El documento describe los diferentes tipos de ruido que afectan los sistemas de instrumentación, incluyendo ruido externo, ruido interno, ruido térmico, ruido de fluctuación, transitorios, fluctuaciones de alimentación, acoplamiento conductivo y acoplamiento magnético. También explica factores que producen ruido como componentes intrínsecos, sistemas eléctricos humanos y agentes naturales, y cómo caracterizar fuentes de ruido como ruido térmico y ruido de fluctuación.

1. RUIDO EN SISTEMAS DE INSTRUMENTACION
EDWIN DAVID CAMERO ARDILA.
161002224.
JUAN DANIEL MENDOZA DUE ÑAS.
161002236.

2. INTRODUCCION
• Se entiende por ruido las componentes
de tensión o intensidad no deseables
que se superpone con la competencia
de señal que se procesa o que interfiere
con el proceso de medida. En los
dispositivos electrónicos el ruido
consiste en fluctuaciones aleatorias de
la corriente eléctrica a través de un
conductor, causadas por el hecho de
que la corriente se transporta en cargas
discretas (electrones). Esto no solo
ocurre en las uniones p-n, sino en
cualquier conductor, incluso en las
situaciones en que la carga no este bien
localizada.

3. • Se debe distinguir el ruido de disparo de las fluctuaciones de corriente en equilibrio, las
cuales se producen sin aplicar ningún voltaje y sin necesidad de que exista ningún flujo
promedio de corriente. Estas fluctuaciones de la corriente de equilibrio se conocen como
ruido de Johnson-Nyquist.

4. CLASIFICACION DE RUIDO
• El ruido de un sistema se puede clasificar:
• Ruido externo o interferencias, que • Ruido interno o inherente, que
corresponden al que se genera en un corresponden al que se genera en los
punto del sistema como consecuencia de dispositivos electrónicos como
acoplamiento eléctrico o magnético con consecuencia de su naturaleza física
otro punto del propio sistema, o con otros (ruido térmico, ruido por cuantizacion de
sistemas naturales (tormentas, etc.) o las cargas, ruido de semiconductor, etc.).
construidos por el hombre (motores,
equipos, etc.).

5. TIPOS DE RUIDO
• Es importante conocer las
características que definen
los diferentes tipos de ruido
que pueden afectar los
circuitos electrónicos. Cada
uno de los ruidos, tiene
orígenes bastante bien
definidos, conocerlos nos
ayudara a aplicar las
soluciones correctas en cada
caso.

6. CAMPOS ELÉCTRICOS.
• Se producen por tensiones elevadas
conmutando en capacidades parásitas. A
través de estas capacidades se inyectan
corrientes de interferencia. Un ejemplo
clásico es la capacidad parásita de un FET
respecto al radiador o estructura metálica,
utilizada para evacuar el calor. Cuando
este FET conmuta tensiones elevadas con
tiempos de conmutación cortos, se
produce la citada inyección de corriente.
En resumen: en los campos eléctricos
están implicadas tensiones elevadas,
tiempos de conmutación cortos y
capacidades parásitas.

7. CAMPOS MAGNETICOS
• Son la consecuencia de corrientes circulando
por inductancias, en algunos casos éstas
pueden ser parásitas. Cuando las líneas de
un campo magnético atraviesan otra
inductancia cercana, en esa segunda
inductancia aparece otra corriente con la
misma frecuencia del campo magnético y con
una amplitud que depende de la magnitud del
campo y de la inductancia mutua entre las
dos inductancias. Cuando este acoplo es
involuntario, se le llama crosstalk y es
considerado como ruido. En los campos
magnéticos por tanto están implicados la
corriente, la inductancia y los tiempos de
conmutación.

8. TRANSITORIOS
• Aunque pueden tener una
procedencia muy variada, en
muchos casos es producto de
conmutaciones a frecuencias
elevadas. La principal característica
es que se trata de ruido en forma de
fluctuaciones rápidas del nivel de
cualquier señal de control, que en
principio debería mantenerse
estable. Los transitorios pueden
estar presentes en líneas de PCB,
entradas de micro controladores o
salidas de cualquier circuito.

9. FLUCTUACIONES DE LA ALIMENTACIÓN
• Como su nombre indica son variaciones de cualquier forma, amplitud y frecuencia
que pueden experimentar las líneas de EMC y Seguridad funcional.

10. CABLEADOS Y CONECTORES
• El tipo de cables empleados,
coaxiales, trenzados o blindados,
tiene una relación directa con la
cantidad de interferencias que éstos
captarán o serán capaces de radiar a
su entorno. Los tipos de conectores y
la agrupación de señales que se haga
nos determinará el crosstalk entre
pines. La elección de conectores
filtrados o no, tendrá que ver con la
cantidad de energía de RF que
mandaremos al exterior y también la
que entrará en el sistema.

11. SOFTWARE
• El software también tendrá
alguna implicación en la
respuesta final del producto y
algunas estrategias de
software se pueden empezar
a plantear desde el inicio. El
debouncing o la lucha contra
el ground bounce y el filtrado
digital pueden tener una
contribución importante desde
el terreno del software.

12. RELACION SEÑAL-RUIDO
• La relación señal ruido (S/N) es la • Se habla de relación señal ruido
diferencia entre el nivel de la señal (S/N) porque el nivel de ruido es
y el nivel de ruido. Se entiende más o menos perjudicial en función
como ruido cualquier señal no de cual sea el nivel de la señal. La
deseada, en este caso señal S/N se calcula como la diferencia
eléctrica no deseada que circula por entre el nivel de la señal cuando el
el interior de un equipo electrónico. aparato funciona a nivel nominal de
El ruido se mide sin ninguna señal a trabajo y el nivel de ruido cuando, a
la entrada del equipo. ese mismo nivel de trabajo, cuando
no se introduce señal. En un
amplificador, cuanto más se gire el
mando de potencia, más se
amplificará la señal y en la misma
medida se amplificará el ruido.

13. FACTORES QUE PRODUCEN RUIDO EN LOS
SISTEMA ELECTRONICOS
• El ruido electronico puede producirse por:
-Ruido intrinseco de los componentes.
-Sistemas electricos de fabricacion humana.
-Perturbacion por agentes naturales.
• Las dos ultimas categorias se denominan “Interferencias electromagneticas” EMI
-Susceptibilidad o inmunidad electromagnetica (EMS): es la habilidad o capacidad de un
equipo o dispositivo de funcionar correctamente en presencia de EMI.
-Compatibilidad electromagnetica (EMC): es la habilidad de un equipo o dispositivo de
funcionar correctamente en ambientes electromagneticos sin ontroducir peturbaciones
intolerables a otros sistemas de ese ambiente

14. • Para evitar en lo posible los efectos del ruido existen normas y regulaciones
de obligado cumplimiento para homologar los equipos, tanto en EMS como
EMC.
• El ruido afecta tanto a sistemas analógicos como a digitales.
-En sistemas digitales existen una cierta inmunidad intrínseca al ruido. Solo
se verán afectados cuando el nivel de ruido sobrepase su margen de
inmunidad.
-En los circuitos analógicos el efecto del ruido esta siempre presente y
habrá que determinar el nivel máximo permitido y las técnicas a utilizar para
no sobrepasarlo

15. ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN EL ESTUDIO
DE EMI
• En todo fenómeno de ruido hay que tener presente estos tres elementos:
-Fuente de ruido
-Canal de acoplo del ruido
-Receptor de ruido
• Partiendo de este esquema, existen tres maneras de eliminar la
interferencia:
-Eliminarla de la fuente
-Insensibilizar al receptor
-Disminuir la energía transmitida por el canal de acoplo

16. CARACTERIZACION DE LAS FUENTES DE RUIDO
• Ruido Térmico o ruido Johnson: es un ruido que esta presente en toda
resistencia y que es causado por la agitación térmica de los electrones (o
huecos en el caso de semiconductores).
• El ruido térmico es independiente de la naturaleza del material con que esta
construida o de la intensidad de continua que la atraviesa. Este ruido se
genera con igual nivel cuando la resistencia se encuentra en un circuito, a
como cuando se encuentra en el cajón de componentes.
• El ruido térmico puede modelarse como una fuente de tensión en serie con
una resistencia no generadora de ruido. El espectro de la señal de ruido
térmico es de tipo blanco, y tiene una densidad de potencia de valor,

17. RUIDO DE FLUCTUACION (FLICKER NOISE)
• Esta presente en todos los dispositivos activos y pasivos, aunque su origen
depende del tipo de dispositivo. Es un ruido de tipo rosa (1/f) y que se
caracteriza por ser función de la intensidad que atraviesa el dispositivo.
• Siendo, K: una constante que depende del dispositivo.
I: es la intensidad en continua que atraviesa el dispositivo.
α: es una constante propia del tipo de dispositivo y que varia entre
0,5< α<2,

18. CAUSAS DEL RUIDO FLICKER
• El transistor BJT, esta relacionado con la captura y liberación
de electrones y huecos en las trampas de recombinación del
semiconductor.
• En los MOSFET, esta relacionado con los estados de energía
atípica que se crean en la interface entre el silicio y el oxido, los
cuales juegan el papel de trampas para las cargas.
• En las resistencias pasivas en mucho mas acusado en las
resistencias de carbón, que en las de filamento enrollado, y
aparece como un ruido en exceso sobre el ruido térmico, y es
dependiente de la intensidad que la atraviesa.

19. ACOPLO CONDUCTIVO
• El acoplo conductivo se produce como consecuencia de que dos o mas circuitos o
equipos comparten una señal de retorno común.
• Bajo esta situación, la corriente de retorno de un circuito fluye a través de la impedancia
finita de la línea de retorno común generando en ella una variación de potencial que se
observa desde el otro circuito, como una interferencia por cambio de su referencia de su
tierra.
• El acoplo conductivo requiere mas de dos cables de retorno para cerrar la corriente de
interferencia (uno suele ser la propia tierra).

20. • Es muy común en sistemas distribuidos con cables de transferencia de señal
y de alimentación.
• Una característica que solo se
presenta en la interferencia de tipo
conductiva, es que puede presentar
una señal con nivel medio no nulo
• Dada la relevancia de los nudos de referencia en un sistema de instrumentación
o eléctrico en general, se definen tres tipos de tierra, a los que se le asignan
diferentes símbolos para representarlos.