COMPATIBILIDAD E INTERFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA

Abril de 20161

Profesor: Francisco Santamaría

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MEDIOS DE ACOPLAMIENTO

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Receptor(victima)

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7CAMPO CERCANO CAMPO LEJANO

j

jjZm

H

EZm

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𝐸 ≈ 𝑘1𝑟 𝐻 ≈ 𝑘2

𝑟 𝑍 ≈ 𝐸 𝐻 ≈ 𝑘

• Campo Lejano

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• Campo Cercano

• Los campos eléctrico y magnético no son proporcionales

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• Cuando la distancia entre la fuente de interferencia y la victima es muy pequeña (d</2), la victima está en la región de campo cercano de la fuente

• Este tipo de acoplamiento de conoce como crosstalk

Acoplamiento por impedancia común +

Acoplamiento por campos EM

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• Con frecuencia dos o más corrientes comparten un conductor común, usualmente el conductor de referencia, el cual tiene una impedancia Zc

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• Asumamos una señal VL1 a través de RL1, la cual se ve afectada por la corriente I2 del circuito 2

𝑉𝑔1 = 𝑅𝑔1𝐼1 + 𝑅𝐿1𝐼1 + 𝑍𝐶 𝐼1 + 𝐼2𝑉𝑔2 = 𝑅𝑔2𝐼2 + 𝑅𝐿2𝐼2 + 𝑍𝐶 𝐼1 + 𝐼2

Reescribiendo las ecuaciones:

𝑉𝑔1 = 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝1𝐼1 + 𝑍𝐶𝐼2𝑉𝑔2 = 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝2𝐼2 + 𝑍𝐶𝐼1

Donde:

𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝1 = 𝑅𝑔1 + 𝑅𝐿1 + 𝑍𝐶𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝2 = 𝑅𝑔2 + 𝑅𝐿2 + 𝑍𝐶

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• Resolviendo el sistema de ecuaciones, se tiene:

• Usualmente Zc es mucho menor que las impedancias de los lazos,por lo tanto se puede escribir:

• El primer término corresponde a la señal (S) en ausencia deinterferencia y el segundo término es el ruido en RL1 debido a lafuente Vg2

𝑉𝐿1 =𝑉𝑔1𝑅𝐿1

𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝1−𝑍𝐶𝑅𝐿1 𝑉𝑔2 − 𝑍𝐶𝐼1

𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝1𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝2

𝑉𝐿1 =𝑉𝑔1𝑅𝐿1

𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝1−

𝑉𝑔2𝑍𝐶𝑅𝐿1

𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝1𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝2

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• La relación señal a ruido decrece o la interferencia aumenta debido a la impedancia común Zc:

• Si la impedancia común aumenta

• Si la corriente a través de la impedancia común debido al circuito 2aumenta

• El acople por impedancia común se reduce haciendo Zc tan pequeña como sea posible. Esto se logra:

• Asignándole conductores separados a cada lazo de corriente yconectando cada lazo a la referencia en un mismo punto

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• Si el circuito victima no contiene fuentes, se tiene:

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• Consideremos solo el efecto de los campos eléctricos en un sistema de dos circuitos de corriente

Vg

Rg2Rg1 RL1

RL2

VN VF

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• Despreciando inductancias e impedancias de acople tenemos:

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• Las ecuaciones de nodos son:

• Simplificando el problema al caso en el que todas las resistencias son iguales (circuitos adaptados):

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• Esta ecuación es valida solamente en circuitos eléctricamente cortos, por lo que se puede reducir a:

• El acople capacitivo aumenta linealmente con la frecuencia

• La rata de cambio del voltaje 2 es responsable del acople capacitivo(dVg2/dt)

• Para una capacitancia mutua dada C12 y una fuente de perturbaciónVg2, el acople capacitivo aumenta con el aumento de R

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• El acople capacitivo se puede representar como una inyección de corriente en la victima

• Resolviendo y llevando al dominio del tiempo:

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• El acople capacitivo se puede reducir:

• Reduciendo C12:

• Limitando frecuencia

• Usando pantallas metálicas (apantallamiento)

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• Reduciendo C12:

• Reduciendo el área de los conductores

• Aumentando la separación entre conductores

• Introduciendo un plano de tierra entre conductores. Esto se usamucho en circuitos impresos

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• Limitando frecuencia:

• Como este acople aumenta con la frecuencia no se deben usarfrecuencias por encima de lo realmente necesario

• Usando pantallas metálicas (apantallamiento)

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• Consideremos solo el efecto de los campos magnéticos en un sistema de dos circuitos de corriente

Vg

Rg RN RF

RL

VN VF

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• Redibujando:

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• De donde se obtiene:

• La función de transferencia será:

• Para el caso de baja frecuencia (R >L):

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• El acople inductivo aumenta con la frecuencia

• Para una inductancia mutua M y una fuente de interferencia Vg2 dadas, el acople inductivo aumenta a medida que R disminuye

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• El acople inductivo se puede modelar como una fuente de voltaje en serie con el circuito de la victima:

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• El acople inductivo se puede reducir:

• Haciendo M tan pequeña como sea posible

• Entorchando el par de conductores

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• Haciendo M tan pequeña como sea posible

• M disminuye a medida que el área de los circuitos se reduce y ladistancia entre ellos aumenta

• Ubicando los circuitos perpendicularmente entre ellos

• Manteniendo el campo H producido por la fuente lo más pequeñoposible

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• Entorchando el par de conductores:

• Se reduce el acoplamiento por campo magnético

• Entorchando los cables transmisores se reduce el campo H

• Entorchando los cables receptores se reduce el voltaje inducido

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