Caso práctico: Desacoplo con inductor en fuente de sensor

Checklist para elaborar y verificar el esquema
– Identifica nodos clave: entrada (+V), nodo antes del inductor, nodo después del inductor (alimentación del sensor) y GND.
– Selecciona valores realistas para L y C en un filtro π según la banda de ruido a atenuar.
– Asegura rutas de retorno cortas: capacitores cercanos al sensor y una sola referencia de tierra común.
– Define puntos de medida claros y accesibles en el diagrama (marcados con ● y abreviaturas).
– Verifica continuidad: sin extremos abiertos, sin nodos flotantes y con +V arriba y GND abajo.
– Etiqueta componentes fuera de las figuras y coherentes con la lista de materiales.

Objetivo
Implementar un filtro serie con inductor y capacitores de desacoplo para aislar un sensor analógico del ruido de la fuente, y cuantificar la atenuación de rizado antes y después del inductor.

Materiales

• 1 × Fuente DC regulada de +5 V
• 1 × Generador de funciones (salida senoidal, 50 Ω)
• 1 × Osciloscopio de 2 canales con puntas x10
• 1 × Protoboard y cables puente
• 1 × Inductor L1 = 22 µH, I_sat ≥ 200 mA, DCR ≤ 0,5 Ω
• 1 × C1 = 10 µF, 16 V (electrolítico o tántalo), ESR medio
• 1 × C2 = 100 nF, cerámico X7R
• 1 × C3 = 10 µF, cerámico/electrolítico, baja ESR
• 1 × R1 = 100 Ω (inyección de ruido desde el generador)
• 1 × Sensor de temperatura TMP36 (o equivalente de 3–5 V)

Guía de conexionado

• Conecta la fuente de +5 V al rail superior de la protoboard; GND al rail inferior.
• Desde +5 V, coloca C1 entre +5 V y GND, cerca del punto de entrada.
• Inserta L1 en serie: del nodo +5 V (lado fuente) al nodo de alimentación del sensor (lado limpio).
• En el nodo del sensor (después de L1), coloca C2 (100 nF) y C3 (10 µF) en paralelo a GND, físicamente muy próximos al sensor.
• Alimenta el TMP36: V+ al nodo después de L1, GND a la masa común; su pin Vout queda como señal de medida.
• Inyección de ruido: conecta la salida del generador (Vac) a través de R1 (100 Ω) al nodo antes de L1; la referencia del generador a GND.
• Conecta las puntas del osciloscopio: CH1 a Vpre (antes de L1), CH2 a Vsns (después de L1). Masa de ambas a GND. Para la salida del sensor, mide Vout con cualquiera de los canales cuando corresponda.

Esquemático

                                +5 V
                                 │
                                 │
                 ┌───────────────┴─────────────────────────● Vpre
                 │                                         │
                 │                                        ┌┴┐  C1 10 µF
                 │                                        │ │
                 │                                        │ │
Vac ─────────────┬───────────────┐                        └┬┘
                 │               │                         │
                ┌┴┐  R1 100 Ω   │                         │
                │ │             │                         │
                │ │             │                         │
                └┬┘             │                         │
                 │              │                         │
                 └──────────────┴───────────────┬─────────┘
                                                │
                                               ┌┴┐  L1 22 µH
                                               │ │
                                               │ │
                                               └┬┘
                                                │
                                                ├──────────────● Vsns
                                                │
                               ┌┴┐  C2 100 nF   │    ┌───┐  U1 TMP36
                               │ │              │    │   │
                               │ │              ├────┤   │
                               └┬┘              │    │   │
                                │               │    └───┘
                               ┌┴┐  C3 10 µF    │      │
                               │ │              │      └────────────● Vout
                               │ │              │
                               └┬┘              │
                                │               │
────────────────────────────────┴───────────────┴─────────────────── GND

Mediciones y pruebas

• Preparación:
  • Configura el generador en Vac = 100 mVpp senoidal a 100 kHz, offset 0 V, salida 50 Ω. Esto simula rizado/ruido en la fuente. Vac es la señal del generador.
  • Usa puntas x10 y acoplamiento AC en el osciloscopio para medir rizado pequeño sin saturar.
• Definiciones de abreviaturas:
  • Vpre: tensión en el nodo antes de L1 (● Vpre). Se mide con CH1 respecto a GND.
  • Vsns: tensión en el nodo después de L1 (● Vsns), es la alimentación del sensor. Se mide con CH2 respecto a GND.
  • Vout: salida del sensor (● Vout). Tensión analógica del TMP36, nominal ~750 mV a 25 °C. Se mide respecto a GND.
• Atenuación del rizado:
  • Ajusta Vac a 100 mVpp @ 100 kHz. Mide Vpre (CH1) y Vsns (CH2).
  • Anota Vpre_pp y Vsns_pp (valores pico‑a‑pico de cada canal).
  • Calcula la atenuación: A_dB = 20·log10(Vsns_pp / Vpre_pp). Un valor negativo indica atenuación; por ejemplo, si Vpre_pp = 100 mV y Vsns_pp = 10 mV, A_dB ≈ −20 dB.
• Barrido en frecuencia:
  • Varía la frecuencia de Vac entre 10 kHz y 1 MHz manteniendo 100 mVpp.
  • Registra Vsns_pp para trazar la respuesta del filtro. Observa la banda donde la atenuación es máxima.
• Efecto en la salida del sensor:
  • Conecta CH1 a Vout y CH2 a Vsns. Mantén Vac @ 100 kHz, 100 mVpp.
  • Mide el rizado en Vout (Vout_pp). Sin L1 (puenteando L1 temporalmente), compara Vout_pp. Debe aumentar sin el inductor.
• Prueba sin inyección externa:
  • Desconecta el generador. Alimenta algún consumidor ruidoso común (por ejemplo, un módulo digital) en el lado de Vpre si disponible.
  • Observa si Vout y Vsns permanecen estables respecto a Vpre.

Errores comunes

• Usar un inductor con corriente de saturación baja: al saturar, pierde inductancia y el filtro deja de atenuar.
• Colocar C2/C3 lejos del sensor: las pistas/ cables añaden inductancia y reducen la efectividad del desacoplo.
• Compartir retorno de alta corriente con el del sensor: crea caída de masa (ground bounce). Mantén una sola referencia a GND y rutas separadas hasta el punto común.
• Olvidar el capacitor cerámico de 100 nF: es el que ofrece baja impedancia a altas frecuencias.
• Medir rizado con puntas sin muelle de masa: el lazo de la pinza introduce captación; usa la punta con resorte de masa corto.

Mejoras y variantes

• Sustituir L1 por una perla de ferrita si el problema es principalmente HF (>10 MHz).
• Añadir un regulador LDO en el lado del sensor para mejorar el PSRR en banda media.
• Formar un filtro π completo: C1 (bulk) — L1 — C2/C3 (cerámico + bulk) ubicados estratégicamente.
• Añadir una resistencia serie pequeña (0,5–1 Ω) en lugar de L1 para pruebas comparativas del efecto RC vs. LC.

Cálculo rápido orientativo

• Frecuencia de corte aproximada del LC: fc ≈ 1/(2·π·√(L·Cequiv)), con Cequiv ≈ C2 + C3 (si están en paralelo y sus ESR/ESL son pequeños).
• Con L = 22 µH y C2+C3 ≈ 10,1 µF → fc ≈ 10,6 kHz. Para ruido de 100 kHz, se espera una atenuación notable, reforzada por el ESR/ESL reales.

Seguridad y buenas prácticas

• No excedas la corriente nominal de L1; verifica la temperatura del inductor al tacto en pruebas prolongadas.
• Respeta la polaridad de los capacitores electrolíticos.
• Evita cortocircuitos al puentear L1 durante pruebas comparativas; realiza cambios con la fuente desconectada.

Verificación final

1) Analiza el esquema: todos los nodos principales (+5 V, Vpre, Vsns, GND) están conectados sin partes flotantes.
2) Revisa las reglas: +V arriba, GND abajo; componentes con etiquetas externas; puntos de medida con ●; dimensiones dentro de ancho permitido.
3) Si algo no cuadra en tu montaje (p. ej., ausencia de atenuación), revisa orientación de L1 y proximidad de C2/C3 al sensor.
4) Piensa en cada línea como un cable real: si se cablea exactamente como está dibujado, el circuito funciona y permite realizar las mediciones descritas.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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