técnicas de reducción de ruido en sistemas embebidos Hardware y Firmware Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Programa de ingeniería en Automática Industrial

¿Que es Ruido? en general, se considera ruido a todas las perturbaciones eléctricas que interfieren sobre las señales transmitidas o procesadas. El ruido puede ser originado de múltiples y muy diversas fuentes: acústicas (maquinarias, vehículos, bocinas), fuentes eléctricas (líneas de potencia, motores), ópticas, térmicas, magnéticas, etc. Cualquier señal se convierte en ruido cuando no es deseada y el término se aplica, en general, cuando ésta opaca a la señal legítima y no esta directamente relacionada con ella, ya que de ser así, se trataría de una distorsión

Tipos de ruido en dominio analógico Ruido en los dispositivos Pasivos: Resistores, capacitores, inductores y transformadores. Ruido en los dispositivos Activos: Amplificadores operacionales, de instrumentación, voltajes de alimentación y referencia, reguladores entre otros. Ruido en los Conductores:

Ruido en dispositivos Pasivos: Resistores Ruido térmico: Se debe al movimiento aleatorio de los electrones en medios conductores como los resistores . La potencia de ruido máxima (en condiciones de adaptación) resulta directamente proporcional a la temperatura y al ancho de banda considerado : P = K.T.B Siendo : K = Constante de Boltzman = 1.38 x 10-23 Joule/°K T = absoluta = 293 K (20 grad centig)

Ruido en dispositivos Pasivos: Capacitores Son identificados como dispositivos que reducen el ruido o sistemas de filtraje de ruido. Los capacitores electrolíticos son utilizados para filtrar bajas frecuencias, bypass y acoplamiento. La desventaja es que un voltaje DC debe ser mantenido a través de sus terminales para evitar que se polarice inversamente. Los capacitores de papel y mylar no necesitan nivel DC pero presentan baja resistencia de fuga, la cual produce ruido.

Ruido en dispositivos Pasivos: Inductores y Transformadores un inductor ideal debería tener solamente inductancia, pero en realidad los inductores también tienen resistencia serie y capacitancia distribuida entre bobinado. Una característica importante es su susceptibilidad (sensibilidad) a extraviar (perder) y generar campos magnéticos. Son usualmente utilizados para proveer aislamiento entre dos circuitos, suelen generar ruido a causa de la actividad de conmutación de asociados con dicho aislamiento.

Ruido en dispositivos Activos: Ruido por contacto o parpadeo: es ruido de baja de frecuencia donde la densidad de potencia varia como el reciproco de la frecuencia (1/f)

Ruido en dispositivos Activos: El ruido de disparo es asociado con el flujo de corriente DC a través de unión p-n. Este ruido es debido a la difusión aleatoria a través de los portadores en la base del transistor y a la generación aleatoria y recombinación de pares agujero electrón La contribución de ruido de esta fuente es generalmente vista en las frecuencias más altas o el ancho de banda mostrado en la figura anterior

Ruido en los Conductores: Se presenta por falta de aislamiento entre circuitos, por ejemplo cuando un conversor DC/DC suministra energía a dos circuitos, la conmutación de este dispositivo produce ruido que se manifiesta en corrientes que circulan a través de la tierra física que cierran un bucle entre circuitos y ocasionan efectos indeseados.

Manejo de ruido Filtros estratégicos para fuentes de energía Filtros estratégico para paso de señal Estrategias de diseño de PCB

Filtros estratégicos para fuentes de energía Capacitores Bypass: los capacitores bypass deben encontrar en todo diseño; obligatoriamente en la fuente de energía y una por cada dispositivo activo (digital y análogo). El valor de capacitor bypass del dispositivo depende de ancho de banda del dispositivo en cuestión y generalmente el fabricante entrega valores recomendados

Filtros estratégico para paso de señal Filtro anti-aliasing: Es un filtro pasa bajas analógico que elimina las componentes altas de frecuencias de la señal de entrada al conversor A/D. estas frecuencias, contaminarían la conversión de datos Filtro digital: también elimina frecuencias que no corresponden con la señal de interés y tiene ventajas frente al filtro analógico, como: facil programación e implementación entre otras.

Estrategias de diseño de PCB En general, los dispositivos en el circuito deben ser separados en dos categorías: de alta velocidad (>40MHz) y de baja velocidad. Una vez echa esta separación, los dispositivos deben ser separados una vez mas en 3 subcategorias: señal digital pura, análoga pura y mixta

Estrategias de diseño de PCB Los dispositivos analógicos puros deben estar mas alejados que los dispositivos digitales y el conector para asegurar que el ruido de conmutación digital no este acoplado en la ruta de la señal analógica a través del plano de tierra.