Cómo combatir las interferencias electromagnéticas de nuestro ordenador

Introducción

Las interferencias electromagnéticas es uno de los problemas más desconocidos por la mayoría de usuarios de dispositivos electrónicos, sin embargo causan los problemas más comunes y difíciles de solucionar.

El principio es sencillo, estamos rodeados de radiación de distintos tipos, ondas de radio, de la televisión, de los móviles, de las conexiones inalámbricas (Wireless, bluetooth, etc.) y para colmo algunos circuitos electrónicos emiten radiación que no deberían. Toda esta energía está en el ambiente, algunas veces se utiliza como por ejemplo la correspondiente a las ondas de una red Wireless que es captada por una antena y por tanto podemos comunicarnos. Otras sin embargo, esa energía se introduce en cables y circuitos haciendo que estos no funcionen correctamente.

Los fallos pueden variar dependiendo del dispositivo del que se trate, desde desconexiones en las comunicaciones hasta ralentización de las mismas, pasando por inestabilidad, cuelgues, pérdidas de datos, etc.

A lo largo de este artículo vamos a explicar de qué manera afecta esta radiación al funcionamiento normal de los dispositivos electrónicos y sobre todo como protegerlos de ella para conseguir que nuestros dispositivos e instalaciones de comunicaciones se vean mínimamente afectados por las interferencias.

Señales analógicas vs digitales

De conocimiento generalizado es que existen dos tipos de señales las analógicas y las digitales, sin embargo pocos saben exactamente en qué consisten y como les afectan las interferencias a cada una, por ello el primer paso es tener estos conceptos básicos de electrónica claros.

La principal diferencia es como cada señal transmite la información que lleva. Para comprender mejor el funcionamiento de cada una vamos a poner como ejemplo un sensor de temperatura que mide un rango entre 0 y 50ºC. Este va a transmitir la temperatura de una habitación en formato analógico y digital y compararemos como se lee cada señal y como le afecta el ruido a cada tipo.

Señales analógicas

La señal analógica da su valor en magnitud, es decir, tiene un valor en voltios que cambia en función del valor que quiera transmitir en este caso de temperatura. Como la temperatura se mueve en unos rangos muy amplios (de 0 a 50ºC) y el sensor solo puede dar de 0 a 5V, tiene que haber una relación de conversión, en este ejemplo será de 10, es decir si el sensor da una señal de 5V es que la temperatura está a 50ºC, si da 2,5V la habitación estará a 25ºC, etc. En la gráfica se puede observar la medición de este sensor a lo largo de 10 minutos, donde la temperatura varía de 23 a 26ºC, se observa como simplemente el resultado es que el voltaje varía de 2,3 a 2,6V así que para saber la temperatura nuestro sistema simplemente deber medir el voltaje que sale del sensor.

Datos que devuelve el sensor de temperatura

Se observa en la gráfica como en el primer minuto tenemos 2,3V es decir 23ºC, después 2,4V es decir 24ºC y en el minuto 10 tenemos 2,5V es decir 25ºC.

Señales digitales

Las señales digitales solo tienen dos tipos de voltajes, el valor alto (1 binario) y el bajo (0 binario), generalmente no siempre un 1 es cuando el voltaje llega al máximo sino cuando este pasa un umbral. Por ejemplo en un sistema alimentado a 5V teóricamente cuando tengamos 5V tendremos un 1 binario y cuando tengamos un 0V tendremos un 0 binario. Realmente lo que se hace es establecer un umbral, por ejemplo 2,5V que es la mitad del voltaje máximo, así cuando tengamos más de 2,5V tendremos un 1 binario y cuando tengamos 2,5V o menos tendremos un 0 binario.

Una vez sepamos que numero tenemos en binario deberemos convertirlo a base decimal que son los números normales que conocemos todos, mejor que explicar cómo se convierte que no es de interés para este artículo aquí os dejo un enlace con un conversor para que podáis ver qué aspecto tienen algunos números en binario: Conversor binario/decimal/hexadecimal

Ejemplo de señal digital

Si observamos la imagen podemos ver que la señal es solo ceros y unos, es decir sería siempre 0101010101, obviamente hay algo más que distingue cuando el valor debe medirse y cuando no, de lo contrario no podríamos distinguir un numero de otro, esto es otra señal llamada reloj. Esta señal está siempre cambiando de 0 a 1 a una velocidad determinada que se mide en hercios (Hz) y sus múltiplos (megahercios – Mhz, gigahercios-Ghz, etc.). Esta señal lo que hace es medir cuando debemos tomar el dato de la señal de datos, así pues definirá la velocidad a la que se transmite o procesa la información, esta es la señal que define la velocidad de los buses de la placa base, de la RAM y del microprocesador, ya que es la que determina cuando tomamos o procesamos el dato, cuanto más rápida más datos transmitiremos o procesaremos, la gráfica con ambas señales quedaría algo así.

Señal digital con su reloj

Si nos fijamos en esta imagen hay un reloj (en color azul) y una señal de datos (en color rojo). El ordenador solo leerá la señal de datos del sensor cuando el reloj esté a 1, por tanto solo deberemos tomar el valor de la señal de datos en este momento. Podemos observar que en el primer caso tenemos 1, luego 1, a continuación dos 0 y al final 1. El número binario sería 11001, si utilizamos el conversor veremos como corresponde a 25ºC.

El funcionamiento de las señales dentro del equipo es muy parecido hay una señal de reloj cuya velocidad graduamos que es la que marca cuando un dato se transmite, es lógico que cuanto más rápida sea esa señal menos tiempo estará a 1 o a 0 la señal de datos y por tanto más rápida tendrá que leerla el receptor de la información haciendo que a mayor velocidad, mayor probabilidad de errores.

Como les afectan las interferencias

Una vez comprendido como funciona cada tipo de señal deberemos entender como les afectan las interferencias a priori sabemos que las señales digitales se ven menos afectadas que las analógicas y que las señales digitales rápidas (con mayor velocidad de reloj) son más propensas a fallos que las lentas, expliquémoslo con ejemplos.

Vamos a introducir una interferencia de 0,3V en cada una de las señales.

En el caso de la señal analógica esta interferencia va a estar solo en el minuto 5 tal y como se observa en la gráfica:

Señal original y señal con interferencia

En la señal original en azul vemos como en el minuto 5, deberíamos medir 2,4V es decir 24ºC, sin embargo medimos 2,7V es decir 27ºC, un fallo en la medida que puede significar un mal funcionamiento ya que es un incremento bastante notable. En el ejemplo es un sensor de temperatura y 3ºC no es apenas nada pero en el caso de información puede significar la corrupción de la misma y la pérdida de los datos.

En el caso de la señal digital, la señal le afecta a la tercera cifra del número (tercer pulso del reloj). En este caso lo hemos dramatizado, ya que 0,3V sobre una señal de 5V no significarían apenas nada así que hemos optado porque el 1 binario sea 1V y el 0, sean 0V, el umbral estará a 0,5V así vemos un caso mucho peor que el de la analógica, veamos lo que ocurre.

Señal digital con interferencia

Como podemos ver donde debería haber un 0 no hay ni un 0 ni un 1, sino un valor intermedio, un 0,3 al no llegar al 0,5 no se considera 1 por tanto el sistema leerá igualmente un 0 y la interferencia no le afectará.

De aquí podemos sacar la primera conclusión y es que las señales digitales se ven menos afectadas por las interferencias. Eso sí, si la interferencia es lo suficientemente fuerte como para alterar la señal, entonces las consecuencias serían peores.

Como se ven afectadas unas y otras lo podemos observar comparando la televisión analógica frente a la digital, la primera cuando tenía interferencias se veía, mal pero algo podíamos ver. Sin embargo con la TDT si hay interferencias se pierde la imagen entera ¿Por qué? Simplemente porque el dato que le llega al modificar una cifra no lo entiende y por tanto desecha todo el dato. Tomemos el dato de antes que era 11001 correspondiente a 25ºC, si cambiamos la tercera cifra por un 1, tendríamos 11101 es decir 29ºC, lo que es peor es que si en vez de 5bits, fueran 6 bits, es decir 6 cifras en binario, 25ºC serían 011001 si una interferencia cambiará el primer 0 por un 1, tendríamos 111001, es decir 49ºC, al sistema no le cuadraría la medida y la desecharía colgándose o volviendo a pedir la información con la ralentización de todo el sistema que ello implica.

Como evitar las interferencias

Una vez comprendidas cómo funcionan las distintas señales que nos podemos encontrar, deberemos procurar que nuestro sistema e instalación sea lo más robusto posible.

En primer lugar como hemos explicado para conseguir una buena robustez frente a ruidos, en caso de poder elegir es conveniente optar señal digital frente analógica. Eso sí aún cuando optamos por señales digitales deberemos tener en cuenta que estas pueden verse afectadas también por interferencias.

Apantallamientos

Una de las opciones más habituales para evitar interferencias es proteger el cable o el sistema electrónico para que estas no entren en el interior. Un apantallamiento consiste en recubrir con una malla metálica un cable o dispositivo para que no entre la radiación. Para hacer un buen apantallamiento hay que tener en cuenta varios aspectos:

-La energía apantallada tiene que ir a algún sitio, es decir, no se puede colocar el apantallamiento sin más, si no que este debe ir conectado a tierra para que la energía tenga una salida a través de la protección metálica. El no tener en cuenta esta consideración es uno de los fallos más habituales a la hora de instalar cable apantallado, ya que después con el cable no se ponen los correspondientes conectores que unirán la pantalla con la tierra. Un ejemplo muy habitual suelen ser las instalaciones de redes Ethernet, donde muchas veces ponen cable apantallado que es mucho más caro que el normal y luego no ponen los conectores apantallados. Estos conectores son igual que los RJ45 normales pero están recubiertos con una chapa metálica que es la que une el metal del apantallamiento con la parte metálica del conector de la tarjeta de red que está conectado a tierra.

A la izda conector apantallado y a la drcha sin apantallar

-No todos los apantallamientos son iguales, los hay de distintos materiales, calidades y precios. Para señales de gran velocidad (por ejemplo Ethernet) es bueno un apantallamiento que es como un papel de metal de color cobre o metálico. Mientras que para señales analógicas o lentas es mejor esos cables que tienen como una malla metálica. Obviamente los cables de mejor calidad son los que combinan ambas protecciones, eso sí su precio es prohibitivo y solo se justifica para ciertos sistemas de mucha precisión. Si vais a cablear una instalación de red Ethernet, lo mejor es que utilicéis el cable del primer tipo con sus correspondientes conectores apantallados. Si vais a cablear algún sensor o sistema especial entonces igual queda justificado el uso de cable con apantallamiento de malla o con la combinación de ambos apantallamientos.

Distintos tipos de apantallamientos

- Por último pero no menos importante debemos tener en cuenta los apantallamientos de aparatos electrónicos, es decir sus carcasas metálicas. Existen tendencias de modding que por ejemplo retiran la carcasa metálica a una fuente de alimentación. Mientras que quitársela a un PC no tiene casi problema ya que este no emite ruido y está preparado para ser robusto frente a interferencias sin necesidad de una carcasa externa metálica, algunas fuentes de alimentación no lo son. Estos dispositivos como se explicó en unos artículos atrás son de tipo conmutado es decir, tienen unos dispositivos que trabajan a unas frecuencias altas para recortar la tensión, que además pueden emitir interferencias que afecten al resto del equipo. Sí que hay algunas fuentes con carcasa de metacrilato pero es porque han sido preparadas para ello, siendo totalmente desaconsejable cambiar la carcasa de una fuente que la traía en origen metálica.

Evitar los bucles

Muchas antenas son como un gran bucle de hilo para captar mejor la radiación del ambiente y así poder recibir mejor la señal que busca, ya sea de radio o cualquier otro tipo. Basándonos en esto si lo que no queremos es recibir radiación en un cable para que esta entre a la señal y nos la corrompa lo que deberemos hacer es evitar estos bucles. Este es el principio en el que se basan los cables Ethernet llamados de pares trenzados, ya que mediante esas trenzas evitan que los cables tengan bucles entre ellos porque aseguran que siempre van a ir pegados el uno al otro al estar ya que están enrollados entre sí.

En primer lugar los cables de comunicaciones (USB, serie, Ethernet, etc.) los compraremos lo más cortos posible, son que quede tirante pero tampoco que sobre mucho. En el caso de que sobre, no lo enrollaremos como si fuera una circunferencia, sino en forma de 8 para hacer que el bucle sea lo más corto posible y así evitar que capte interferencias.

Cable enrollado en círculo a la izda y en 8 a la drcha.

Filtros

Por último debemos de ser conscientes de que las interferencias son inevitables. Utilizamos cables muy largos para redes LAN, conexiones USB, etc., por lo que estos cables van a captar radiación que hay en el ambiente debida a los móviles, la radio y otros aparatos que es indispensable que emitan al ambiente, por lo que deberemos disponer de un dispositivo capaz de filtrar dichas interferencias. Aquí vemos la razón por la que algunos cables USB, son más caros que otros porque unos llevan filtro incorporado. El filtro suele ser una ferrita que es como un cilindro de hierro a través del cual pasa el cable y que tienen forma de cilindro tal y como se observa en la imagen. El uso de estos cables puede solucionar problemas de velocidad en conexiones USB e incluso interferencias en la televisión digital terrestre.

Arriba un cable con filtro (ferrita) abajo sin ella

También existe la posibilidad de comprar una ferrita que se puede poner en cualquier cable, en este caso bastará con abrazar con la ferrita el cable para conseguir los efectos deseados.

Ferrita

La ferrita básicamente lo que hará será reducir la potencia de las señales que tengan más de una frecuencia determinada por ejemplo, si compramos una ferrita de 100Mhz, porque nuestra señal está por debajo de esa frecuencia, lo que hará es convertir el cable en una resistencia muy alta para señales de frecuencias mayores a 100Mhz y muy baja para señales de frecuencia mayor a 100Mhz. Para saber que frecuencia tiene nuestra señal podemos buscar en google e incluso en la propia tienda de electrónica donde compremos la ferrita podemos pedir que sea para cierta señal (por ejemplo un cable USB) y nos darán una optimizada para la frecuencia que suelen tener las señales USB. En cuanto a las ferritas que nos encontramos en cables integrados ya han sido pensadas para la frecuencia (o velocidad) máxima y mínima que puede pasar a través del cable que estamos comprando y por tanto el resto de señales que intenten pasar por la zona del cable donde está la ferrita serán atenuadas debido al efecto resistivo de esta a frecuencias mayores de la de corte para la que ha sido diseñada.

Conclusiones

Las interferencias pueden aparecer en cualquier momento y de cualquier manera. Aunque en su inmensa mayoría los dispositivos están preparados para ellas, muchas veces hacemos instalaciones a su alrededor sobre todo cableados que pueden facilitar la introducción de interferencias en el dispositivo.

Los efectos de las interferencias pueden variar, desde una pérdida total de la comunicación, hasta corrupción de los datos e incluso ralentización de la transmisión de los mismos. Los dos primeros aspectos está claro porque pasan, mientras que la ralentización se produce en la mayoría de los casos porque es el propio dispositivo el que detecta que los datos están corruptos y los vuelve a pedir por lo que deberemos enviar varias veces el mismo dato para que se considere transmitido. Sea cual sea la problemática lo mejor es siempre prevenir ya que un problema causado por interferencias es complicado de diagnosticar.

En primer lugar deberemos evitar captar las interferencias ya sea apantallando o evitando que los cables hagan de antena. Si es inevitable que entren deberemos filtrar el cable para que no entren al dispositivo junto a los datos que se transmiten en su interior.

Muchos de estos consejos dados a lo largo del artículo son simplemente de buenas costumbres a la hora de realizar cableados o de elegir el tipo de cable por lo que no requieren apenas desembolso económico. Otras requieren muy poco dinero y son muy recomendables, como usar cables con ferritas (filtros) preferentemente frente a otros que no lo son y optar por cables apantallados cuando están cerca de líneas eléctricas, antenas, etc.

Como siempre ante cualquier problema que sospechéis que es causado por interferencias o si lo habéis detectado y no sabéis como solucionarlo, podéis consultarlo en el foro.

Fin del Artículo. ¡Cuéntanos algo en los Comentarios!