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Publicada porReyna Manrique Modificado hace 10 años
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técnicas de reducción de ruido en sistemas embebidos Hardware y Firmware
Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Programa de ingeniería en Automática Industrial
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¿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
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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:
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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 Joule/°K T = absoluta = 293 K (20 grad centig)
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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.
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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.
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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)
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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
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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.
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Manejo de ruido Filtros estratégicos para fuentes de energía
Filtros estratégico para paso de señal Estrategias de diseño de PCB
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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
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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.
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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
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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.
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