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.
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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.
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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 100khz="" a="" br="" cambia="" comportamiento="" de="" encima="" es="" inductivo="" por="" resistivo.="" su="" y="">
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.
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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.
