Ruido eléctrico por cable plano en tarjeta de datos


#1

No sabría en qué categoría asociar este mensaje. Tenemos un equipo que integra una placa de datos que tiene dos canales. En un canal se conectan internamente un grupo de bornes/pines del conector y en el otro, otro grupo de bornes/pines. Por la parte externa, si un canal se conecta a GND, todos esos pines están a GND y el otro queda sin conectar, al aire. Luego estos dos canales se medirán en otro bloque. Cómo? básicamente lo que hace es mirar si hay corriente entre esos dos canales o si por el contrario hay una R muy grande (circuito abierto). Para poder realizar estas medidas el bloque alimenta con 1mA el canal ‘a’ (que no está a GND).

Hay varias formas de conectar esos dos canales por la parte externa y tomar medidas (con una C, una R, CC, CA). Pero el caso que comento es CA (circuito abierto). Si dejamos el conector externo los pines del canal que no está a GND al aire, tengo circuito abierto entre el canal y GND, sí? El equipo espera un tiempo de estabilización de la señal para medir, detecta que no hay corriente circulante suficiente ni caída de tensión (o una R muy grande), por lo tanto ofrece un resultado correcto.

Todo va bien, hasta que añado a cada conector de 64pines un cable plano (unos cuantos en realidad, uno por cada conector = 64 pines). El cual dejo sin conectar por el otro extremo. Es decir, entre canal ‘a’ y GND sigue en circuito abierto, sólo añado un cable plano (sin conectar a nada) en el canal ‘a’. Pero el equipo detecta continuidad. Lo cual quiere decir que místicamente el conjunto de cables planos -que no está conectado a ningún elemento más que al aire por el otro extremo- introduce corriente y hace circular suficiente corriente entre un canal y el otro de GND para ser equivalente a un cierto grado de continuidad entre canales. Los cables se disponen en paralelo, muy juntitos, y pueden medir hasta 3 metros. Partiendo de que no son pares trenzados, de que desconozco el grado de inmunidad y de apantallamiento de este tipo de cable lancé mi primera suposición:

Sospecho que al dejar los cables así hay ahí una mezcla de capacitancias y corrientes inducidas por L, Cs y Rs parásitas (elementos pasivos que al acumular energía pueden acabar retornándola cuando se rompe una continuidad) que se suman al transitorio. Esa es mi hipótesis por ahora. Siguiendo la pista de lo que puede ser la causa (impedancias parásitas) nos hemos propuesto medir con osciloscopio la forma de la señal en el canal, sobretodo para observar el transitorio (amplitud, frec de oscilación, duración) en el escenario en que todo funciona correctamente, sin acoplar ningún cable. Después trataremos de medir el mismo canal con el cable incorporado y comparar las señales.

A parte de las pistas anteriormente comentadas para suponer la introducción de corriente parásita, cuando le damos más tiempo al equipo para comprobar si cae la tensión, la medida resulta correcta. Si aumentamos en bloque medidor, el margen de detección de rizado de tensión del transitorio (bajamos la R min para detectar ca) para entender que hay aislamiento, también resulta correcto (significa que la amplitud max del transitorio ha crecido). Por eso me interesa observar los cambios que experimenta el transitorio del canal. Ambos casos son soluciones provisionales que comportan “efectos secundarios” no deseados en la funcionalidad del equipo. Vamos, que no es la solución más fiable. Pero que se “solucione” así me aportó cierta información.

Es la primera vez que me enfrento al reto de encontrar la verdadera causa de este aumento de ruido al incorporar cable (pero manteniendo el circuito abierto) y quisiera asesoramiento para ver si voy por buen camino o me recomendáis otras formas de proceder. A ver, yo espero encontrar 2 señales diferentes en osciloscopio, por el hecho de que en una hay ruido y en la otra no. Pero y después de eso? Cómo se va despejando la incógnita? Qué más medidas haríais y qué dato buscarías para dar con el origen del problema? o cómo se va dando solución al problema? Filtros? Aumentar la corriente que la fuente inyecta en el canal para que la corriente parásita en comparación sea despreciable?

Qué opináis, qué medidas o pruebas haríais? se me escapa algo? soluciones para corregir este ruido inducido?


Transitorios en señal por conmutación
#2

Una pregunta: el cable plano está bien cortado?, porque a veces quedan unos pequeños filamentos en los extremos, casi invisibles, que te producen un corto, me ha pasado algunas veces.


#3

Buenas, Nikotes,
En principio están bien, no se aprecian filamentos. Creo que están comprados con esas medidas así que supongo que están bien testados por el fabricante. Por otra parte me comentan que los GNDs de estos equipos no están tan bien balanceadas. Me comentan que a lo mejor también tiene algo que ver (es decir, que tendré que confirmarlo yo).

Si fueran por ahí los tiros, cómo se corrige un problema de GNDs? Soy nueva en el mundo PCB, pero me suena que hay estrategias. Ahora mismo no puedo poner la mano en el fuego que esta placa tenga plano de masa, etc. Me comentan que al conectar las masas de los equipos entre sí aparecen niveles de tensión en estas masas. Lo arreglan con un apaño que quizás no venga mucho a cuento comentar, pero creo que se hace empalmando con el hilo de masa de la fuente de tensión en vez de sacar el gnd de un equipo a otro (idea que se perseguía en un inicio, que un equipo pudiera ofrecer la masa al siguiente y así sucesivamente).

Saludos.


#4

Suena a un problema en las tierras. Lo mejor es conectar todas las masas a fuente, porque la conexión en cascada te puede generar una corriente que puede ser perceptible en el equipo que esé más cerca a la fuente.
Prueba a conectar todas las masas a una sola común en la fuente.
Para evitar ese problema está el plano de masas, pero no se puede hacer en todos los PCB.
La tierra debe ser siempre la referencia de 0V, si no lo es (caso de conexión en cascada, etc.) entonces puedes tener cualquier cosa.
Tus cables también pueden estar haciendo de antena y recoger la radiación EM del medio ambiente, sobre todo la de 50Hz y sus armónicos… tienes tubos fluorescentes donde haces las pruebas?, son una fuente de ruido EM que se mete hasta en la sopa!
Saludos.


#5

Fíjate es algo que llegué a pensar, en el cableado de la alimentación del local que transporta la señal de fase de 220v, pues es un ruido que tengo entendido se cuela fácilmente, sobretodo allí donde coexisten con instrumentación y sistemas de medida. Lo que no recuerdo las formas de mitigar esos efectos. Si busco, seguro que encuentro estrategias.
Y sí, estamos rodeados de fluorescentes. Al no haber luz natural por ningún lado aquí, es todo iluminación por fluorescente. Las dos plantas.


#6

Ya que me sacas el tema, por qué en unas placas sí se podría hacer plano de masa y en otras no?
PD: Muchas gracias por toda la info que me estás dando.


#7

El plano de masa requiere una capa exclusiva de PCB, si trabajas con una densidad en el PCB lo más seguro es que tenga un mínimo de 4 capas … y eso cuesta!.
El plano de tierra, al ser todo cobre, prácticamente tiene pocas pérdidas de un extremo a otro, a diferencia de las pistas tradicionales, que tienen una impedancia que aumenta según el trazado.


#8

Entiendo, va en función de poderte permitir una capa sola de masa.
También es recomendable tener una capa sola para hacerse un plano de VCC (alimentación positiva)? Hace un tiempo me pasó el comentario por delante y en alguna que otra práctica me recomendaron hacer un polígono para GND y otro para esta VCC lo más grande que pudiera (ya que no podíamos hacer la capa de masa y supongo que lo mismo para VCC). Pero ahí te estás formando un condensador considerable. Así que no sé hasta que punto también es usual hacer plano de VCC.

Saludos.


#9

Normalmente se usan dos planos, uno de GND y otro de VCC, y no pasa nada el que se forme un condensador entre ellos, ya que estaría únicamente entre esos planos de alimentación, que es donde se agradecen los condensadores, por estabilidad.


#10

niko me están resultando datos muy clarificadores. Agradezco el conocimiento compartido.

Saludos.