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Compatibilidad EM 11 (1)
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COMPATIBILIDAD E INTERFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA
Abril de 20161
Profesor: Francisco Santamaría
2
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
¿Preguntas?