In this white paper:
  1. Introducción e Historia del Blindaje
  2. Cableado Apantallado y Blindado - Inmunidad al Ruido, Conexión a Tierra y el Mito de la Antena
  3. Principios de la Interferencia de Ruido
  4. Bucles de Tierra
  5. Diseño de Pantallas y Blindajes
  6. Conexión a Tierra de Sistemas de Cableado
  7. El Mito de la Antena
  8. El Mito del Bucle de Tierra
  9. Por Qué Usar Cableado Apantallado y Completamente Blindado
  10. Definiciones

Cableado Apantallado y Blindado - Inmunidad al Ruido, Conexión a Tierra y el Mito de la Antena

Principios de la Interferencia de Ruido

Todas las aplicaciones requieren márgenes positivos de relación señal-ruido (SNR) para transmitir dentro de los níveles asignados de la tasa de errores de bits (BER). Esto significa que la señal de datos que se está transmitiendo debe ser de mayor magnitud que todos los perturbadores de ruido combinados que se acoplan a la línea de transmisión (es decir el cableado estructurado). El ruido puede acoplarse al cableado de par trenzado en una o más de las tres maneras que se muestran en la figura 2:

  1. Ruido diferencial (Vd): Ruido inducido por un par trenzado o cable simétrico adyacente.
  2. Ruido ambiental (Ve): Ruido inducido por un campo electromagnético externo.
  3. Ruido del bucle de tierra (Vg): Ruido inducido por una diferencia de potencial entre los extremos del conductor.

FIGURA 2: FUENTES DE RUIDO EN UNA LAN

Las diferentes aplicaciones, dependiendo de sus capacidades, poseen distintas sensibilidades a la interferencia de estas fuentes de ruido. Por ejemplo, se reconoce comúnmente a la aplicación 10GBASE-T como extremadamente sensible a la diafonía exógena o alien crosstalk (acoplamiento de cable a cable en modo diferencial) porque su capacidad de procesamiento de señales digitales (DSP) elimina electrónicamente la diafonía interna de par a par en el interior de cada canal. A diferencia de la diafonía de par a par, la diafonía exógena no puede anularse mediante el procesamiento de señales digitales. A la inversa, dado que la magnitud de la diafonía exógena es muy pequeña en comparación con la magnitud de la diafonía de par a par, la presencia de diafonía exógena ejerce una influencia mínima en el desempeño de otras aplicaciones como 100BASE-T y 1000BASE-T que emplean algoritmos de anulación de la diafonía en forma parcial o no lo hacen en absoluto.

El concepto de compatibilidad electromagnética (EMC) describe tanto la susceptibilidad de un sistema a la interferencia de fuentes externas (inmunidad) como al potencial de perturbar a esas fuentes (emisiones) y es un importante indicador de la capacidad del sistema para coexistir con otros dispositivos electrónicos y eléctricos. Los desempeños de inmunidad al ruido y de emisiones son recíprocos, lo que significa que la capacidad del sistema de cableado de mantener la inmunidad a la interferencia es proporcional al potencial para irradiar del sistema. Es interesante mencionar que, al mismo tiempo que se pone tanto énfasis innecesario en consideraciones de inmunidad, es un hecho aceptado que los sistemas de cableado estructurado no irradian o interfieren con otros equipos o sistemas en el entorno de las telecomunicaciones.

Perturbadores de ruido diferencial: la diafonía exógena y la diafonía interna de par a par son ejemplos de perturbadores de ruido de modo diferencial que deben minimizarse mediante un diseño correcto del sistema de cableado. La susceptibilidad a la interferencia proveniente de fuentes de modo diferencial depende de la simetría del sistema y puede mejorarse al aislar o separar los conductores que interfieran entre sí. El cableado con simetría mejorada (es decir Categoría 6 y superiores) exhibe un mejor despempeño contra la diafonía interna y la diafonía exógena. Ya que ningún cable es perfectamente simétrico, y con el objeto de mejorar aún más el desempeño contra la diafonía, se utilizan estrategias como la utilización de material dieléctrico para separar conductores o pantalla metálica para aislarlos. Por ejemplo, está probado que el cableado de Categoría 6A F/UTP posee un desempeño contra la diafonía exógena sustancialmente superior al del cableado de Categoría 6A UTP, debido a que su construcción con una pantalla metálica externa reduce el acoplamiento de diafonía exógena prácticamente a cero. Está probado que la Categoría 7 S/FTP posee un desempeño contra las diafonías de par a par y exógena sustancialmente superior al de cualquier diseño de cableado de Categoría 6A, debido a que su construcción de par trenzado con pantallas metálicas individuales reduce el acoplamiento de diafonías de par a par y exógena prácticamente a cero. Estos niveles superiores de eliminación de la diafonía no podrían alcanzarse solamente con un adecuado desempeño simétrico..

Perturbadores de ruido ambiental: El ruido ambiental es un ruido electromagnético que está compuesto por campos magnéticos (H) generados por acoplamiento inductivo (expresados en A/m) y campos eléctricos (E) generados por acomplamiento capacitivo (expresados en V/m). El acoplamiento por campo magnético sucede a bajas frecuencias (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz), en las que la simetría del sistema de cableado resulta más que suficiente para asegurar la inmunidad, lo cual significa que su impacto puede ignorarse en todos los tipos de cableado simétrico. Los campos eléctricos, sin embargo, pueden producir tensiones de modo común en cables simétricos, dependiendo de su frecuencia. La magnitud de la tensión producida puede modelarse suponiendo que el sistema de cableado es susceptible a la interferencia de la misma manera que una antena de cuadro [1]. Para facilitar el análisis, la ecuación[1] representa un modelo simplificado de antena de cuadro que resulta apropiado para evaluar la influencia de los diversos anchos de banda de las fuentes de ruido de interferencia, así como de la relación de distancias entre los pares trenzados y el plano de tierra, sobre el campo eléctrico generado. Tenga en cuenta que para calcular con exactitud la tensión de ruido acoplado real se requiere un modelo más detallado que incluya especialmente el ángulo de incidencia de los campos eléctricos.

Donde: es la longitud de onda de la fuente de ruido de interferencia

  • A = el área del cuadro formado por la longitud perturbada del conductor del cableado (l) suspendida a una altura promedio (h) por sobre el plano de tierra
  • E = la intensidad del campo eléctrico de la fuente de interferencia

La longitud de onda , de la fuente de interferencia puede ser desde 500,000 m, para una señal de 60 Hz, hasta menos de 1 m para señales de RF de la banda de 100 MHz y superiores. La intensidad del campo eléctrico varía de acuerdo al perturbador, depende de la proximidad a la fuente, y normalmente se reduce a niveles nulos a una distancia de 3 m de la fuente. La ecuación demuestra que una señal de 60 Hz da como resultado una perturbación del campo eléctrico que sólo puede ser medida en el rango de milésimos de mV, mientras que las fuentes que operan en el rango de MHz pueden generar una perturbación del campo eléctrico mucho mayor. Como referencia, se considera que 0.3 V/m es una aproximación razonable del campo eléctrico promedio presente en un entorno comercial o industrial "liviano" y 10 V/m es una aproximación razonable del campo eléctrico promedio presente en un entorno industrial.

La única variable que influye en la magnitud de la tensión acoplada por el campo eléctrico es el área del cuadro, A, que se calcula multiplicando la longitud perturbada del cableado (l) por la altura promedio (h) medida desde el plano de tierra. La vista en corte transversal de la figura 3 ilustra las corrientes de modo común generadas por un campo eléctrico. Son estas corrientes las que inducen señales indeseadas en los elementos conductivos externos del cableado (es decir, los propios conductores en un entorno UTP o la pantalla/blindaje total en un entorno apantallado/completamente blindado). Lo que se hace rápidamente evidente es que la impedancia de modo común, determinada por la distancia (h) al plano de tierra, no está bien controlada en los entornos UTP. Esta impedancia depende de factores como la distancia a conductos metálicos, estructuras metálicas presentes en los alrededores de los pares, uso de conductos no metálicos y ubicación de la terminación. A la inversa, esta impedancia de modo común está bien definida y controlada en ambientes de cableado apantallados/completamente blindados, ya que tanto la pantalla como el blindaje actúan como un plano de tierra. Las aproximaciones promedio para (h) pueden fluctuar entre 0.1 y 1 metro para cableado UTP, pero están significativamente más limitadas (es decir a menos de 0.001 m) para cableado apantallado y completamente blindado. Esto significa que, en teoría, el cableado apantallado y completamente blindado ofrece una inmunidad contra perturbaciones del campo eléctrico entre 100 y 1,000 veces mayor que la del cableado UTP.

FIGURA 3: CORRIENTES DE MODO COMÚN

Es importante recordar que la susceptibilidad total de los cables de par trenzado a la perturbación del campo eléctrico depende tanto del desempeño simétrico del cableado como de la presencia de una pantalla o blindaje. Los cables bien equilibrados (por ejemplo, Categoría 6 y superiores) deberían ser inmunes a la interferencia electromagnética de hasta 30 MHz. La presencia de un blindaje o pantalla es necesaria para evitar la interferencia electromagnética a frecuencias más altas, lo que representa una consideración especialmente crítica para las aplicaciones de la próxima generación. Por ejemplo, al modelar una aplicación nueva que utilice técnicas de procesamiento de señales digitales (DSP) es razonable suponer que necesitará una relación señal-ruido (SNR) mínima de 20 dB a 100 MHz. Ya que el aislamiento mínimo producido únicamente por la simetría es también de 20 dB a 100 MHz, el agregado de una pantalla o blindaje es necesario para asegurar que esta aplicación cuente con un margen de inmunidad al ruido suficiente para el funcionamiento.




Bibliography: [1] B. Lord, P. Kish, and J. Walling, Nordx/CDT, "Balance Measurements of UTP Connecting Hardware", 1996




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