Untitled Document

Control de la interferencia electromagnética

Mario Benedetti, Daniel Calcoen, Joaquin Fernadez Rovira, Walter Kloster, Juan Manuel Lorenzo, Roberto Petrocelli, Gustavo Uicich

Indice General

1 Generalidades 1

1.1 Descripción de la Problemática 1
1.2 Fuentes de E.M.I 2
1.2.1 Fuentes Naturales 3
1.2.2 Fuentes Artificiales 3
1.3 Mecanismos de Propagación de Interferencia 5
1.3.1 Conducción 5
1.3.2 Acoplamiento reactivo 6
1.3.3 Radiación 6
1.4 Áreas de Interés 6
1.4.1 Situaciones de E.MI que Involucran Riesgos de Ignición o Explosión 6
1.4.2 Optimización del uso del Espectro de RF 7
1.4.3 Limitación de las Perturbaciones en la Red Eléctrica 7
1.4.4 Mal Funcionamiento de Equipos Electrónicos 7
1.4.5 Seguridad en el Manejo de Datos 7
1.4.6 Efectos Biológicos 8
1.5 Prácticas de E.M.C 8
1.6 Estándares o Normas 9
1.7 Mediciones y Ensayos 10
1.8 Enseñanza de E.M.I. y Técnicas de E.M.C. 11

2 Caracterización de Componentes 13

2.1 Dipolos Eléctrico y Magnético 13
2.1.1 Impedancia de Onda 13
2.1.2 Dipolo Eléctrico 14
2.1.3 Dipolo Magnético 19
2.1.4 Casos Intermedios de Impedancia de Onda 21
2.2 Conductores 23
2.2.1 Resistencia de un Conductor en CC 23
2.2.2 Resistencia en AC 24
2.3 Inductancias 37
2.3.1 Inductancia Efectiva 37
2.3.2 Inductancia Efectiva Parcial 38
2.3.3 Inductancia Interna y Externa 39
2.3.4 Método de la Autoinductancia y la Inductancia Mutua 40
2.3.5 Inductancia en el Espacio Libre 43
2.3.6 Inductancia con Planos Conductores 44
2.3.7 Inductancia Mutua entre Espiras 46
2.3.8 Inductancia por Unidad de Longitud 47
2.4 Capacidad y Capacitores 51
2.4.1 Capacidad de dos Placas Paralelas 51
2.4.2 Capacitor como Elementos Circuitales 51
2.4.3 Capacitores Electrolíticos de Aluminio 53
2.4.4 Capacitores de Película 55
2.4.5 Capacitores de Supresión de EMI de Línea 59
2.4.6 Capacitores Cerámicos 60
2.4.7 Capacitores de Papel 61
2 .4.8 Capacitores Pasantes 61
2.5 Líneas de Transmisión 62
2.5.1 Teoría de Líneas de Transmisión 63
2.5.2 Línea de Transmisión Cargada y Excitada en un Extremo 65
2.5.3 Línea de Transmisión Excitada en Ambos Extremos 67
2.5.4 Línea de Transmisión Excitada por una Fuente en Serie con la Linea 67
2.5.5 Línea con una Fuente de Tensión Distribuida a lo largo de los Conductores 68
2.5.6 Línea de Transmisión en Presencia de Campos Electromagnéticos 69
2.5.7 Corrientes Generadas por una Onda Plana 73

3 Fuentes y Mecanismos de Acoplamiento 77

3.1 Espectros de Señales Interferentes 77
3.1.1 Caracterización de las Señales de E.M.C 77
3.1.2 Serial Tipo: Trapezoidal 78
3.1.3 Envolvente de la Señal Trapezoidal 79
3.1.4 Otros Espectros 80
3.1.5 Comparación entre dos Pulsos 82
3.1.6 Conclusiones 82
3.2 Sensibilidad 83
3.2.1 Circuitos Analógicos 83
3.2.2 Circuitos Digitales 83
3.2.3 Límites de Sensibilidad 85
3.3 Puntos de Referencia: Tierra y Masa 86
3.4 Análisis de Seguridad en Equipos 87
3.4.1 Análisis de Seguridad en Equipos contra Señales no Repetitivas de gran
Amplitud y Corta Duración 87
3.5 Descargas Electrostáticas 92
3.6 Tensión Inducida en una Espira 94
3.6.1 Tensión Inducida por un Campo Eléctrico 94
3.6.2 Tensión Inducida por un Campo Magnético 97
3.7 Acoplamiento entre Circuitos (Crosstalk) 99
3.7.1 Cálculo de Acoplamiento 99
3.8 Modo Común y Modo Diferencial 107

4 Acoplamiento de Modo Común 109

4.1 Problemática General: Interconexión de Equipos 109
4.1.1 Acoplamiento de Modo Común 109
4.1.2 Circuitos Balanceados a Transformador 116
4.1.3 Topologías Balanceadas 116
4.2 Técnicas de Reducción de las Perturbaciones de Modo Común 120
4.2.1 Reducción de V c 121
4.2.2 Aumento de la Impedancia del Lazo de Modo Común 123
4.2.3 Filtrado 127
4.3 Resumen 128

5 Acoplamiento de Modo Diferencial 131

5 .1 Introducción 131
5.2 Reducción del Área Efectiva 132
5 .3 Conductores Coaxiles 133
5.3.1 Caracterización de Cables Coaxiles 134
5 .4 Efectos del Blindaje 140
5.4.1 Cables Blindados Considerados como Líneas de Transmisión 142
5 .5 Conductores Balanceados 148
5.5.1 Conductores balanceados con blindaje, en Circuitos Desbalanceados 148
5.5.2 Conductores balanceados con blindaje, en Circuitos Balanceados 151

6 Circuitos Impresos 153

6 .1 Introducción 153
6 .2 Circuitos Impresos Simple Faz 154
6.2.1 Interconexión de Componentes 154
6.2.2 Líneas de Transmisión en Circuitos Impresos 162
6 .2.3 Conclusiones 164
6 .3 Impresos de Doble Faz 165
6.3.1 Dimensionamiento Práctico de Microstrips 165
6 .4 Circuitos Impresos Multicapa 169
6.4.1 Circuitos Impresos de Cuatro Capas 170
6 .4.2 Circuitos de Seis Capas 172
6.4.3 Circuitos de Ocho y Diez Capas 174
6 .5 Puesta a Tierra de PCBs 175
6.6 Interrupciones en el Plano de Masa 176
6 .7 Separación de Zonas 176
6 .8 Capacitores de Filtro 178
6.9 Terminación de líneas de alta velocidad 178
6.10 Circuitos Impresos Multipac 179

7 Blindajes 181

7.1 Concepto 181
7.2 Efectividad del Blindaje 181
7.3 Onda Transmitida y Reflejada 182
7.4 Impedancia del Medio 184
7.5 Pérdidas por Absorción ( A [dB]) 186
7.6 Pérdidas por Reflexión ( R [dB]) 188
7.7 Atenuación Compuesta 193
7.8 Reflexiones Múltiples en Blindajes Delgados ( B [dB]) 193
7.9 Efectividad Neta del Blindaje para Campos Magnéticos 193
7.10 Efectividad Neta del Blindaje para Campos Eléctricos 194
7.11 Aberturas en Conductores Planos 196
7.11.1 Efectividad de una Caja con una Abertura única Considerada como Dipolo 197
7.11.2 Efectividad de una Caja con una Abertura Considerada como Línea de
Transmisión en Corto Circuito 197
7.11.3 S e GO : Efecto Guía de Onda 200
7.11.4 Efectividad del Blindaje en Alta Frecuencia 202
7.12 Efecto de Múltiples Aberturas 202
7.12.1 Dos Aberturas Idénticas 204
7.12.2 N Aberturas Idénticas 205
7.13 Efecto de la Estructura del Gabinete sobre la Efectividad de Blindaje 206 7.13.1 Gabinetes metálicos 206
7.13.2 Gabinetes con Estructura Metálica y Cubierta de Plástico 206
7.13.3 Gabinetes de Plástico con Mallado Metalizado 208
7.13.4 Gabinetes de Plástico Metalizado 208
7.14 Pérdidas por Discontinuidad en los Gabinetes 210
7.14.1 Ventanas para Visualización 210
7.14.2 Ventanas de Ventilación 212
7.14.3 Costuras de Mantenimiento 212
7.14.4 Ventanas para Componentes 215
7.15 Atenuación en Edificios 215

8 Acoplamiento por Red E1éctrica 219

8.1 Clasificación de las Perturbaciones 219
8.1.1 Fluctuaciones Lentas 220
8.1.2 Fluctuaciones Rápidas 220
8.1.3 Sobretensiones 220
8.1.4 Sobretensiones de Alta Velocidad 222
8.1.5 Armónicas estacionarias 223
8.1.6 Microcortes 223
8.2 Tolerancia de los Equipos Electrónicos a Fallas en la Red 223
8.3 Reducción de Interferencias de Línea. Tecnicas de Acondicionamiento 224 8.3.1 Supresores de Transitorios (TVS, Transient Voltage Supressor) 224
8.3.2 Circuito de Aplicación 228
8.3.3 Filtros de EMI/RFI 228
8.4 LISN (Line Impedance Stabilization Network) 234
8.4.1 Medición de Tensiones de Modo Diferencial 237
8.4.2 Medición de Tensiones de Modo Común 238
8.4.3 Medición de Corrientes Interferentes 238
8.4.4 Conclusiones 240
8.5 Transformadores de Aislación con Pantalla 240
8.5.1 Incremento del Rechazo de Modo Común 241
8.5.2 Incremento del Rechazo de Modo Diferencial 244
8.5.3 Conclusiones 244

A Ecuaciones de Maxwell 247

A.1 Divergencia de B 247
A.2 Definición de D 247
A.3 Divergencia de D 248
A.4 Teorema de la Divergencia 249
A.5 Ley de Ampere 250
A.6 Rotor de H (Primera Aproximación) 250
A.7 Teorema de Stokes 252
A.8 Rotor de H (Expresión Definitiva) 253
A.9 Relación entre E y B (Ley de Faraday) 254
A. 10 Expresión Integral de las Ecuaciones de Maxwell 255
A.11 Potenciales 257
A.11.1 Potencial Escalar V 257
A.11.2 Potential Vectorial 258
A.11.3 Relaciones entre los Campos y los Potenciales 259
A.11.4 Potenciales Retardados 260

B Dipolo Corto 263
B.1 Cálculo de A 263
B.2 Cálculo de V 264
B.3 Expresiones de los Campos E y H 265
B.3.1 Campo H 266
B.3.2 Campo E 267

C Impedancia Interna 269
C.1 Impedancia de un piano Conductor de Tamano Infinito 269
C.2 Impedancia de un Conductor Plano 274
C.3 Impedancia Interna de un Conductor Cilíndrico 277

D Cálculo de Inductancias 281
D.1 Cálculo de la Inductancia Parcial de un Segmento Conductor de un Espira
Plana Rectangular 281
D.2 Cálculo de la Autoinductancia e Inductancia Mutua 283

E Transformada y Series de Fourier 285
E.1 Señales Periódicas 285
E.1.1 Concepto Elemental de Fasor 285
E.1.2 Espectro de Frecuencia Positiva y Espectro Doble 286
E.1.3 Espectro de una señal Peri6dica: Series de Fourier 286
E.2 Señales Aperiódicas 289
E.2.1 Densidad Espectral de Energía 290