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Esto puedes hacer para distinguir Señales de Modo Común y Señales Diferenciales

Una de las soluciones que actualmente se emplean es el uso de ferritas EMI, ‘snap ferritas’ o abrazaderas de ferrita.

ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas

Al diseñar un circuito electrónico nos topamos con problemas como el EMI o Interferencia Electromagnética, la cual ocasiona severos problemas a nuestro sistema. Saber distinguir entre las señales de modo común y las señales diferenciales facilita las maniobras para elegir la solución adecuada para combatir el ruido generado.

   

Está universalmente aceptado que es más rápido y menos costoso intentar prevenir la posibilidad de interferencias al comienzo de la fase de diseño, en lugar de buscar cómo solucionarlas cuando aparezcan. Durante el proceso de diseño, la primera solución, la menos compleja y costosa, suele ser recolocar los componentes del mismo buscando conexiones más cortas, de menor impedancia y un mejor diseño de la masa del circuito.

No obstante, como todo proceso de evaluación o pruebas, implementar una técnica conlleva siempre a estar preparado para cualquier contingencia, principalmente conocer algunas opciones que faciliten la identificación de la fuente generadora del ruido, no por nada, en la industria la mayoría de los ingenieros desarrolladores optan a menudo por integrar en lugar de diseñar, pues las soluciones halladas en el mercado pueden recortar tiempo, dinero y ahorrarnos muchos problemas.

Algunas de las alternativas existentes para dar con las señales parásitas sugieren reducir la velocidad de trabajo en algunos sistemas electrónicos a través de una reprogramación, utilizar ciertos blindajes adicionales en aquellos componentes críticos de nuestra tarjeta con el fin de aislarlos, recolocar dichos componentes en otro lugar, reemplazar los módulos con otros de mayor resistencia o calidad, y finalmente, activar los componentes a un voltaje cero cuando se trabaja con corriente alterna, por mencionar algunas opciones.

Entender la diferencia entre las señales de modo común y las señales de modo diferencial es extremadamente importante, ya que tenemos que saber lo que requiere el circuito para reducir el ruido. Pero, ¿Cómo sabemos si el ruido es diferencial o modo común? Una manera de probar si es común o diferencial es colocar una ferrita Snap, ferritas EMC, o abrazaderas de ferrita en el cable a analizar.

La ferrita a presión permitirá detectar si hay una mejora en la reducción del ruido, y si sucede esto, entonces el problema estará en modo común. Si no, entonces hay un problema diferencial. Pero hay que tener en cuenta que en el cable hay líneas de ida y de regreso, pues esto nos puede traer diversos conflictos al momento de realizar nuestro proceso de muestreo.

Cabe señalar que a menudo los inductores de modo común se utilizan para reducir un tipo específico de ruido eléctrico conocido como ruido de modo común, o hallados dentro del argot técnico como Inductores de corriente compensados o Inductores de cancelación de corriente.

Los Inductores de modo común funcionan bien trabajando en aplicaciones como fuentes de alimentación ACDC y en las líneas de señal donde la distorsión de la señal va a crear problemas. Cuando se trata de alimentación AC, el ruido de modo común es el ruido de la señal entre la tierra y neutro/fase.

Estos tienden a tener rangos de frecuencia más altos que el ruido de modo diferencial debido al hecho de que estas se originan a partir de señales de modo diferencial que son inductivas o capacitivamente acopladas.

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En la siguiente imagen que pudimos rescatar de un documento técnico del fabricante alemán de componentes electromecánicos y de potencia, Würth Elektronik, se observa un ejemplo de aplicación de Snap de ferrita para la detección de señales:

En la ilustración se muestra la formación de interferencia de señales diferenciales que afecta la línea de suministro de un convertidor Flyback. (Fuente: Würth Elektronik).

   

De acuerdo al documento de la compañía, con el uso de un convertidor flyback como ejemplo, se puede ver la formación de la corriente de interferencia de modo diferencial en las líneas de suministro, también es posible observar la corriente de interferencia que se desplaza en dos direcciones diferentes.

Para la señal diferencial, es posible ver que la corriente entra y fluye en el circuito (V1) mediante la carga y de regreso (V2). Aquí, los voltajes en cada cable están en relación al potencial de tierra; Sin embargo, no viajan a través de la tierra. Para los sistemas cableados la búsqueda es precisamente del tipo diferencial. Esta es la señal que va a transportar los datos. Para las señales de modo diferencial, el voltaje en V1 menos V2 es igual al voltaje diferencial.

A través de un inductor esta señal crea campos magnéticos de igual magnitud pero opuestos, por lo que se anulan entre ellos. La señal pasa a través del inductor sin atenuarse y esto propiciará que haya cero impedancia generada.

En la ilustración se muestra la formación de interferencia de señales en modo común que afecta la línea de suministro de un convertidor Flyback. (Fuente: Würth Elektronik).

   

Como podemos observar, la corriente de interferencia de modo común viaja en la misma dirección en ambos caminos del circuito, por lo que es importante que exista un camino de retorno, por lo general una tierra física o un cable.

Del mismo modo, identificamos una capacidad parásita creando un camino para la corriente en modo común a fluir a tierra. Por esta razón, la corriente no fluirá a través de la carga ya que no hay diferencia de potencial a través de ella y en consecuencia las señales son iguales.

El documento agrega que estas señales se suman en lugar de cancelarse entre ellas y el resultado es alta impedancia a la señal de modo común que se atenúa en gran medida y recurrirá a la tierra para viajar. Debido a que la tierra varía el ruido comienza a hacerse presente.

De esta forma, el Snap de ferrita es sumamente importante en caso de que inicies un diseño de circuito, y en caso de que el resultado no sea el deseado con respecto a EMI, entonces se puede implementar la técnica de esta abrazadera para la detección de las señales de modo común y de las diferenciales.

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