
Cuando en un circuito de medida las interferencias se superponen directamente a la señal de interés, se las
denomina interferencias en modo normal, modo serie o diferencial.
La reducción de este tipo de interferencias sólo puede hacerse si son de frecuencia distinta a la señal a
medir. Se realiza un filtrado selectivo mediante filtros de anda eliminada o paso bajo, o mediante una
integración de la entrada durante un tiempo múltiplo del periodo de la interferencia.
La eficacia en la reducción de las interferencias en modo serie o normal de evalúa mediante la Relación
del Modo Serie. Se define a una frecuencia dada, como la relación entre la señal de interferencia presente a
la entrada y al señal de entrada equivalente a la lectura obtenida en el instrumento. SE suele dar en Db.
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Señal de interferencias a la entrada
SMRR=
Señal de entrada equivalente a la lectura obtenida en el inst.
5.2.- INTERFERENCIAS MODO COMUN:
Son aquellas que imponen una diferencia de potencial, no entre los terminales del circuito de señal, si no
entre éstos y un tercer terminal común (normalmente tierra). Estas afectan a los instrumentos porque parte
de la señal en modo común se convierte en una señal en modo diferencial.
Señal en modo común
CMRR=
Señal modo serie resultante a la entrada del instr. de medida.
CMRRE= CMRR+SMRR; Rechazo total de las señales de modo común.
La efectividad en el rechazo de estas interferencias se evalúa mediante el factor o relación de rechazo del
modo común.
6.- INSTRUMENTO CON ENTRADA UNIPOLAR PUESTA A TIERRA:
Se dice que un instrumento es de entrada unipolar puesta atierra, cuando el punto de referencia de su
circuiteria interna y uno de sus terminales de entrada están conectados a tierra, a parte de estarlo su carcasa
si es metálica.
Se considera que:
• El punto de toma de tierra de la señal es fÃ−sicamente distinto del de toma de tierra del instrumento, pero
se sobreentiende que están unidos por el conductor de tierra (de protección).
• La carcasa del instrumento puede que esté puesta a tierra o no, pero, para que sea un instrumento con
entrada unipolar puesta atierra, debe estarlo necesariamente uno de los terminales de entrada, de hecho,
también un punto del secundario del transformador.
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Podemos hablar de interferencias de red de origen interno y de origen externo, el efecto de estas interferencias
en las medidas pueden resumirse mediante el circuito equivalente de la fig.
7.- INSTRUMENTOS CON ENTRADA UNIPOLAR FLOTANTE:
Un instrumento en cuyo circuito de entrada no hay ningún punto conectado a tierra, sino que solo lo está su
carcasa (si es metálica). El transformador de alimentación no puede ser autotransformador pues el
transformador además de modificar los niveles de tensión aÃ−sla de tierra.
Este circuito se utiliza para estudiar las interferencias externas o internas. Las interferencias de red de origen
interno de deben a desequilibrios en el acoplamiento capacitivo parásito del secundario del transformador
respecto a tierra, y equivalen a un generador de caracterÃ−sticas:
Resulta que el CMRR se reduce al aumentar la frecuencia, debido a la componente capacitiva del aislamiento.
8.- INSTRUMENTOS CON ENTRADA DIFERENCIAL:
En estos la impedancia a tierra desde cada terminal de entrada es muy elevada y está equilibrada. Las fugas a
tierra de origen interno apenas circulan por el circuito de señal. La mejora respecto a un instrumento con
entrada unipolar flotante viene dada por el hecho de que la señal de interferencia en serie con la de interés
no viene determinada por el valor de la impedancia entre B' y B, sino por el desequilibrio entre las ramas del
circuito de entrada, que en principio es menor.
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Fig: Medida con un instrumento diferencial.
En este caso los factores que determinan la susceptibilidad son la impedancia en modo común y el
desequilibrio de las ramas de entrada.
9.- INSTRUMENTOS CON GUARDA:
Se denomina guarda a una caja metálica que, en algunos instrumentos, rodea a los circuitos de medida y que
está rodeada a su vez por la carcasa del instrumento.
El terminal de guarda está conectado a ésta, y es una conexión adicional disponible a la entrada del
instrumento.
El terminal de guarda también debe estar a un potencial próximo al del terminal de entrada B, y nunca
debe de estar al aire.
Hay que señalar que al no tener conexión interna alguna, la guarda se puede conectar al blindaje
electrostático de los cables de entrada, si lo hay, y éste conectarlo a la vez. En el lado de la señal, al
potencial de referencia de ésta (sea tierra o no).
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10.- COMPATIBILIDAD ENTRE SEÃ ALES E INSTRUMENTOS:
Entrada instrumento
Unipolar a tierra Unipolar flotante Diferencial
Unipolar a tierra I-bm
C-inf.int
C
C
Unipolar flotante CC
C
CC
C
Unipolar con
I-mc
C-cmrr
C-cmrr
C-cmrr
m.c.
Diferencial sin
I
C
C
C
m.c.
Diferencial
CC
C
CC
C
flotante
Diferencial con
I-mc
I
C-cmrr
C-cmrr
m.c.
I: incompatibilidades; bm: bucles de masa; mc: tensiones en modo común.
Señal
Con guarda
C: compatibles (dependiendo del cmrr; inf.int: interferencias internas)
CC: condicionalmente compatibles.
Esta tabla representa una valoración de la compatibilidad de todas las combinaciones entre los diversos tipos
de señal, y las cuatro configuraciones anteriores.
11.- APANTALLAMIENTO DE CABLES DE MEDIDA:
Para evitar las interferencias inductivas, se usan un par de hilos trenzados. Si las interferencias son
capacitivas, este medio no es suficiente.
Si los niveles a medir no son muy bajos se usan dos hilos mejor si están trenzados estrechamente, rodeados
con un blindaje conductor, o un cable triaxial.
Fig: Apantallamiento de una señal no puesta a tierra.
Las interferencias de red y de baja frecuencia, si la señal no está puesta a tierra, debemos conectar el
blindaje al terminal de referencia del amplificador. Si se conectara al terminal de referencia de la señal, las
corrientes parásitas acopladas al blindaje circularÃ−an hacia la entrada del terminal bajo del instrumento, a
través del circuito de señal. Si se conectara a tierra en un instrumento flotante, la señal parásita entre
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su terminal de referencia y tierra quedarÃ−a en parte acoplada a la entrada se obtendrÃ−a una interferencia:
Si la señal está puesta a tierra, el blindaje debe conectarse al terminal bajo de la señal.
Si la señal y el instrumento están puestos a tierra, lo ideal es conectar el blindaje en el lado de la señal, si
hay guarda, conexión por ambos lados.
Fig: Apantallamiento de una señal puesta a tierra
ANEXO:
1.- INTRODUCCIÃ N A LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÃ TICA:
1.1.- DEFINICIONES:
Se puede definir como cualquier señal electromagnética que perturba el funcionamiento habitual de un
sistema eléctrico o electrónico de forma no intencionada.
Pueden incapacitar a un equipo en la realización de sus funciones esto supone un grave problema técnico
y comercial.
Las interferencias electromagnéticas provocan en los sistemas analógicos y digitales desórdenes de
varios tipos.
El estudio de estos fenómenos de generación, propagación de interferencias electromagnéticas que
pueden perturbar un equipo se engloba bajo el nombre de compatibilidad electromagnética (EMC).
EMI: Electromagnetic interferences.
EMC: Compatibilidad electromagnética que es la capacidad que tiene un equipo para funcionar
satisfactoriamente en su ambiente electromagnético, sin introducir perturbaciones en ese ambiente o a otros
equipos, además soportando las producidas por otros equipos.
EMS: La susceptibilidad y su opuesto inmunidad, se emplean para indicar la mayor o menor propensión de
un dispositivo a ser afectado por las interferencias.
1.2.- FUENTES, ACOPLAMIENTOS Y RECEPTORES DE EMI
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Las partes de un problema EMI son:
• Origen, fuente o generador.
• Medios de propagación o caminos de acoplamiento.
• Receptores o vÃ−ctimas de las EMI.
Los medios de propagación pueden ser:
• Conducción y impedancia común, medidos en unidades de tensión y corriente.
• Radiación electromagnética, acoplamiento inductivo o capacitivo, medidos en unidades de campo.
Para la eliminación de las EMI se pueden seguir tres caminos:
• Eliminarlos en la fuente.
• Insensibilizar el receptor o disminuir la energÃ−a transmitida a través del canal de acoplamiento.
• Actuar en dos o tres partes.
1.3.- METODOS GENERALES DE SOLUCIÃ N DEL PROBLEMA EMC:
A medida que se desarrolla un equipo, la posibilidad de aplicar ciertas técnicas para la eliminación de
interferencias se reduce además de encarecerse el proceso.
En circuitos analógicos, una débil perturbación aplicada al circuito causa interferencia.
Esto ocurre en circuitos que operan con señales de muy bajo nivel y que tienen amplificadores de alta
ganancia. En cambio los digitales tienen un margen mayor de EMI, pero al pasar este no se puede asegurar su
funcionamiento.
Los problemas debidos a EMI suelen aparecer cuando el instrumento es conectado ala instalación, ya que en
el laboratorio las condiciones ambientales no son las reales de donde se va a trabajar.
Las EMI continuas son más fáciles de detectar que las aleatorias o intermitentes. Para analizar las EMI se
debe aislar las fuentes, acoplamientos y los receptores. Si se tienen varios caminos de acoplamiento se debe
buscar la protección adecuada para cada uno. Una forma de encontrar la causa de fallo es proteger el sistema
de forma que todos los mecanismos de fallo que puedan actuar queden desactivados mediante protecciones
adecuadas.
2.- MEDIDAS DE COMPATIBILIDAD Y SUSCEPTIBILIDAD ELECTROMAGNÃ TICA:
2.1.- INTRODUCCION:
La solución de problemas técnicos necesitan poder cuantificar las variables que intervienen en él
mediante procedimientos y ensayos reproducibles.
Las perturbaciones electromagnéticas suelen tener un cierto carácter aleatorio y la medida de las mismas
depende de la fuente y del medio de propagación. Debido a esto los resultados de un ensayo dependen de las
cualidades del instrumento medidor y del entorno de medida.
2.2.- METODOS DE ENSAYO:
2.2.1.- Ensayo de Emisión:
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ENSAYO
a) Ensayo de interferencias
conducidas
b) Ensayo de interferencias
acopladas y radiadas
OBJETO
METODO
Nivel de perturbación simétrica
Tensiones EMI en cables LISN y
y asimétrica conducidas por
medidor estándar.
cables de alimentación y señal.
Para frecuencias entre 10Mhz y 30
Mhz se exige la medida del campo
magnético y para frecuencias
Nivel de perturbación emitida por entre 30Mhz y 1Ghz se exige la
chasis y cables de alimentación y medida del campo
señales.
electromagnético. La señal
EMI se capta con antenas. Las
pruebas se deben realizar en un
ambiente libre de interferencias
2.2.2.- Ensayo de Susceptibilidad:
Dependen más de los equipos o dispositivos a ensayar. El método empleado consiste en la generación de
perturbaciones estándar mediante simuladores y la posterior medición de la relación señal/ruido del
dispositivo a ensayar.
1.-Susceptibilidad a interferencias conducidas:
ENSAYO
OBJETO
Nivel de aislamiento y admisión
a) Susceptibilidad a sobretensiones de sobretensiones transitorias con
equipo apoyado.
METODO
- Ensayo de impulso.
OBJETO
Inmunidad ante interferencias
próximas acopladas a través de
alimentación y señal.
3.- Susceptibilidad a radiación (campos lejanos):
METODO
Perturbaciones estándar (modo
común y diferencial con equipo
en funcionamiento)
- Ensayo de rigidez.
Picos de tensión superpuestos a la
b) Susceptibilidad a interferencias Inmunidad ante interferencias de la
de red y fallos de alimentación
de red.
red de alimentación.
(simulación)
2.- Susceptibilidad a acoplamientos (campos próximos):
OBJETO
Inmunidad ante interferencias de
campos e.m. (equipos de radio y
comunicación)
METODO
Creación de campo uniforme en la
zona de ensayo. Generación de
perturbación estándar más
celda TEM.
4.- Susceptibilidad a descargas electrostáticas:
OBJETO
Posibles efectos destructivos e
inmunidad a descargas
electrostáticas.
2.3.- MEDIDA DE INTERFERENCIAS:
METODO
Aplicar descargas al chasis,
pantallas y envolventes con equipo
en funcionamiento.
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Se puede hacer atendiendo a dos formas distintas.
1.- Medida temporal:
Amplitud en función del tiempo. Osciloscopios y registradores. Amplificación máxima, duración,
frecuencia de repetición, dv/dt, dl/dt.
2.- Medida frecuencial o espectro:
Componentes senoides de distinta frecuencia que forma la perturbación, voltÃ−metros de banda estrecha.
Analizadores de espectros.
Banda de frecuencias abarcada, continuidad o no del espectro y densidad espectral.
2.4.- MEDIDOR ESTANDAR PARA EMI:
VoltÃ−metro de banda estrecha una detección de tipo superheterodino más filtros y adaptadores, se obtiene
de banda pasante y tipo de respuesta deseados.
2.5.- RESPUESTA DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA:
• Respuesta de Pico (P): Se mide el valor de pico de la perturbación en una determinada banda de
frecuencias, no distingue las perturbaciones de banda ancha de las de banda estrecha y no da
información sobre la frecuencia de repetición, ni del área, ni de la energÃ−a de la perturbación.
• Respuesta de casipico (QP): Estas medidas se realizan mediante un adaptador R-C. Este tipo de
medidas se denominan ponderadas y se tiene su origen en las medidas de RFI en aparatos de audio y
vÃ−deo.
• Respuesta de valor medio (AV): Se utiliza un adaptador que da como salida la media de los valores a
instantáneos absolutos de la perturbación en la banda pasante del captador.
• Medida de valor eficaz (RMS): Método que utiliza un adaptador que da como salida la medida
cuadrática de los valores instantáneos (valor RMS) de la perturbación dentro de la banda pasante
del captador.
2.6.- UNIDADES DE MEDIDA:
• Interferencias conducidas: Estas se miden en términos de caÃ−da de tensión sobre impedancia
estándar (LISN). La unidad de medida será pues el voltio.
• Interferencias acopladas: Provocadas por el acoplamiento de campos próximos de miden en
términos de intensidad de campo eléctrico e intensidad de campo magnético captados
mediante antenas o en términos de potencia captada por una sonda de absorción. La señal
captada se aplica al medidor estándar o a un analizador de espectros. Las unidades empleadas serán
el amperio/metro, voltio/metro y el vatio.
• Interferencias radiadas: Provocadas por el acoplamiento de campos lejanos de miden de la misma
forma que las interferencias acopladas, sin embargo hay que tener en cuenta que para campos lejanos
existe una proporcionalidad entre campo eléctrico y campo magnético, por lo que bastará medir
uno de ellos. Se miden en términos de campo eléctrico (voltios/metro).
3.- PROTECCIÃ N DE EQUIPOS ELECTRONICOS FRENTE A DESCARGAS ATMOSFERICAS:
Un aspecto que a menudo no está suficientemente cuidado es el de su protección frente a descargas
atmosféricas, que es absolutamente vital para garantizar su operatividad a largo plazo.
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3.2.- ESQUEMA GENERAL DE PROTECCIONES:
Al diseñar un esquema de protecciones es importante establecer un objetivo, coste/eficacia.
En el caso de descargas lejanas, la amenaza viene de las ondas de sobretensión con magnitud de algunas
decenas de Kv, pero con corrientes pequeñas.
En el caso de descargas directas o cercanas, el sistema de protección deberá proporcionar medios para
derivar las elevadas corrientes que se producen y sin que originen efectos perniciosos, en el caso de descargas
lejanas, por el contrario, deberá proporcionar medios para reducir las sobretensiones a valores soportables
por los aparatos.
Protección externa contra rayos:
• Instalación captadora: Consiste en piezas metálicas situadas por encima de la construcción o cerca
de esta, puede estar compuesta por puntas, lÃ−neas o mallas pararrayos. medidas adicionales en el
interior de la instalación.
• Circuito de derivación: Formado por un sistema de unión del captador con tierra.
• Toma de tierra: Esta es la que conduce a la corriente producida por el rayo a tierra.
Protecciones internas:
Se deben de evitar los efectos de campos magnéticos y eléctricos.
• Nivel de sistema.
• Nivel de equipo.
• Nivel de circuito.
3.3.- PROTECCIONES EXTERNAS:
Los pararrayos son dispositivos metálicos situados por encima de la instalación a proteger y dan camino de
descarga a tierra de la menor impedancia posible para la energÃ−a electrostática del rayo.
Malla conductora alrededor de un edificio “Jaula de Faraday” (que reproduce el efecto de esta)
comportándose como un bloque a potencial cero.
La puesta a tierra comprende una ligazón directa de sección suficiente entre ciertas partes de la instalación
y un grupo de electrodos enterrados en el suelo. (anulación de la diferencia de potencial)
A efectos de seguridad personal, la resistencia a tierra debe ser tal que cualquier masa metálica no pueda dar
lugar a tensiones de contacto superiores a 24 voltios, en un local o emplazamiento conductor, y a 50 v en los
demás casos.
Un circuito de puesta a tierra consta de:
• Tomas de tierra
• LÃ−nea principal de tierra.
• Conductores de protección.
3.4.- PROTECCIONES INTERNAS:
A Nivel de Sistema:
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• Si es posible, todos los elementos componentes de un sistema deben estar interconectados por una
buena red de conductores que aseguren su equipotencionalidad y todo el sistema puesto a tierra en un
único punto. Solo es posible cuando los elementos estén suficientemente cercanos.
• En el caso de Sensores de señales muy débiles que deben ponerse a tierra localmente; se necesita
un transductor para proporcionar señal aislada galvánicamente.
• El sistema de único punto puesto a tierra no es recomendable si las conexiones son largas se puede
utilizar unos descargadores que aseguran que la elevación de potencial en cada extremo no supere
ciertos niveles.
• Por razones de seguridad se obliga a conectar todos los equipos a tierra para evitar la elevación
peligrosa de potenciales.
• La aparición de capacidades parásitas e inductivas se pueden reducir apantallando el cable y
conectándolo a tierra en ambos extremos. También es conveniente que los cables se encierren en
conductos metálicos puestos a tierra para evitar la incidencia de la corriente por inducción sobre los
sistemas electrónicos.
• Si los sensores están alejados del equipo se puede recibir y transmitir la información por un canal,
esto se puede hacer por un módem a dos hilos, en banda base o por medio de portadora, por medio
de fibra óptica o radio, o ambos sistemas al mismo tiempo.
• En un edificio todos los equipos deben estar conectados a la misma lÃ−nea de tierra que debe estar
conectada exteriormente a una buena toma de tierra.
• Los equipos electrónicos especialmente sensibles, (ordenadores) se pueden instalar en el
<<computer floor>>, que es un pavimento que contiene una malla de conductores de tierra, unidos en
todas sus intersecciones. Las carcasa de los equipos se conectan a esta malla.
A Nivel de Equipo:
• Los limitadores de sobretensiones son dispositivos cuya impedancia es muy elevada hasta cierto nivel
de tensión, a partir del cual disminuye bruscamente. Estos se conectan en paralelo con el equipo a
proteger, de manera que las tensiones que superan el umbral de disparo hacen que este entre en
conducción, formándose un divisor entre la impedancia exterior de la lÃ−nea y la del limitador,
limitándose la tensión que llega al equipo a proteger.
• Los dispositivos limitadores de tensión más comunes son:
• Los descargadores abiertos son elementos lentos de respuesta, pues necesitan mucho tiempo para
producir la ionización del gas, pero por el contrario son los de mayor absorción de energÃ−a.
Cuando no conducen se comportan como un aislante, suelen aplicárseles la primera protección
frente a fuertes descargas. Todos los conductores que entran y salen de una instalación deben estar
conectados a tierra mediante descargadores.
• Los varistores ocupan un lugar intermedio por cualidades entre descargadores y dispositivos de
silicio, tienen un tiempo de respuesta menor que los primeros y una capacidad de absorción de
energÃ−a también menor, producen caÃ−da de tensión.
• Los diodos supresores de silicio tienen un tiempo de respuesta muy bajo, pero tiene una capacidad de
absorción de energÃ−a muy reducida con respecto a los tipos anteriores.
Se disponen elementos serie para absorber la energÃ−a residual entre cada etapa de protección y la siguiente.
Normalmente son inductancias, debido a su mayor efectividad a variaciones bruscas de di/dt.
3.5.- RESUMEN DE METODOS RECOMENDADOS DE PROTECCION:
1.- Instalar una protección externa contra rayos en todos los edificios e instalaciones, mediante un adecuado
disposición de mayas captadoras y derivaciones.
2.- Unir todas las armaduras metálicas de suelos, paredes y techos para formar jaulas de apantallamiento lo
más cerradas que se posible.
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3.- Cuidar especialmente las tomas de tierra de la instalación y, si es posible, formar una tupida malla
superficial de toma de tierra.
4.- Es conveniente que los cables estén encerrados en conductos metálicos puestos a tierra.
5.- Crear puntos de descarga obligada donde convenga, con ayuda de explosores.
6.- Montar descargadores de alta potencia en la entrada de corriente al edificio, conectados a tierra en la barra
equipotencial correspondiente.
7.- Montar descargadores en los diferentes cuadros de distribución de las plantas, desde donde toman su
alimentación los equipos electrónicos.
8.- Proteger todos los cables de entrada y salida al exterior por medio de apantallamientos puestos a tierra.
9.- Proteger todos los circuitos de entrada y salida de señales con los elementos de protección adecuados:
descargadores, varistores, diodos supresores.
10.- La protección de los circuitos de entrada y salida debe preveerse tanto frente a tensiones diferenciales,
entre las lÃ−neas, como frente a tensiones en modo común, de los circuitos completos respecto a tierra.
4.- PROTECCIÃ N DE CIRCUITOS IMPRESOS FRENTE A LAS EMI:
4.1.- LOS CIRCUITOS IMPRESOS Y LAS EMI:
El diseño para reducir la emisión de interferencias y aumentar la inmunidad frente a estas. El buen
diseño disminuye la emisión de interferencias y al mismo tiempo aumenta la inmunidad contra las mismas.
El diseño se puede realizar de dos formas diferentes. El primero es el modo teórico, que necesita el uso de
programas de ordenador basados en ecuaciones de Maxwell. Por su alto precio no están al alcance de todas
las empresas. Debido a esto el modo más utilizado es el práctico, en el cual se utilizan una serie de reglas
fijas de diseño basadas en la teorÃ−a electromagnética.
Los problemas más importantes de interferencias electromagnéticas son:
• La estabilidad de la alimentación.
• La diafonÃ−a o acoplamiento electromagnético entre pista.
• Las reflexiones en las pistas de señal.
• La radiación electromagnética.
4.1.1.- ESTABILIDAD DE LA ALIMENTACIÃ N:
• Las pistas de masa y positivo deben tener mÃ−nimo 1mm de anchura, y lo más opaca posible vista a
contraluz.
• Es aconsejable incluir una pequeña inductancia en el positivo de alimentación para eliminar las
interferencias , deberá ser una cuenca de ferrita de 0.2 ohmios y de 10 a 40 mH como máximo.
• Desacoplar correctamente cada tarjeta de circuito impreso y cada circuito impreso.
• Usar planos de masa y positivo siempre que sea posible.
• Los requerimientos mÃ−nimos para un buen desacoplamiento consisten en: se utilizaran
condensadores multicapas cerámicos de desacoplo.
• Los condensadores de desacoplo de cada circuito integrado deben estar muy cerca de los mismos.
• Si se utiliza un plano de masa, éste debe cubrir el menos el 60% del área de la tarjeta de circuito
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impreso.
4.1.2.- REGLAS PARA DISMINUIR INTERFERENCIAS GENERADAS POR DIAFONIA:
La DiafonÃ−a es un efecto por el cual las señales se una pista de una tarjeta de circuito impreso se acoplan a
otra pista cercana, en esta tienen efecto los parámetros geométricos, cte dieléctrica, tiempos de subida y
bajada de la señal, impedancias de las fuentes de señal y carga.
Existen dos tipos de diafonÃ−a:
• La DiafonÃ−a Capacitiva es una interacción de campo eléctrico que provoca un acoplamiento de
tensión y que transfiere un transitorio de corriente.
• La DiafonÃ−a Inductiva es una interacción de campo magnético que provoca un acoplamiento de
intensidad inducida y que transfiere un transitorio de tensión.
Los transitorios afectan a las señales, para reducir estas ala vez se deben seguir unas normas de diseño:
• Usar tarjetas de circuito impreso de materiales con baja constante dieléctrica.
• Usar la menor longitud posible de pistas, teniendo en cuenta que una longitud superior a un cuarto de
la longitud de onda de la frecuencia perturbadora: longitud>λ/4
determina que esa pista se considere lÃ−nea de transmisión
• Mantener la mayor distancia posible entre pistas.
• Usar tarjetas de circuito impreso con el menor espesor posible, para disminuir la distancia entre las
pista y planos de masa.
• Disponer las pistas de señal de reloj junto a las lÃ−neas de control o transmisión digital.
• Evitar bucles artificiales creados con el trazado de las pistas.
4.1.3.- DISMINUCIÃ N DE LAS REFLEXIONES EN LAS PISTAS DE SEÃ AL DE LAS TARGETAS DE
CIRCUITO IMPRESO A UTILIZAR:
Reflexión u oscilación de la señal generada por cambios bruscos de la impedancia a lo largo de la lÃ−nea
de transmisión mientras la señal viaja hacia la carga y retorno.
Puede generarse en las tarjetas del circuito impreso, por tanto hay que seguir las siguientes reglas de diseño:
• Las pistas no se deben construir en forma de “T”.
• Los cambios bruscos de dirección no son convenientes, pues provocan discontinuidades en las
impedancias, por tanto estos se deben de hacer de forma suave, además si una pista pasa de una capa
a otra de un circuito impreso se deberá hacer suavemente utilizando los menos taladros pasantes
posibles.
• Procurar reducir la distancia de los Circuitos Integrados a las fuentes de señal, para reducir las
longitud de las pistas.
4.1.4.- REGLAS DE DISEÃ O PAA EVITAR LA RADIACIÃ N ELECTROMAGNÃ TICA:
El término radiación o emisión se utiliza para hacer referencia a las interferencias electromagnéticas
que emanan de los circuitos puramente digitales o de potencia, estos deben cumplir con los lÃ−mites
permitidos por las normas de radiación para que no perturben el funcionamiento de otros. Existen muchas
fuentes de radiación, por ejemplo:
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• Señales de alta frecuencia en las pistas.
• Cables o buses de entrada/salida.
• Pistas de distribución de la alimentación.
• Dipolos magnéticos que se crean por las corrientes que circulan por las pistas.
Debido a esto enumeramos varios de los métodos a seguir en su diseño para evitar las radiaciones:
• Usar planos de masa y positivo en las tarjetas de circuito impreso.
• En la medida de lo posible, tras evaluar el coste y optimización de las soluciones adoptadas, utilizar
tarjetas de circuito impreso multicapa.
• Si se utilizan tarjetas de circuitos impreso normales (bicapa), ensanchar al máximo las pistas de
masa y positivo.
• No usar zócalos en la medida de lo posible.
• Usar frecuencias de transmisión bajas.
4.3.- LAS INTERFERENCIAS ELECTROMAGNÃ TICAS GENERADDAS POR LAS FUENTES DE
ALIMENTACIÃ N:
Es esencial el desacoplamiento entre alimentación y circuito para que tenga un buen funcionamiento, dicho
desacoplamiento no solo consiste en conectar un condensador más o menos, sino que es necesario tener en
cuenta la distribución de las lÃ−neas de alimentación procedentes de las correspondientes fuentes, asÃ−
como las caracterÃ−sticas de éstas.
Se debe procurar tener la menor impedancia posible, también debemos minimizar los bucles de masa que se
generen, asÃ− como, los bucles de corriente y con ellos el acoplamiento inductivo.
La red alterna es afectada por múltiples perturbaciones, que alteran la forma de la señal de entrada, estas
convierten la tensión alterna en continua, reduciéndola, estabilizándola y filtrándola, alimentando a
distintos circuitos integrados, los que ase pueden ver perturbaciones debido a las oscilaciones que sufren estas
fuentes en su tensión de entrada.
AquÃ− presentamos las soluciones a adoptar:
4.3.1.- PROTECCIÃ N FRENTE A SOBRETENSIONES:
Consiste en la intolerancia de los transitorios provenientes de la red o de conmutaciones del lado de la carga.
En las fuentes de alimentación lineales no se va a presentar dicho problema puesto que se utilizarán
reguladores de tensión integrados, que protegerán de los cortocircuitos y sobretensiones.
Para la protección frente a las perturbaciones de la tensión de red, se utilizarán dispuestos en el primario
del transformador de cada fuente de alimentación utilizada:
• Varistor asociado en paralelo.
• Filtro RC.
4.3.2.- PROTECCIÃ N FRENTE A LAS EMI COMDUCIDAS:
Para reducir las EMI conducidas en la entrada y al salida se utilizan perlas de ferrita que presentan alta
impedancia a las EMI de alta frecuencia, sin afectar a la corriente continua de salida y a la alterna de baja
frecuencia de entrada.
Los circuitos integrados reguladores de tensión, los positivos son más estables que los negativos, dicha
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estabilidad se puede ver afectada si la disposición de componentes tiene exceso de inductancia y capacidad
parásita en sus conexiones, por esto la longitud de conexiones entre regulador y sus elementos asociados
debe ser la mayor posible.
4.3.3.- PROTECCIÃ N FRENTE A “LATCH-UP”:
Al usar condensadores externos de paso junto a los reguladores de tensión, se ceben de tener varias
precauciones ya que si se conecta una carga entre sus terminales se puede tener peligro de “Latch-up”
(enganche o disparo continuo que hace conectarse la fuente de alimentación a masa a través del regulador,
provocando la destrucción del mismo), debido a esto los reguladores de tensión no aceptan tensiones
inversas mayores de 0.7 V. Para prevenir este problema se conectan diodos en disposición inversa en la
salida y entrada de cada regulador.
4.3.4.- PROTECCIÃ N FRENTE A LAS EMI GENERADAS:
Para independizar y reducir las radiaciones de EMI generadas por las propias fuentes se introducirán las
mismas en un blindaje propio.
• Uso de blindajes en cada F.A.
• Menos longitud posible de cables del circuito.
• Condensador de paro más cerca posibles del circuito de control del regulador.
• En los recorridos de alta corriente usar hilos gruesos pues se reduce R.
• Hilos o pistas procedentes del rectificador, indirectamente al condensador del filtro.
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