¿Da usted por hecho que meter la placa en una caja de aluminio ya es apantallarla?
En realidad, una caja metálica o un cable apantallado no sirven de nada si no se conectan a masa. Es más: un blindaje flotante puede llegar a comportarse como una antena que recoge ruido. Este artículo explica, desde el circuito equivalente, por qué funciona el apantallamiento.
- Los tres tipos de apantallamiento
- Apantallamiento electrostático: por qué hay que llevarlo a masa
- Apantallamiento electromagnético: «reflexión» y «absorción» en el metal
- Los «agujeros» arruinan un blindaje
- Conexión de la pantalla de un cable: ¿un extremo o los dos?
- El efecto de apantallamiento del plano de masa
- Resumen
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Los tres tipos de apantallamiento
El ruido que se propaga por el aire sigue tres caminos, y cada uno exige un tipo de blindaje distinto.
- Apantallamiento electrostático: bloquea la inducción electrostática (a través de la capacidad parásita). Emplea un conductor eléctrico
- Apantallamiento magnético: bloquea la inducción electromagnética (el enlace de flujo). Material magnético a baja frecuencia, conductor a alta frecuencia
- Apantallamiento electromagnético: bloquea las ondas electromagnéticas (campo lejano). Emplea un conductor eléctrico
Son tres fenómenos distintos, pero una caja metálica real asume los tres a la vez. Empezamos por el más básico: el apantallamiento electrostático.
Apantallamiento electrostático: por qué hay que llevarlo a masa
La inducción electrostática es ruido transmitido a través de la capacidad parásita. Si entre la fuente de ruido A y el circuito afectado B existe una capacidad parásita C1, la variación de tensión de A se transmite a B a través de ella.
¿Qué ocurre al insertar un blindaje (una placa conductora) entre A y B? Veámoslo con el circuito equivalente.
Con el blindaje conectado a masa: el ruido de A llega al blindaje a través de C2, pero como el blindaje está conectado a masa su potencial se mantiene en cero. Si el potencial del blindaje es cero, el ruido no pasa a B a través de C3.
Con el blindaje flotante (sin conexión a masa): el ruido de A hace variar el potencial del blindaje a través de C2 y sigue hasta B por C3. El blindaje se convierte en el punto medio de un divisor capacitivo que retransmite el ruido: el efecto de apantallamiento es nulo e incluso puede empeorar las cosas.
Aquí está exactamente la razón de que un blindaje «solo empiece a funcionar cuando se lleva a masa».
Apantallamiento electromagnético: «reflexión» y «absorción» en el metal
El apantallamiento frente a ondas electromagnéticas (alta frecuencia) funciona porque el metal las refleja y las absorbe.
Pérdida por reflexión
La impedancia de onda del aire es de unos 377 Ω; la del metal es ≪ 1 Ω. Esa gran diferencia de impedancia hace que la mayor parte de la onda se refleje en la superficie metálica. Solo con este efecto, una lámina metálica delgada ya proporciona un gran apantallamiento.
Pérdida por absorción
La parte de la onda que penetra en el metal hace circular corrientes (corrientes de Foucault) y se convierte en calor. La onda decae exponencialmente conforme avanza por el metal y a cierta profundidad —la profundidad de penetración o efecto pelicular— resulta prácticamente nula. Esa profundidad disminuye al subir la frecuencia, de modo que a alta frecuencia basta con metal delgado.
Conclusión práctica: incluso una lámina metálica fina apantalla de sobra frente a ondas de alta frecuencia. El caso incómodo es el campo magnético de baja frecuencia (ruido de red a frecuencia industrial y similares), que exige un material magnético de alta permeabilidad como el permalloy.
Los «agujeros» arruinan un blindaje
Para que el apantallamiento electromagnético funcione del todo hace falta rodear el circuito sin rendijas. Pero toda caja real tiene agujeros y ranuras: recortes de conectores, rejillas de ventilación, pasos de cable, juntas de panel.
Lo importante no es «el área del agujero», sino su longitud, el lado largo. El apantallamiento electromagnético funciona porque circula corriente inducida por el material del blindaje, y una ranura larga y estrecha corta ese camino de corriente. Aunque su área sea pequeña, una ranura larga hace mucho daño.
Medidas:
- Para ventilar, muchos agujeros pequeños en vez de uno grande (diámetro muy inferior a la longitud de onda)
- Unir eléctricamente y con seguridad las juntas de la caja: la pintura convierte una junta en un «agujero» eléctrico
- Usar conectores apantallados y unir su carcasa a la masa de la caja
Conexión de la pantalla de un cable: ¿un extremo o los dos?
Existe la eterna duda de si conectar la pantalla de un cable apantallado solo en un extremo o en ambos.
Desde el punto de vista electrostático basta con llevar la pantalla a masa, así que conectar un solo extremo está bien. Conectar ambos crea un bucle de masa, y un campo magnético externo que enlace ese bucle capta ruido.
Frente a la inducción de alta frecuencia, en cambio, el efecto de apantallamiento surge de la corriente que circula por la pantalla. Para que haya corriente hace falta un bucle, así que conectar ambos extremos resulta ventajoso.
Las medidas lo confirman: a baja frecuencia gana la conexión por un extremo; a alta frecuencia, la conexión por ambos. Elegir según las frecuencias en juego, o conectar ambos extremos y gestionar el bucle por diseño, es la respuesta realista.
El efecto de apantallamiento del plano de masa
En el diseño de placas no solo apantalla la caja metálica: el propio plano de masa actúa como blindaje.
Acercar una pista de señal al plano de masa hace que sus líneas de campo eléctrico terminen en el plano, lo que reduce la diafonía hacia las pistas vecinas. Es exactamente el principio del apantallamiento electrostático, con el plano de masa actuando como conductor a potencial cero.
Colocar el plano de masa en una capa interna de una placa multicapa, de modo que quede intercalado con las capas de señal, es la disposición que maximiza este efecto.
Resumen
- Hay tres tipos de apantallamiento —electrostático, magnético y electromagnético— y cada uno funciona por un principio distinto
- El apantallamiento electrostático exige conexión a masa. Dejarlo flotante resulta contraproducente, y el circuito equivalente muestra exactamente por qué
- El apantallamiento electromagnético combina reflexión y absorción. Incluso el metal delgado es eficaz a alta frecuencia
- Lo que arruina un blindaje es la longitud de la abertura. Piense en el lado largo, no en el área
- El plano de masa también apantalla. Enrutar cerca de él reduce la diafonía
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