Autor Tema: Hablemos del Ruido  (Leído 57443 veces)

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Desconectado PalitroqueZ

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Hablemos del Ruido
« en: 17 de Julio de 2007, 13:57:14 »
Después de haber leido varias informaciones sobre este tema, me interesé mucho y a la vez añadí preocupación ya que en adelante cada vez que mire el diseño de un layout, tendré atravesado en el cerebro, la astilla de como reducir la interferencia.

estos son impresiones que he recogido de diversas fuentes sobre lo que hacen acerca de los efectos de cualquier fenomeno de interferencia desde/hacia un circuito.

un circuito impreso, desde un punto de vista global, o viendolo desde 1000 km de distancia (para cambiar la perspectiva) puede llegar actuar como una antena transmisora o receptora, me negué a creer esto hasta que leí una nota donde hacen referencia a la impedancia caracteristica para minimizar reflexiones (que no es mas que una onda estacionaria). para aquellos que no esten familiarizados, las ondas estacionarias son el principal problema para los diseñadores de antenas y guias de ondas en telecomunicaciones.

depende como se haga un layout, éste puede actuar como una balanza donde tenemos la inductancia por un lado y la capacitancia por el otro. pudiendo inclinarse mucho para un lado.

y es aquí donde entra el estudio de mantener la balanza equilibrada y así tener el sistema (circuito) estable y aislado de otros sistemas cercanos.


en un sistema pueden intervenir/ocurrir lo siguiente:



clasificados en:

EMI = interferencia electromagnetica
RFI = interferencia radiofrecuencia
ESD = descargas electrostaticas


y los parametros involucrados:

- amplitud
- frequencia
- tiempo o velocidad (time)
- impedancia
- distancia
- temperatura




la última imagen es interesante porque en nuestro caso, que usamos los pics, pueden llegar a ser fuentes emisoras o receptoras de EMI

cabe decir que existe una norma regulatoria llamada EMC (compatibilidad electromagnetica) para establecer un estandar en cada equipo electrónico, no la he leido a fondo, me imagino que debe coincidir con las caracteristicas que vemos en nuestro equipos electrodomesticos (catalogadas por clases).


ahora vienen los elementos que entran en juego para anular este fenomeno, me refiero a las etapas de filtaje, conformado por resistencias, condensadores, bobinas y finalmente EL PROPIO DISEÑO DEL CIRCUITO IMPRESO.
« Última modificación: 02 de Marzo de 2009, 12:15:08 por un Moderador »
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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #1 en: 17 de Julio de 2007, 13:58:43 »
caso del condensador:

fisicamente un capacitor se representa así:



como veran posee una resistencia y una inductancia llamadas ESR y ESL

ESR = resistecia serie equivalente
ESL = inductancia serie equivalente

ambos son elementos de pérdidas (llamado elementos parasitos) y también se toman en cuenta.  como si fuera poco con lo que tenemos que luchar para introducir nuevos factores :(

por eso se debe escoger bien el tipo de condensador, de acuerdo a la etapa donde se use. he aquí una tabla:



en etapas de filtrado se usan condensadores electroliticos para mantener un nivel mínimo de rizado en la alimentación.

además que hay un hecho curioso, he visto que colocan varios condensadores electroliticos de pequeños valores en vez de uno solo grande. ¿se pretende minimizar la ESR? no se, sigo investigando. para muestra, un boton:



hay otro ejemplo típico, el uso del estandarizado 0.1uF en los pines de alimentación de los circuitos integrados, bueno he aquí la razón:



obviamente lo ideal sería seleccionar capacitores que posean bajos ESL y ESR, pero eso dependerá de la relación costo/aplicación.


y la historia de los capacitores sigue, es bastante larga...

-------------------------------------

caso las bobinas:

uff las bobinas, realmente me quedo asombrado ante este señor, donde vean un filtrado decente en un circuito, seguro que se consiguen con una.

nada mas vean una fuente AT(X) de computadoras, y lo primero que llama la atención es la 'rolo' de toroide con varios embobinados de alambre esmaltado.

al igual que los condensadores su función es la de atajar corrientes parasitas que anden por allí coladas y no dejarlas pasar.

en filtros de fuentes de alimentación se usan bastantes, pero tanmbién tiene su componente resistiva. a bajas frecuencias (<100Khz) su comportamiento es inductivo y por encima de 100Khz cambia a resistivo.

dentro de la bobinas tenemos las que usan nucleo solido, como son las de material ferrita, sus caracteristicas:

CHARACTERISTICS OF FERRITES:

- Good for frequencies above 25kHz
- Many sizes and shapes available including leaded "resistor style"
- Ferrite impedance at high frequencies is primarily resistive -- Ideal for HF filtering
- Low DC loss: Resistance of wire passing through ferrite is very low.
- High saturation current.
- Low cost.

y la selección de acuerdo a la situación:

CHOOSING THE RIGHT FERRITE DEPENDS ON:

- Source of Interference
- Interference Frequency Range
- Impedance Required at Interference Frequency
- Environmental Conditions:
  - Temperature, AC and DC Field Strength, Size / Space Available
- Don't fail to Test the Design

EXPERIMENT! EXPERIMENT!
 
notas:

1.- las puse en inglés ya que son citadas de GROUNDING IN HIGH SPEED SYSTEMS  pag 11,12,13(ver fuentes consultadas al final).

2.- poner atención a la última advertencia, jeje me huele a que en esta parte aplican mucho el método empírico ¿verdad? :)

sobre la forma de construir bobinas, me muestro escéptico sobre las diversas formas de calcularlas que he encontrado, porque se aplica muchos parámetros físicos que en la realidad no contamos, a nosotros los tecnicos solo nos interesa 3 cosas: número de vueltas, dimensiones de los materiales y el valor de la inductancia final.

pero así solo obtenemos aproximaciones porque hay que hacerle caso a datos como: frecuencia a la que trabaja el núcleo, permeabilidad magnetica y otros numeritos que mejor se lo dejamos a los fisicos para resolver problemas teoricos.

de todas formas conseguí un documento que explica como construir bobinas en toroides de acuerdo al tipo comercial. se llama nucleos toroidales por si alguien lo quiere.

« Última modificación: 23 de Julio de 2007, 13:45:35 por PalitroqueZ »
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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #2 en: 17 de Julio de 2007, 14:00:50 »
caso de cruzar ambos:

es lógico pensar que el cruce de un condensador con una bobina es un filtro LC, entre los variados filtros que he visto, tenemos:







un inductor en serie o paralelo con un condensador forma un circuito resonante que ofrece oposición en un margen de frecuencias determinado.

para terminar de hablar sobre los componentes, he aquí una figura donde se muestra el comportamiento "real" de los elementos nombrados a diferentes frecuencias y su respectiva respuesta.




consideraciones al crear un pcb

- el plano masa
- punto estrella
- DGND y AGND
- fuente alimentación
- orientación de los componentes

el plano masa:

esta parte si me va a generar dolores de cabeza, porque cambió radicalmente mi manera de pensar sobre el plano tierra.

¿porque digo esto?
hay muchas formas de crear planos, y eso depende a la frecuencia que estemos trabajando.

la forma tradicional, es lanzar un solo plano general, y colocar cada patica de cada condensador a ese plano, pués resulta que puede no funcionar así en ciertos rangos.

suponiendo, un solo plano lanzado en una cara exclusivo para él, puede ser beneficioso,
pero fijense lo que puede suceder.




recuerdan el comportamiento de un wire a alta frecuencia en la imagen de muy arriba.

ante esta situación viene el otro método, crear un sistemas de planos tierras, que a la final será el mismo, pero conectados en uno o varios puntos separados. a esta conexión la llaman estrella.



cuya conexión final iria así:



la idea es crear tantas conexiones a tierra como se pueda, incluso dicen que en un pcb al menos del 30% al 40% de los pines deberian dedicarse al gnd. Recuerden que  el plano tierra se caracteriza por tener el mas bajo nivel de impedancia y con esta técnica estamos reduciendo posibles impedancias generadas por redes R-L en pistas largas.


otro método para aislar el ruido eléctrico es que si por ejemplo tenemos etapas analogicas mezcladas con etapas digitales, es separar sus idas y retornos de alimentación. el gnd analogico y el gnd digital (igual ocurre con los vdd)

en tal situación, es similar a lo hablado anteriormente:






y las recomendaciones siguen, es un sinfin de estrategias que debe pensar el diseñador.

algunos ejemplos:



















pero es que si hasta la tecnología entra en juego y es un factor adicional a tomar en cuenta:




para ahondar aún mas, entre una pista y otra cercana (paralela) puede ocurrir lo siguiente:



y la propia baquelita puede llegar actuar como un condensador:



nota:

es curioso decir que estas formas de filtraje son del tipo hardware y que también existen por software, en el caso de los microcontroladores, tenemos modulos como el perro guardian, el brown out,..... cuya función es obligar un reset ante una anomalía e iniciar el programa nuevamente.

en la nota EMC (HCApp.pdf) de microchip hablan de un 'tips' para ejecutar un reset de manera efectiva ante un direccionamiento fuera de lo previsto:

y es rellenar con goto $ a lo largo de la rom NO usada, de manera que al ocurrir un evento desconocido, el contador de programa se quede en una sola línea de instrucción hasta que ocurra el reset.


fuentes consultadas:

-
Considerations in Grounding and Shielding Computer-Controlled Audio Devices.


- SECTION 8: HARDWARE DESIGN TECHNIQUES (¡RECOMENDADO!)

- High-Speed Operational Amplifier Layout Made Easy (¡RECOMENDADO!)

- Chapter 9 Hardware Design Techniques

- EMC: the art of compatibility

- PCB Design Tutorial

- Electro Magnetic Compliance
« Última modificación: 23 de Julio de 2007, 13:47:47 por PalitroqueZ »
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Desconectado Nocturno

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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #3 en: 17 de Julio de 2007, 14:31:03 »
¡¡¡ Pedroooooo, te A.M.O. !!! (léase con voz de Penélope en la entrega del Óscar)

P.D.: A.M.O. = te AdMirO
Un saludo desde Sevilla, España.
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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #4 en: 17 de Julio de 2007, 14:47:00 »
Verdaderamente me quito el sombrero.
Esta joyita se merece una chincheta

Desconectado PalitroqueZ

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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #5 en: 18 de Julio de 2007, 14:19:15 »
¡¡¡ Pedroooooo, te A.M.O. !!! (léase con voz de Penélope en la entrega del Óscar)

P.D.: A.M.O. = te AdMirO

ejem ejem, menos mal que lo aclaraste manolo  :D :D

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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #6 en: 18 de Julio de 2007, 15:16:25 »
amigo Pedro, yo también te Ado  :lol: :lol:, y aunque no puedas escucharlo debido a la distancia, que sepas que te estoy aplaudiendo por tan excelente trabajo.

para aportar mi pequeño granito de arena, aquí dejo unos enlaces para investigar un poco más si cabe en el tema:

http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-1031.pdf#page=1

http://www.freescale.com/files/ftf_2007/doc/presentations/Americas/Enabling/AN2321_FTF2007.pdf?fsrch=1

http://www.euitt.upm.es/departamentos/ef/ficheros%20tcim/CEMtcirimpr.pdf

http://www.um.es/docencia/mmc/pdf/cem.pdf

http://www.analog.com/UploadedFiles/Application_Notes/294542582256114777959693992461771205AN280.pdf

http://www.ce-mag.com/ (en esta hay abundante información)


un saludo

Desconectado Azicuetano

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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #7 en: 19 de Julio de 2007, 03:16:58 »
Que bueno Pedro!!!

Ya tengo para saciar mis paranoias con el ruido durante unos días!  :D

A ver si entre todos hacemos un buen tratado del ruido  :mrgreen:


Un saludo desde Alicante.

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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #8 en: 20 de Julio de 2007, 11:28:11 »
* Cuando hables, procura que tus palabras sean mejores que el silencio.
* 'Todos somos ignorantes, lo que ocurre es que no todos ignoramos las mismas cosas.' Albert Einstein.
* No hay nada peor que un experto para evitar el progreso en un campo
* "La vida es como una novela. No importa que sea larga, sino que esté bien narrada" Seneca
* La vida no se vive por las veces que respiras, sino por los momentos que dejan sin aliento.
* Dios dijo: ∇·E=ρ/ε0 ; ∇·B=0 ; ∇xE=-dB/dt ; ∇xB= μ0ε0dE/dt..y la luz se hizo..!!..

Desde España Jesús

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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #9 en: 21 de Julio de 2007, 12:52:48 »
gracias Joaquin y Jesús por los links a seguir estudiando  :mrgreen:

...
A ver si entre todos hacemos un buen tratado del ruido  :mrgreen:
...

¡¡me parece una excelente idea!!

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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #10 en: 22 de Julio de 2007, 09:29:10 »
Manolo te metiste un puñal con el ruido. Hay que tomar esto en cuenta a la hora del diseño de placas. Peeeeerro!!!
Se puede confiar en las malas personas, nunca cambian

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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #11 en: 23 de Julio de 2007, 04:50:23 »
excelente post amigo Pali voy a leerlo con mucho cuidado. Gracias.
a cosechar!!!... :P
pic32... ahi voy....
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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #12 en: 23 de Julio de 2007, 15:05:00 »
ya lo lei, pues ahora si que tendre más cuidado al hacer mis placas, sería bueno si este post quedara como un lugar donde consultar dudas respecto los pcbs
a cosechar!!!... :P
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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #13 en: 25 de Julio de 2007, 12:43:41 »
de acuerdo a la nota de aplicación AN-1031.pdf que colgó el amigo xocas06 se explica brevemente la razón de colocar varios capacitores en vez de uno grande, el extracto:

"Paralleling capacitors is a common technique for lowering the overall equivalent series resistance (ESR) and equivalent series inductance (ESL) of a filter capacitor. This allows the resulting filter capacitor to source or sink higher levels of ripple current with much less internal heating."


AN-1031.pdf página 5

esto quiere decir, (de acuerdo a mi spanglish) que los capacitores en conjunto pueden manejar mejor las altas corrientes sin que sea afectado por su temperatura interna (la temperatura es un ingrediente que le gusta a la interferencia)

otro avance:

¿una ventaja de los nucleos toroidales frente a los nucleos cilindricos?

la imagen que explica todo:



fuentes consultadas:

Considerations in Designing the Printed Circuit Boards of Embedded Switching Power Supplies

Designing for Board Level Electromagnetic Compatibility


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Re: Hablemos del Ruuuido
« Respuesta #14 en: 25 de Agosto de 2007, 02:38:24 »
Hola foreros. Primero, felicitaciones a palitroqueZ por el exelente investigación sobre el tema.

Segundo: una duda. He visto en muchos circuitos que la masa va por afuera de la placa y por todo deredor. ¿Está echa así para funcionar como una trampera de RF o tan solo porque así les quedó?

Saludos.  :-/ :-/
Jesús dijo, yo soy el CAMINO, la VERDAD y la VIDA, nadie llega al PADRE si no es por mi.

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