Tierra de alimentation

Punto de retorno de la corriente eléctrica que entrega la fuente de alimentación de un sistema.

Tierra de señal:

 Punto de referencia de las senales de un circuito (también retorno de corrientes). También se llama masa del circuito. Se suele conectar a la tierra de alimentación. 

Tierra de chasis

 Representa el chasis conductor del equipo y el blindaje de un equipo o cable.

Tierra de alimentación AC

 Toma de tierra de seguridad de una instalación AC (cable verde-amarillo).

Conexiones

Equipos electrónicos que se alimentan de la red eléctrica, el chasis metálico está conectado a la toma de tierra de la instalación. Por otro lado, la tierra de señal (masa o común) (signal ground) de la electrónica de un equipo se encuentra conectado también al chasis metálico. Esto último suele ser necesario para proteger la electrónica frente a descargas eléctricas (estáticas), oscilaciones, interferencias y evitar otros problemas en su funcionamiento.  

Diferencias de potenciales entre tomas de tierra

En una instalación podemos tener la tierra de alimentación AC, cuya pica puede estar en el transformador de distribution y la masa cuya pica esta a la entrada de nuestro edificio. La impedancia de la tierra junto con las corrientes que circulan por ella hacen que aparezcan diferencias de potencial. Ídem con equipos remotos, picas alejadas.

Fuente Flotante

Impedancia ideal infinita entre sus terminales y la tierra de la instalación. No tienen conexión física.

Referenciada a tierra:

Impedancia ideal muy baja entre uno de sus terminales y tierra. Tienen una conexión física.

Single-ended:

Uno de sus terminales es el común (referencia) del circuito. 

Diferencial

La señal de sus dos terminales respecto al común, varia en la misma cantidad pero con signo opuesto.

Balanceada:

Ambos terminales idealmente presentan la misma impedancia equivalente respecto al común del circuito. Referencia de tensión/corriente:
Proporcionan un voltaje o corriente que sirva de patrón o estándar a otros circuitos (circuit. De instru y medida de transductores, A/D, D/A, V/F, F/V, generadores de masa virtual..). Tienen gran exactitud de su valor nominal y son estables con el tiempo, la temperatura, la carga y la alimentación.

Regulación de línea (RL):

Capacidad del circuito para mantener la tensión de salida prescrita frente a variaciones de la tensión de entrada (alimentación)
.

Regulación de carga (RC)

Capacidad del circuito para mantener la tensión de salida prescrita frente a variaciones de la corriente absorbida por la carga. 

Coeficiente de temperatura (CT):

Capacidad del circuito para mantener la tensión de salida prescrita frente a variaciones de temperatura.

Estabilidad a largo plazo o deriva Temporal (Dt):

Capacidad del circuito para mantener la tensión de salida prescrita con el tiempo.

Amplificador operacional real: rail to rail:

se puede llegar a tensiones de entrada y7o salida que llegan a los limites de la alimentación.

Tensión de offset VIO:

tensión a la entrada para que la salida sea 0. Es función de la temperatura y la alimentación.  Depende de que los transistores sean iguales y/o la corriente que los polariza. Puede ser positiva o negativa. CT(VIO) = uV/C.

Zener compensado en temperatura:

Colocar un diodo en serie con el zener que presenta su mismo coeficiente de temperatura pero de signo opuesto. Tensión de referencia elevada (6-7V). Necesita alimentaciones altas, inconveniente.

Referencia GAP:

  En lugar de zener se usa una red de tres transistores. Útiles cuando no se dispone de tensiones de alimentación elevadas y se desea un bajo consumo de potencia. – Se basan en compensar el coeficiente de temperatura negativo de la tensión B-E con el positivo del voltaje térmico VT =kT/q.  Su equivalente sigue siendo un zener. 

Referencia Shunt:

tensión de referencia de calidad, que se puede ajustar en un amplio rango de valores utilizando únicamente algunas resistencias exteriores. Internamente suelen estar basadas en una referencia Gap. Fija una Vref entre terminal de referencia y el ánodo. La corriente Iref es muy reducida pero muy inestable con la temperatura.
puente de Wheatstone vs divisor resistivo para acondicionar sensor resistivo. -Desplazamiento al origen de la función de transferencia: se reduce el error en la medida y se puede amplificar la senal sin problemas de saturación. -La tensión de salida es una fuente de tensión balanceada, lo que es bueno para reducir el efecto del acoplo de interferences de tipo capacitivo.

Objetivo Wheatstone:

 1. Medidas diferenciales: Diferencia entre dos variables. 2. Aumento de sensibilidad en la medida de una variable utilizando mas de un sensor. 3. Compensación de errores: eliminar el efecto de variables interferentes que afectan a Ro. 4. Compensación de los efectos de la temperatura en la sensibilidad del sensor.

Compensación de interferencia en un puente mediante sensor pasivo:

situar un sensor pasivo idéntico al utilizado para realizar la medida, pero no expuesto a las variaciones de la variable que se desea medir y si a la interferente.

Amplificador diferencial

Amplificar señales diferenciales en presencia de señales comunes indeseadas (habitualmente ruido). El CMR mide la relación entre la amplification diferencial y la común.

Amplificador de instrumentation

Ganancia diferencial estable y ajustable mediante una única resistencia; CMRR muy elevado y poco dependiente de la fuente de senal; impedancia de entrada muy elevada; impedancia de salida muy baja; tensión de offset y corrientes de entrada pequenas y estables.

Impedancia de entrada en modo común de un AI

Impedancia entre las entradas y la referencia. Si no es igual en ambas entradas produce una tensión diferencial debida a Vcm que se suma a la que se desea amplificar, empeorando el CMR total.
CMR con cable apantallado para enviar una senal diferencial a la entrada de un AI. -Equivale a poner un condensador entre ambas entradas. Esto reduce el CMR (lo empeora). Para evitarlo el apantallamiento se conecta al potencial común.

Amplificador de aislamiento

Dispositivo capaz de asegurar el paso fiel de una senal analógica entre dos sistemas manteniendo un aislamiento galvánico entre ambos. Se usa por seguridad o para realizar cierto tipo de medidas.

3 puertos

La alimentación esta completamente aislada tanto del circuito de entrada como del de salida. Hay por tanto tres referencias independientes: alimentación, entrada y salida.

Aplicaciones

Protection de equipos: amplificar tensiones diferenciales superpuestas a tensiones en modo común elevadas ; ídem si la capacidad de rechazo en modo aislamiento (IMR) es superior al CMR de los amplificadores de instrumentation; para la ruptura de bucles de masa con el fin de evitar problemas de interferencias electromagnéticas. Controlar el camino de retorno de corrientes problemáticas.

Características ampli d aislamiento

Tensión en modo aislamiento V_ISO.
Tensión entre las referencias de entrada y salida. La determina el circuito exterior. El máximo lo determina el fabricante y nunca se debe superar. El mínimo lo determinara la aplicación. 

Rechazo al modo aislamiento

Capacidad de rechazar las variaciones de la tensión soportada en la barrera de aislamiento. Cuantifica la magnitud del acoplo que se produce desde la tensión aislada hacia el circuito de señal. El rechazo suele ser elevado en la frecuencia típica de 50Hz. En aplicaciones cuyo objetivo es hacer caer una V_CM en la barrera de aislamiento para que sea fuertemente rechazada, este IMR haría las veces del CMR de un amplificador de instrumentación. 
Corriente de fugas en la barrera de aislamiento. Corriente entre los terminales de referencia de entrada y salida a través de la barera de aislamiento. Se debe a la capacidad (1pF) y resistencia (10^12ohm) de fugas. En el total se incluyeel efecto del DC/DC que genera la alimentación. Ojo suma corrientes (solo continuas).

Rizado en la señal de salida del amplificador

El filtrado a la salida incluido por el fabricante mantiene un BW elevado con el fin de poder abarcar un mayor número de aplicaciones. Esto se traduce en un rizado que es posible reducir con un filtrado adicional si el BW necesario por la aplicación es inferior.

Rizado y regulación de carga de las alimentaciones

Los convertidores DC/DC, tanto integrados como externos, suelen proporcionar una tensión con un elevado rizado y mala regulación de carga y de línea. Según el PSR de los dispositivos y el error permitido, puede ser necesario incluir un filtrado adicional y/o un circuito de regulación. En muchos casos basta con utilizar una capacidad a la salida de la alimentación de un valor suficiente.

Efectos por acoplo de interferencias

Los A.A. Con acoplo por transformador, radian energía electromagnética y pueden captar interferencias que se suman a la señal de interés. Por otro lado, los conversores DC/DC utilizados para generar la alimentación representan fuentes potenciales de interferencias. Estos problemas se pueden reducir con el uso de dispositivos con blindaje.

Disposición física de los dispositivos externos y ruteado

Para no deteriorar las carácterísticas de aislamiento se debe prestar atención a estas cuestiones. Mantener distancia suficiente entre líneas y dispositivos correspondientes a distintos puertos.
Telemedida el sensor se encuentra alejado de la etapa de procesamiento. Debe garantizarse la transmisión de señales de forma fidedigna a través de ambientes hostiles y a distancia. -Opciones circuitales: diseñar circuitos a medida o utilizar módulos integrados específicos (opción habitual). Una carácterística clave que es necesario buscar es alta inmunidad a Interferencias Electromagnéticas.

Telemedida en tensión:

Realiza una conversión de la señal de salida del transductor a una tensión proporcional a la magnitud a medir. Interesa alta amplitud y baja impedancia de salida de la fuente de tensión que alimenta a los hilos de transmisión. Error depende de: impedancia de salida de la fuente, impedancia de los cables, impedancia de entrada al receptor. Muy sensible a radiaciones electromagnéticas.

Telemediada en corriente

Convierte la señal de salida del transductor en una corriente proporcional a la magnitud a medir. Interesa que la fuente de corriente de salida presente muy alta impedancia para reducir el efecto de los cables. Error depende de: impedancia de salida de la fuente, impedancia de los hilos, impedancia de entrada del receptor.

Ventajas corriente vs tensión

-Con solo dos hilos se puede enviar información y la alimentación para el sensor y su electrónica. -Mejor frente a tensiones de ruido inducidas por acoplo magnético. En tensión la tensión de ruido prácticamente se suma a la señal. Vo = Ve·(RL/RL+Re) + Vr·(RL/RL+Re) ≈ Ve + RL. Siendo Re>RL.

Telemedida en frecuencia

La información se envía mediante un señal digital en cuanto a amplitudes, pero cuya frecuencia es una función continua de la amplitud de la información. Se caracteriza por: -Alta inmunidad a interferencias electromagnéticas: la señal transmitida es digital en amplitud por lo que presenta margen intrínseco de tolerancia al ruido; Se puede aislar galvánicamente con bajo coste: un opto-acoplador (IRED) -Posibilidad de conversión de la information analógica a information digital con bajo coste. 

Método por Integración:

contador de pulsos de n bits durante un periodo de CLK, resultando un código binario proporcional a la señal. Frecuencia de muestreo baja. [D] = T_CLK· f_V/F = T_CLK · K·x  Medida de frecuencia:
contador de pulsos de CLK, durante un periodo de la señal. [D] = f_CLK· T_V/F = f_CLK / K·x. Presenta una respuesta en frecuencia como la de un A/D, pudiendo rechazar frecuencias múltiplo de 1/T_CLK.

Fuentes de EMI según su origen

Naturales: tormentas eléctricas, descargas electroestáticas (ESD). -artificiales intencionadas: radio, wifi, bluetooth. No intencionadas: cualquier otro equipo eléctrico o electrónico y la red de suministro eléctrico.

Tipos de acoplamiento

Conducido. Fuente y receptor comparten un conductor eléctrico. Variaciones de corriente por la impedancia de la línea producen variaciones de tensión, principalmente en la red eléctrica y lineas de alimentation de circuitos. Radiado: La interferencia llega a través del aire. (Radiación electromagnética) Pueden porducirse ambas a la vez (radiado + conducido).

Frecuencia y Espectro de las señales

Cuanto mayor es la frecuencia de las señales, mayor es su capacidad para producir problemas de acoplo de interferencias: En acoplo conducido, debido a la mayor impedancia de las líneas. El equivalente de una línea es aproximadamente una inductancia. En acoplo radiado, como consecuencia de que los conductores son antenas mas eficientes radiando y captando energía electromagnética (relación frecuencia-tamaño antena). La forma trapezoidal de una señal («cuadrada» con tiempo de subida tr) , ayuda a un mayor rechazo de los armónicos (múltiplos impares de la frec. Fundamental). -6dB/octaba hasta 1/pi·tr que pasa a -12dB/octaba.

Modelo eléctrico de un conductor

Resistencia: Función de dimensiones, resistividad y frecuencia (efecto pelicular: en alta frecuencia la corriente circula por la superficie del conductor). Inductancia: Función de las dimensiones.

Acoplo conducido o por impedancia común

En circuitos digitales o circuitos con conmutaciones (de potencia. A la salida/entrada de las puertas hay capacidades. Durante las conmutaciones hay variaciones bruscas de corriente por ellas. Estas provocan grandes variaciones de tensión con su conexión a masa (inductancia de línea y del C). Sumamos ruido por la masa.

Capacidades de desacoplo

Al poner un C en paralelo a la alimentación del circuito, la energía de alta frecuencia se extrae principalmente de él, evitando que pase por la impedancia común de otros circuitos. Se debe colocar cerca del circuito para reducir la inductancia de las pistas, tipo dieléctrico y encapsulado para que tenga baja inductancia (cerámicos multicapa y SMD). Valor suficientemente alto para dar los picos de corriente demandados sin provocar caída de tensión, pero no demasiado grande ya que aumenta la inductancia. Al reducir las corrientes de alta frecuencia que circulan por las líneas de alimentación, se reducen también las interferencias radiadas.

Acoplo en la red eléctrica:

La corriente consumida por los equipos circula por la impedancia de la red, produce variaciones de tensión vistas por los demás equipos conectados. Para reducir: Buen diseno de sistemas, usar filtros de red.

Acoplo por radiación:

Impedancia carácterística de una onda: Cociente entre la intensidad de campo eléctrico (E) y de campo magnético (H). Depende de la fuente que la genera (antena), distancia de observación (d), frecuencia y medio de propagación.
campo cercano (dcampo lejano u ondas planas. La impedancia la marca casi exclusivamente el medio. corriente alta = campo magnético (antena de bucle), tensión alta = campo eléctrico (conductor circuito abierto). Tiempos de subida/bajada altos reducen problemas de interferencias. (ver antes de Modelo eléctrico de un conductor )
Acoplo por campo eléctrico = capacitivo = en modo común. Modelo: C12 entre conductores. Circuito: V1 serie C12 serie (paralelo C2g con R2). R2 = Rs2//RL2 = aprox = Rs2 (idealmente 0). C1g y RL1 en paralelo con V1 no afectan. Filtro paso alto: V2 = V1· (s·R2·C12) / (1+s·R2(C12+C2g)). Para reducir acoplo, transmisión en baja impedancia equivalente, C12 baja (separación entre líneas, blindaje, lineas cortas). Transmisión diferencial con puente equilibrado (conductores de la transmisión interferida próximos y transmisión diferencial balanceada en impedancias), si se cumple, el ruido es visto en modo común.
Acoplo por campo magnético = inductivo = en modo diferencial. Aumenta con la corriente, el área encerrada por esta y su frecuencia. También depende del ángulo de las lineas de campo respecto a la normal del área (cos). Para reducir: disminuir área de la transmisión interferida, disminuir corriente si es posible,  orientar para cos = 0, utilizar blindaje en fuente y/o receptor.
Blindajes barrera al paso de la energía electromagnética realizado con material conductor eléctrico. Efectividad: relación en dB entre el campo incidente y el que atraviesa, que depende de las características del campo y el material dl blindaje. Se puede calcular como S= A+R+B (en dB). A= perdidas por absorción (>0): energía que se transforma en calor. R=perdidas en reflexión (>0). B= correccíón por multi-reflexiones (<0), despreciable=»» si=»» a=»»>10dB. Un buen diseño del sistema electrónico evita, en muchos casos, el uso de blindaje. Normalmente se utiliza en ciertos subsistemas problemáticos y en cables de señal. Las perdidas por absorción no dependen de las características del campo (excepto frecuencia). Aumenta con espesor, con la f y con el producto conductividad permeabilidad. En baja frecuencia es necesario esto ultimo, pero son caros y problemáticos.  0),>Reflexión dependen de la impedancia del campo. Cuanto mayor diferencia de impedancias de onda en el aire y en el blindaje, mayor reflexión. Aumentan con conductividad/permeabilidad = buenos conductores. Los campos magnéticos de BF son mu difíciles de apantallar. Por otra parte a baja frecuencia las interferencias que se inducen son pequeñas.