ES2930178T3 - Conexión eléctrica para transferir señales reduciendo interferencias - Google Patents

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Abstract

El aparato (2) se describe incluyendo una o más fuentes de señal (6). El aparato (2) también incluye un extremo frontal de medición (7) que tiene al menos entradas primera (+Vin)) y segunda (-Vin). El aparato (2) también incluye un conector sustancialmente plano (1) que tiene una longitud (L) entre los extremos primero (1a) y segundo (1b) y que soporta una serie de conductores (3) que se extienden entre el primero (1a) y el segundo (1b) termina. En cada punto entre los extremos primero (1a) y segundo (1b), los conductores (3) están sustancialmente equidistantes entre sí dentro del conector sustancialmente plano (1). Los conductores (3) incluyen al menos un conductor de señal (8) que conecta las fuentes de señal (6) a la primera entrada (+V in). Los conductores (3) también incluyen al menos dos conductores adicionales (10, 11) que se conectan a una o más fuentes de señal (6). Uno o ambos de los dos conductores adicionales (10, 11) también se conectan a la segunda entrada (-V in). Cada uno de al menos un conductor de señal (8) y los al menos dos conductores adicionales (10, 11) pertenecen a uno o más bucles cerrados. El uno o más bucles cerrados tienen áreas e impedancias configuradas de modo que, en respuesta a la aplicación al aparato de un campo magnético externo variable en el tiempo uniforme, una primera fuerza electromotriz no deseada inducida en la primera entrada (+V in) será sustancialmente igual a una segunda fuerza electromotriz no deseada inducida en la segunda entrada (-V in). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Conexión eléctrica para transferir señales reduciendo interferencias
Campo técnico
La presente invención se relaciona con conectores para transferir señales mientras se reducen o eliminan las interferencias de los campos electromagnéticos variables en el tiempo.
Antecedentes
En muchas aplicaciones se desea o se requiere transmitir una pequeña señal de un punto a otro, mientras se minimizan los efectos de la interferencia en la señal transmitida. A veces se puede considerar que la interferencia incluye componentes magnéticos y electrostáticos. Un ejemplo de una aplicación de este tipo es un medidor de electricidad, en el que normalmente se puede requerir que el elemento de detección de corriente funcione con una alta precisión (<0.2 %) en un amplio intervalo dinámico (1000:1 de corriente). Las señales mínimas que se desea detectar desde el elemento de detección de corriente pueden ser bastante pequeñas (por ejemplo, del orden de 1 j V). Por ejemplo, la señal puede ser pequeña ya que el sensor puede ser una derivación con baja resistencia para minimizar la caída de voltaje y, por lo tanto, el calentamiento, o para minimizar el número requerido de vueltas en un sensor de tipo d l / d t . Estos niveles de sensibilidad pueden requerir que los niveles de interferencia sean del orden de 10 nV a la frecuencia de la línea (por ejemplo, la frecuencia de la red) para brindar la precisión requerida en el extremo de las mediciones de baja corriente. Los medidores de electricidad se despliegan muy cerca de uno o más conductores, por ejemplo, los cables se conectan directa o indirectamente al medidor y posiblemente barras colectoras adyacentes en el medidor. Además, en algunos casos, pueden estar presentes conductores que transportan corrientes adicionales que no están siendo monitorizadas por el medidor. Por ejemplo, un medidor de electricidad para el suministro de un piso/apartamento puede instalarse muy cerca de medidores y suministros para otros pisos/apartamentos en el mismo edificio. En esta y otras instalaciones análogas, un medidor de electricidad aún debe ser preciso en presencia de los conductores cercanos que transportan corrientes significativas a la frecuencia de la línea (que generan campos magnéticos potencialmente interferentes significativos), y también la tensión de línea de fase a fase (generando importantes campos eléctricos potencialmente interferentes).En consecuencia, se necesita un buen rendimiento tanto para rechazar las fuerzas electromotrices (EMF) inducidas por campos magnéticos variables en el tiempo como para rechazar potenciales acoplados capacitivamente.
Los enfoques para reducir la interferencia de los campos magnéticos variables en el tiempo y eléctricos externos han incluido el uso de cables de conexión que están torcidos o trenzados juntos, cables coaxiales y cables de cuatro estrellas.
La técnica anterior pertinente se divulga en los documentos JP 5867022 B2, JP S60 170336 A and US 6265655 B1.
De acuerdo con la invención, se proporciona un aparato como se define en la reivindicación 1 y un aparato como se define en la reivindicación 2.
El al menos un conductor de señales puede conectar las fuentes de señales a la primera entrada directa o indirectamente. Los al menos dos conductores adicionales pueden conectarse directa o indirectamente a la una o más fuentes de señal. Uno o ambos de los dos conductores adicionales pueden conectarse a la segunda entrada directa o indirectamente. Sustancialmente plano puede indicar que una extensión (longitud, anchura) del conector sustancialmente plano en direcciones no paralelas primera y segunda es al menos cinco veces el espesor del conector sustancialmente plano. Un conector sustancialmente plano puede adoptar la forma de un cable flexible plano (FFC), un cable plano, un sustrato flexible o rígido que soporta los conductores. Se considera que un conductor sustancialmente plano permanece sustancialmente plano incluso cuando está doblado, plegado, deformado o enrutado de otra manera en tres dimensiones. Por ejemplo, un FFC es sustancialmente plano incluso cuando está doblado, plegado, retorcido, enrollado o configurado de otra manera, de modo que un FFC que une dos puntos cualquiera es un conector sustancialmente plano. Cuando se colocan sobre una superficie horizontal plana, los conductores de un conector sustancialmente plano pueden estar todos dentro de una distancia vertical de un plano común que sea inferior o igual a 0.5 mm, inferior o igual a 0.1 mm, inferior o igual a 0.05 mm o inferior o igual a 0.01 mm.
Los conductores pueden estar sustancialmente equiespaciados entre sí, si la separación entre cualquier par de conductores adyacentes es inferior a 15 % de la separación media entre conductores, inferior a 10 % de la separación promedio, inferior a 5 % de la separación promedio, o menos de 1% del espaciamiento promedio.
Las fuerzas electromotrices no deseadas primera y segunda pueden corresponder a potenciales inducidos que se generan además de la una o más fuentes de señal. Dichos potenciales inducidos adicionales pueden, a menos que se cancelen, registrarse como ruido o señales falsas superpuestas a las fuentes de señales. En otras palabras, las fuerzas electromotrices no deseadas primera y segunda pueden corresponder a potenciales inducidos que resultan principalmente de los conductores del conector sustancialmente plano y/o conexiones entre los conductores y las fuentes de señales y/o las entradas primera y segunda. La primera fuerza electromotriz no deseada puede ser sustancialmente igual a la segunda fuerza electromotriz no deseada cuando la diferencia entre las fuerzas electromotrices primera y segunda no deseada es inferior a 15 %, inferior a 10 %, inferior a 8 %, inferior a 5 %, inferior a 1 % o menos de 0,5 % de la mayor de las fuerzas electromotrices no deseadas primera y segunda.
La interfaz de usuario para medición puede realizar una medición diferencial entre las entradas primera y segunda. De esta manera, las fuerzas electromotrices no deseadas primera y segunda sustancialmente iguales pueden registrarse como un potencial de modo común que puede ser rechazado por la medición diferencial de la interfaz de usuario para medición.
Se pueden usar uno o más conductores distintos del al menos un conductor de señales y los al menos dos conductores adicionales para transmitir una o más señales digitales y/o analógicas que no se originen en la una o más fuentes de señales.
El aparato y/o el conector sustancialmente plano también pueden incluir una capa blindada electrostática configurada para proteger el al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales del acoplamiento a campos eléctricos que se originan fuera del conector sustancialmente plano.
La capa blindada electrostática puede estar configurada para proteger la pluralidad de conductores del acoplamiento a campos eléctricos que se originan fuera del conector sustancialmente plano. La capa blindada electrostática puede conectarse a tierra usando uno de la pluralidad de conductores. La capa blindada electrostática puede conectarse a tierra utilizando uno de los al menos dos conductores adicionales.
Al menos una porción del conector sustancialmente plano puede ser flexible.
El conector sustancialmente plano puede adoptar la forma de un cable plano flexible (FFC). El conector sustancialmente plano puede adoptar la forma de un cable de cinta. El conector sustancialmente plano puede adoptar la forma de una pluralidad de pistas soportadas sobre un sustrato rígido o flexible. El conector sustancialmente plano puede adoptar la forma de una pluralidad de pistas intercaladas entre un par de sustratos rígidos o flexibles.
El al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales pueden definir al menos parcialmente dos o más circuitos cerrados, donde al menos uno de los circuitos cerrados incluye una de las fuentes de señales.
Al menos un circuito cerrado del uno o más circuitos cerrados puede cruzarse para formar dos o más subcircuitos.
Un circuito cerrado que se cruza a sí mismo lo hace geométrica y/o topológicamente, pero no eléctricamente. En otras palabras, un circuito cerrado que se cruza a sí mismo no se cortocircuita en el cruce. La dirección de uno o más subcircuitos puede ser diferente a la de uno o más subcircuitos. El al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales pueden formar un solo circuito cerrado que se cruza a sí mismo para formar dos subcircuitos que tienen áreas sustancialmente iguales y direcciones opuestas. Los circuitos cerrados o subcircuitos pueden tener direcciones opuestas cuando las fuerzas electromotrices inducidas en esos circuitos cerrados o subcircuitos en respuesta a un campo magnético variable en el tiempo uniforme tendrán signos opuestos.
El aparato también puede incluir una o más resistencias, cada resistencia conectada en serie con uno del al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales. Cada resistencia de la una o más resistencias puede configurarse para ajustar las impedancias relativas del circuito o circuitos cerrados correspondientes que incluyen esa resistencia.
Las resistencias de la una o más resistencias pueden ser mayores que las resistencias de los conductores correspondientes.
El uno o más circuitos cerrados pueden tener áreas e impedancias adicionales configuradas de tal manera que, en respuesta a un campo magnético externo variable en el tiempo con un gradiente espacial uniforme que se aplica al aparato, una primera fuerza electromotriz no deseada inducida en la primera entrada será sustancialmente igual a una segunda fuerza electromotriz no deseada inducida en la segunda entrada.
El uno o más circuitos pueden tener áreas e impedancias configuradas adicionalmente de modo que, en respuesta a un campo magnético externo variable en el tiempo cuadrático (gradiente espacial) que tiene una magnitud que varía cuadráticamente con las coordenadas espaciales que se aplican al aparato, una primera fuerza electromotriz no deseada inducida en la primera entrada será sustancialmente igual a una segunda fuerza electromotriz no deseada inducida en la segunda entrada.
Uno o más conductores de la pluralidad de conductores que abrazan el al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales pueden conectarse a un potencial de tierra o de referencia.
La cancelación de las fuerzas electromotrices puede mantenerse cuando el conector sustancialmente plano se retuerce, dobla, pliega y/o deforma de otro modo.
El uno o más circuitos cerrados pueden incluir al menos un circuito cerrado que no incluye ninguna fuente de señales.
La una o más fuentes de señales pueden incluir al menos un sensor de corriente.
La una o más fuentes de señales pueden incluir al menos un micrófono.
La una o más fuentes de señales pueden incluir al menos un transductor ultrasónico.
La una o más fuentes de señales pueden incluir al menos una bobina captadora.
La fuente de señal puede ser una salida de señal analógica.
La una o más fuentes de señales pueden incluir una fuente de señal que tenga terminales primero y segundo. El al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales pueden incluir un primer conductor de señal que conecta la primera entrada al primer terminal. El al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales también pueden incluir un segundo y un tercer conductor de señal, ambos conectando la segunda entrada al segundo terminal. El primer conductor de señal puede estar entre el segundo y el tercer conductor de señal.
La primera entrada puede estar conectada directa o indirectamente a tierra o potencial de referencia. La segunda entrada puede estar conectada directa o indirectamente a tierra o potencial de referencia.
El al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales también pueden incluir un cuarto conductor de señal que conecta la primera entrada al primer terminal. El cuarto conductor de señal puede estar dispuesto entre el segundo y el tercer conductor de señal. El cuarto conductor de señal puede conectar la primera entrada al primer terminal directa o indirectamente.
La una o más fuentes de señales pueden incluir fuentes de señales equilibradas primera y segunda , cada una de las cuales tiene un terminal positivo y un terminal negativo. El al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales pueden incluir un quinto conductor de señal que conecta la primera entrada al terminal positivo de la primera fuente de señal equilibrada, un sexto conductor de señal que conecta el terminal negativo de la primera fuente de señal equilibrada atierra o un potencial de referencia, un séptimo conductor de señal que conecta la segunda entrada al terminal negativo de la segunda fuente de señal equilibrada, y un octavo conductor de señal que conecta el terminal positivo de la segunda fuente de señal equilibrada a tierra o un potencial de referencia. Los conductores de señales del quinto al octavo pueden pertenecer a un solo circuito cerrado cruzado.
El quinto conductor de señal puede conectar la primera entrada al terminal positivo de la primera fuente de señal equilibrada directa o indirectamente. El sexto conductor de señal puede conectar el terminal negativo de la primera fuente de señal equilibrada a tierra o potencial de referencia directa o indirectamente. El séptimo conductor de señal puede conectar la segunda entrada al terminal negativo de la segunda fuente de señal equilibrada directa o indirectamente. El octavo conductor de señal puede conectar el terminal positivo de la segunda fuente de señal equilibrada a tierra o potencial de referencia directa o indirectamente. La una o más fuentes de señales pueden incluir una primera fuente de señal que tiene un terminal positivo y un terminal negativo. El al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales pueden incluir conductores de señales noveno y décimo que se conectan al terminal positivo, y conductores de señales undécimo y duodécimo que se conectan al terminal negativo. Los conductores de señales noveno y décimo pueden intercalarse con los conductores de señales undécimo y duodécimo. Se puede aplicar un primer peso a las señales de los conductores de señales noveno y undécimo y se puede aplicar un segundo peso a las señales de los conductores de señales décimo y duodécimo.
El noveno conductor de señal puede conectarse al terminal positivo directa o indirectamente. El décimo conductor de señal puede conectarse al terminal positivo directa o indirectamente. El undécimo conductor de señal puede conectarse al terminal negativo directa o indirectamente. El duodécimo conductor de señal puede conectarse al terminal negativo directa o indirectamente.
El décimo conductor de señal puede estar entre los conductores de señales undécimo y duodécimo. El undécimo conductor de señal puede estar entre los conductores de señales noveno y décimo.
Los conductores de señales noveno y décimo pueden conectarse a la primera entrada. Los conductores de señal undécimo y duodécimo pueden conectarse a la segunda entrada. Los pesos primero y segundo se pueden aplicar usando resistencias conectadas entre los conductores de señal y las entradas respectivas.
Las entradas primera y segunda pueden corresponder a una primera salida. La interfaz de usuario para medición también puede incluir entradas tercera y cuarta correspondientes a una segunda salida. El noveno conductor de señal puede conectarse a la primera entrada. El undécimo conductor de señal puede conectarse a la segunda entrada. El décimo conductor de señal puede conectarse a la tercera entrada. El duodécimo conductor de señal puede conectarse a la cuarta entrada. El aparato puede configurarse para calcular una suma ponderada de las salidas primera y segunda usando los pesos primero y segundo respectivamente.
El noveno conductor de señal puede conectarse a la primera entrada directa o indirectamente. El undécimo conductor de señal puede conectarse a la segunda entrada directa o indirectamente. El décimo conductor de señal puede conectarse a la tercera entrada directa o indirectamente. El duodécimo conductor de señal puede conectarse a la cuarta entrada directa o indirectamente.
El aparato también puede incluir una o más capas de aislamiento aplicadas al exterior del conector sustancialmente plano para proporcionar aislamiento y rigidez adicionales. Las capas aislantes pueden incluir o adoptar la forma de un material termorretráctil. El conector sustancialmente plano se puede preformar o doblar antes de la instalación en el aparato.
El aparato puede configurarse para enrutar el conector sustancialmente plano lejos de cualquier región esperada de campo magnético variable en el tiempo. El aparato puede configurarse para mantener el conector sustancialmente plano sustancialmente dentro de un único plano, en otras palabras, para maximizar la planitud del conector sustancialmente plano en el aparato. El enrutamiento del conector sustancialmente plano dentro del aparato se puede definir usando estructuras o características geométricas del aparato, por ejemplo, una carcasa o una guía de cable. Pueden proporcionarse clips, ataduras u otros medios de sujeción adecuados para asegurar el conector sustancialmente plano en su lugar con respecto al aparato.
El primer conductor de señal puede conectar el primer terminal a la primera entrada directa o indirectamente. El segundo conductor de señal puede conectar el segundo terminal a la segunda entrada directa o indirectamente. El tercer conductor de señal puede conectar el segundo terminal a la segunda entrada directa o indirectamente.
El equilibrio de las fuerzas electromotrices inducidas en respuesta a un campo magnético variable en el tiempo externo corresponde al equilibrio de los campos magnéticos variables en el tiempo generados por los conductores de señales primero, segundo y tercero cuando se transmite una señal desde la fuente de señal al receptor de señal. De esta forma, pueden reducirse las emisiones magnéticas del conector sustancialmente plano.
Se pueden usar uno o más conductores distintos de los conductores de señal primero, segundo y tercero para transmitir una o más señales digitales y/o analógicas que no se originen en la fuente de la señal y/o para conectar una o más fuentes de señales a una interfaz de usuario para medición, como se describe en relación con el primer aspecto.
La señal eléctrica medida puede ser inmune a la interferencia de los campos magnéticos uniformes de corriente alterna (AC) por los que pasa el cable.
La señal eléctrica medida también puede ser inmune a los campos de gradiente lineal.
La señal eléctrica medida también puede ser inmune a los campos de gradientes cuadráticos.
La señal eléctrica medida también puede ser inmune a la interferencia de los campos eléctricos uniformes de corriente alterna (AC) por los que pasa el cable.
La inmunidad se puede mantener bajo la torsión típica del cable.
El cable puede formar un circuito conductor, sin incluir la fuente de señal. Se pueden usar múltiples canales convertidores de analógico a digital (ADC) para medir la señal de la misma fuente.
Se pueden usar divisores de resistencia para recuperar la señal.
Se pueden usar conductores de cortocircuito para recuperar la señal de la interferencia electromagnética en el cable.
La fuente de señal puede ser un sensor de corriente.
La fuente de la señal puede ser un micrófono.
La fuente de señal puede ser un transductor ultrasónico.
Los aspectos descritos en el presente documento se pueden utilizar en cualquier aplicación que emplee cable plano flexible (FFC). Los aspectos descritos en el presente documento se pueden utilizar en cualquier aplicación que emplee cable coaxial. Los aspectos descritos en el presente documento se pueden utilizar en cualquier aplicación que emplee telares de cables. Los aspectos descritos en el presente documento pueden utilizarse en cualquier aplicación que emplee alambres trenzados y/o cables trenzados. Los aspectos descritos en el presente documento pueden utilizarse en cualquier aplicación que implique equipos y/o sistemas que generen, o estén ubicados dentro de, entornos de alto campo magnético y que también requieran la transferencia de señales sensibles.
Los aspectos descritos en el presente documento pueden usarse en ordenadores portátiles, equipos de imágenes por resonancia magnética (IRM), equipos de fusión, sensores ubicados muy cerca de un motor, en medidores eléctricos, en interruptores o relés, en equipos de espectrómetro de masas, en aceleradores de partículas, en laboratorio equipo, y así sucesivamente. Los aspectos descritos en el presente documento se pueden utilizar en equipos de audio tales como bocinas, altavoces, micrófonos, mesas de mezclas, instrumentos musicales, etc.
Muchos sensores producen señales de bajo nivel que necesitan conectarse a la electrónica dentro de los sistemas. Dichas señales necesitan protección contra la corrupción de interferencias magnéticas y electrostáticas, especialmente en su camino hacia la electrónica de acondicionamiento inicial. Los conectores de formato lineal tales como los cables flexibles planos (por ejemplo, FFC) son partes de bajo coste muy comunes en estos días. Los aspectos descritos en el presente documento incorporan técnicas para usar estos formatos de conector estándar para transferir señales entre diferentes lugares con un excelente rechazo de interferencias magnéticas y electrostáticas. Breve descripción de los dibujos
Ciertas realizaciones de la presente invención se describirán ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 ilustra esquemáticamente un conector sustancialmente plano que incluye una matriz de conductores; La Figura 2 ilustra esquemáticamente un primer aparato;
La Figura 3 es un circuito equivalente para una conexión de dos conductores;
La Figura 4 es un circuito equivalente para el primer aparato mostrado en la Figura 2;
La Figura 5 ilustra esquemáticamente un segundo aparato;
La Figura 6 ilustra esquemáticamente un tercer aparato;
La Figura 7 ilustra esquemáticamente un cuarto aparato;
La Figura 8 ilustra esquemáticamente un quinto aparato;
La Figura 9 ilustra esquemáticamente un sexto aparato;
La Figura 10 ilustra esquemáticamente un séptimo aparato;
La figura 11 ilustra esquemáticamente un octavo aparato;
La Figura 12 ilustra esquemáticamente un noveno aparato;
La Figura 13 ilustra esquemáticamente un décimo aparato;
La figura 14 ilustra esquemáticamente un undécimo aparato;
La Figura 15 es una vista en sección transversal a través de un conector sustancialmente plano blindado electrostáticamente para su uso en los aparatos primero a undécimo;
La Figura 16 ilustra esquemáticamente la torsión de un conector sustancialmente plano en forma de cable flexible plano;
La Figura 17 es una vista en proyección de un conector sustancialmente plano en forma de pistas conductoras soportadas sobre un sustrato;
La Figura 18 es una vista en planta del aparato utilizado para evaluar el rendimiento magnético de conectores sustancialmente planos y cables coaxiales;
La Figura 19 es una sección transversal a lo largo de la línea marcada K-K' en la Figura 18;
La Figura 20 presenta datos experimentales obtenidos de campos magnéticos variables en el tiempo espacialmente uniformes;
La Figura 21 presenta datos experimentales obtenidos de campos magnéticos variables en el tiempo que tienen un gradiente espacial;
La Figura 22 ilustra esquemáticamente una porción de un conector sustancialmente plano que incluye una matriz de conductores que incluye una torcedura;
La Figura 23 ilustra esquemáticamente una porción de un conector sustancialmente plano que incluye una matriz de conductores que incluye una esquina; y
La Figura 24 ilustra esquemáticamente un conector sustancialmente plano en forma de cable flexible plano (FFC) que incluye un pliegue.
Descripción detallada de ciertas realizaciones
Esta memoria descriptiva se relaciona con el campo de los aparatos para conectar fuentes de señales a una interfaz de usuario para medición, para permitir mediciones de las fuentes de señal en las que se reduce o elimina la interferencia de los campos magnéticos variables en el tiempo. Muchos ejemplos de acuerdo con esta memoria descriptiva también tienen, o pueden tener, interferencias reducidas o eliminadas de campos eléctricos.
En algunos casos, las aplicaciones que requieren un buen rechazo de la interferencia de los campos magnéticos y eléctricos pueden relacionarse con partes de gran volumen. Volviendo al ejemplo de los medidores de electricidad, que son partes de gran volumen, tal rendimiento de interferencia se proporciona preferiblemente utilizando componentes y técnicas de fabricación sencillos y de bajo coste.
Un enfoque para controlar el acoplamiento magnético es admitir fuentes de señales y la electrónica de medición correspondiente juntas en la misma placa de circuito impreso (PCB). Sin embargo, a veces esto no es posible y se necesita una conexión por cable/alambre}. A menudo, esto se puede lograr utilizando alambres trenzados, por ejemplo, un par trenzado. El uso de alambres trenzados puede introducir incertidumbres significativas en cuanto a un área neta en diferentes direcciones, debido a imperfecciones o falta de uniformidad en el trenzado. Una fuente adicional de incertidumbre radica en las diferencias entre las partes individuales en relación con las terminaciones de los alambres trenzados a la placa o conectores intermedios. En general, puede ser necesario conectar una fuente de señal a la electrónica de medición que puede estar en un plano diferente y/o en cualquier orientación con respecto a la fuente de señal.
Las alternativas a los paquetes de cables trenzados incluyen cables coaxiales, cables de cuatro estrellas, etc. Sin embargo, dichos cables tienen estructuras complejas, lo que los hace costosos de producir y conectar, además de ser relativamente voluminosos. Además, los cables coaxiales, los cables en cuatro en estrella, etc., no se escalan bien con la cantidad de conexiones requeridas, ya que es posible que se requiera un cable voluminoso adicional para cada señal adicional.
La presente memoria descriptiva se refiere a aparatos para la medición de fuentes de señales que obtienen reducciones significativas en la interferencia magnética utilizando matrices de conductores que pueden ser flexibles o rígidos. Si bien la conexión de una fuente de señal a una interfaz de usuario para medición de una manera convencional utilizando un par de conductores de una matriz no proporcionará ninguna ventaja, los inventores se han dado cuenta de que al usar una mayor cantidad de conductores, es decir, tres o más, una matriz de conductores puede ser configurada para permitir mediciones de una señal de una fuente de señal mediante una interfaz de usuario para medición con una interferencia significativamente reducida de campos magnéticos variables en el tiempo (en comparación con una conexión convencional de dos conductores). Cualquiera de los ejemplos descritos en el presente documento puede configurarse adicionalmente para reducir la interferencia de los campos eléctricos, por ejemplo, utilizando conectores 46 sustancialmente planos blindados electrostáticamente (Figura 15).
Si bien los cables coaxiales generalmente se consideran un "estándar de oro" para la transmisión de señales eléctricas de alta integridad, los inventores han descubierto sorprendentemente que los ejemplos configurados de acuerdo con la presente memoria descriptiva pueden igualar o incluso superar a los cables coaxiales para la inmunidad al ruido en campos magnéticos variables en el tiempo uniformes (Figura 20), e incluso campos magnéticos variables en el tiempo que tienen un gradiente espacial (Figura 21).
Aunque las enseñanzas de la presente memoria descriptiva son aplicables al ejemplo de medidores de electricidad mencionado anteriormente, no se limitan a dichas aplicaciones. En general, las enseñanzas de la presente memoria descriptiva pueden ser de utilidad en aparatos que incluyen, pero no se limitan a, ordenadores portátiles, equipos de imágenes por resonancia magnética (IRM), equipos de fusión, sensores ubicados muy cerca de un motor, en medidores eléctricos, en interruptores o relés, en equipos de espectrómetro de masas, en microscopios electrónicos, en aceleradores de partículas, en equipos de laboratorio, etc. Las enseñanzas de la presente memoria descriptiva también pueden ser de utilidad en equipos de audio tales como bocinas, altavoces, micrófonos, mesas de mezclas, instrumentos musicales, etc.
Haciendo referencia a la Figura 1, se muestra un conector 1 sustancialmente plano.
El conector 1 sustancialmente plano (en lo sucesivo también denominado "conector 1 plano" por brevedad) se extiende una longitud L entre los extremos 1a, 1b primero y segundo , e incluye una serie de conductores 3. Cada conductor 3 se extiende entre los extremos 1a, 1b primero y segundo. Los conductores 3 están soportados de modo que, en cada punto entre los extremos 1a, 1 b primero y segundo, los conductores están sustancialmente equiespaciados entre sí dentro del conector 1 plano. En otras palabras, los conductores 3 forman una matriz dentro del marco de referencia local del conector 1 plano. Aunque se muestra como lineal en la Figura 1, la matriz puede dejar de ser lineal si el conector 1 plano es flexible y está deformado, retorcido, etc. No obstante, la identidad del uno o dos conductores 3 adyacentes a cualquier conductor 3 dado sigue siendo la misma en cualquier punto a lo largo de la longitud L, independientemente de cómo se doble, retuerza y/o deforme el conector 1 plano, etc. En el ejemplo que se muestra en la Figura 1, los conductores 3 están incrustados en un material 4 aislante. Sin embargo, los medios de soporte no son críticos siempre que se impida que los conductores 3 cambien sustancialmente sus distancias relativas entre sí dentro del conector 1 plano (por ejemplo, en más del 10 %), y en otros ejemplos los conductores 3 pueden estar soportados sobre un sustrato 5 (Figura 17), o por cualquier otro medio de soporte adecuado.
Preferiblemente, el conector 1 plano es flexible a lo largo de al menos parte de la longitud L, y permite doblarse y/o torcerse, para facilitar el uso del conector 1 en una amplia variedad de aplicaciones y geometrías. Los ejemplos de conectores 1 planos flexibles incluyen, pero sin limitarse a, cables planos flexibles (FFC), cable plano, pistas conductoras modeladas sobre un sustrato de circuito impreso flexible (FPC), etc. Sin embargo, en algunas aplicaciones, el conector 1 plano puede ser rígido, por ejemplo, el material 4 aislante puede colarse alrededor de los conductores 3 y dejar que se endurezca, o las pistas conductoras pueden modelarse sobre un sustrato rígido (por ejemplo, una placa de circuito impreso convencional, PCB), o como una capa conductora interna de una PCB multicapa.
Aunque dibujados con secciones transversales circulares en la Figura 1, los conductores 3 pueden tener a menudo otras formas de sección transversal, por ejemplo, rectangulares.
Con referencia también a la Figura 2, se muestra un primer aparato 2.
El aparato 2 incluye una fuente 6 de señal, una interfaz 7 de usuario para medición y un conector 1 plano. La fuente 6 de señal puede adoptar la forma de cualquier fuente analógica, incluyendo pero sin limitarse a, un sensor de corriente (por ejemplo, Hall, inductancia mutua, etc.), un micrófono, un fotodetector, un transductor ultrasónico, una bobina captadora, una salida analógica de un circuito integrado, etc.
El interfaz 7 de usuario para medición incluye entradas + V e n , -V e n primera y segunda para cada señal. Una impedancia de entrada efectiva Rm edida conecta las entradas Ven, -V e n primera y segunda, y esto es preferiblemente grande (cuando se usa para mediciones de voltaje, para mediciones de corriente, la interferencia magnética suele ser un problema menor), por ejemplo, superior a 1o kü, superior a 100 kü, superior a 1 MQ o superior a 10 MQ. En general, la interfaz 7 de usuario para medición puede incluir un mayor número de entradas, por ejemplo, al menos una entrada correspondiente a cada fuente 6 de señal que la interfaz 7 de usuario para medición debe medir.
Las entradas Ven, -V e n primera y segunda, se puede utilizar para realizar una medición diferencial entre las entradas. Alternativamente, la segunda entrada -V e n puede conectarse a tierra (u otro potencial de referencia) para una aproximación a una medición de un solo extremo.
El conector 1 plano incluye una serie de conductores 3 que incluyen un primer conductor 8 de señal que conecta un primer terminal 9 de la fuente 6 de señal a la primera entrada Ven de la interfaz 7 de usuario para medición En general, el conector 1 plano también incluye al menos otros dos conductores 3 que se utilizan para conectar la fuente 6 de señal a la interfaz 7 de usuario para medición En el ejemplo del primer aparato 2, los conductores 10, 11 de señal segundo y tercero conectan cada uno un segundo terminal 12 de la fuente 6 de señal a la segunda entrada -V e n de la interfaz 7 de usuario para medición En la matriz de conductores 3 dentro del conector 1 plano, los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero sujetan el primer conductor 8 de señal. Preferiblemente, aunque no esencialmente, los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero son adyacentes al primer conductor 8 de señal dentro de la matriz de conductores 3.
El tipo de terminación de los conductores 3 no es crítico, aunque, como se explica más adelante, se deben considerar las contribuciones a las áreas de circuito y las impedancias de las conexiones a la fuente 6 de señal y/o el interfaz 7 de usuario para medición. Los conductores 3 se pueden conectar a la fuente 6 de señal y/o la interfaz 7 de usuario para medición de cualquier manera adecuada tal como, por ejemplo, soldadura, crimpado, conectores de terminal (por ejemplo, encabezado FFC), arreglos de enchufe y enchufe, etc. Por ejemplo, si el conector 1 plano es un cable flexible plano (FFC), entonces las conexiones a la fuente 6 de señal y/o la interfaz 7 de usuario para medición pueden comprender un encabezado de FFC.
En general, la fuente 6 de señal y la interfaz 7 de usuario para medición pueden estar en diferentes planos y en cualquier orientación entre sí, y todavía pueden estar conectados usando el conector 1 plano. Por ejemplo, los conductores 3 en los extremos primero y segundo del conector 1 plano no necesitan ser coplanares o estar en planos paralelos. El camino tomado por el conector 1 plano al conectar la fuente 6 de señal y el interfaz 7 de usuario para medición puede incluir flexión, torsión, etc., sin cambiar el hecho de que el conector 1 es esencialmente plano (por ejemplo, dentro de un marco de referencia local del conector 1 plano).
El conector 1 plano puede incluir opcionalmente conductores 3, 13 adicionales , que pueden usarse para conectarse a otras fuentes 6 de señales y/o para una transmisión más convencional de una o más señales digitales y/o analógicas. De esta forma, el conector 1 plano puede incorporar conexiones de alta inmunidad magnética entre una o más fuentes 6 de señales y una interfaz 7 de usuario para medición, intercaladas con conexiones más convencionales entre dos dispositivos eléctricos. Uno o más conductores 3, 13 adicionales pueden estar intercalados entre el primer conductor 8 de señal y los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero , aunque esto no se prefiere, y la separación entre los conductores 8, 10 de señales primero y segundo y los conductores 8, 11 de señales primero y terceros deben ser siempre aproximadamente iguales.
Uno o más conductores 3, 13 distintos del al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales pueden usarse para transmitir una o más señales digitales y/o analógicas.
Los conductores 8, 10, 11 de señal primero, segundo y tercero forman tres circuitos cerrados (descritos con referencia a las etiquetas A1 a C2 para mayor claridad):
1. A1-A2-C2-C1-A1. Este primer circuito cerrado no incluye la fuente 6 de señal ni la impedancia Rm edida de entrada.
2. A1-A2-S-B2-B1-Rmedida-A1. Este segundo circuito cerrado incluye la fuente 6 de señal y la impedancia Rmedida de entrada.
3. C1-C2-S-B2-B1-Rmedida-C1. Este tercer circuito cerrado también incluye la fuente 6 de señal y la impedancia Rmedida de entrada.
Estos circuitos cerrados primero, segundo y tercero tienen áreas e impedancias coincidentes de tal manera que, en respuesta a un campo magnético externo variable en el tiempo uniforme que se aplica al aparato 2 , una primera fuerza Vfem electromotriz no deseada inducida en la primera entrada Ven será sustancialmente igual a una segunda fuerza -V fe m electromotriz no deseada inducida en la segunda entrada -V e n , en otras palabras + Vfem ~ - V fe m . Las fuerzas + Vfem, -V fe m electromotrices no deseadas primera y segunda corresponden a potenciales inducidos que se generan además de una señal Vs deseada correspondiente a la fuente 6 de señal. Tales fuerzas Vfem, -V fe m electromotrices no deseadas se registrarán, a menos que se cancele o se tenga en cuenta de otro modo, como ruido o señales falsas superpuestas al potencial Vs de la fuente 6 de señal.
Las fuerzas Vfem, -V fe m electromotrices no deseadas primera y segunda corresponden a potenciales inducidos resultantes principalmente de los conductores 3, 8, 10, 11 del conector 1 plano y/o conexiones entre los conductores 3, 8, 10, 11 y la fuente 6 de señal y/o las entradas + V e n , -V e n primera y segunda . La primera fuerza + V fe m electromotriz no deseada puede considerarse sustancialmente igual a la segunda fuerza -V fe m electromotriz no deseada cuando una diferencia entre las fuerzas +V fem , - V fe m electromotrices no deseadas primera y segunda es inferior al 15 %, inferior al 20 10 %, inferior al 8 %, inferior al 5 %, inferior al 1 % o inferior al 0,5 % de la mayor de las fuerzas Vfem, -V fe m electromotrices no deseadas primera y segunda.
Los circuitos cerrados pueden estar dominados por las áreas definidas por los conductores 3, 8, 10, 11 del conector 1 plano, sin embargo, al menos un circuito cerrado incluirá la fuente 6 de señal y la impedancia Rmedida de entrada. Las impedancias y las áreas de circuito aportadas por las terminaciones de los conductores 3, 8, 10, 11 y las conexiones entre los conductores 3, 8, 10, 11 y las fuentes 6 de señales y/o el interfaz 7 de usuario para medición también deberían preferiblemente tenerse en cuenta al equilibrar los circuitos cerrados para compensar la interferencia de un campo magnético externo variable en el tiempo.
Con referencia también a la Figura 3, se muestra un circuito 14 equivalente para una conexión convencional de dos conductores a una fuente 6 de señal.
Con referencia también a la Figura 4, se muestra un circuito 15 equivalente para un ejemplo del primer aparato 2.
Con referencia a los circuitos 14, 15 equivalentes, se explicará la cancelación (o al menos la reducción) de la interferencia debida a fuerzas electromotrices (EMF) inducidas magnéticamente usando el primer aparato 2.
En el caso de dos conductores 3 del circuito 14 equivalente, la segunda entrada -Ven está conectada a un potencial V re f de referencia . En presencia de un campo magnético variable en el tiempo que tiene un componente perpendicular al circuito A1-A2-S-B2-B1-Rmedida-A1 cerrado, se inducirá un primer EMF1 y, como suele ocurrir Rm edida » RLa “ RLb, EMF1 se registrará casi por completo en las entradas + Ven, -V e n , tal que la señal medida a través de las entradas + Ven, -V e n será igual a la suma de la fuente 6 y el potencial EMFi inducido, es decir Vs EMFi. El voltaje EMF1 adicional representa un error en la señal Vs deseada correspondiente a la fuente 6 de señal.
En referencia al circuito 15 equivalente del primer aparato 2, hay circuitos cerrados primero (A1-A2-C2-C1-A1), segundo (A1-A2-S-B2-B1-Rmedida-A1) y tercero (C1-C2-S-B2-B1-Rmedida-C1) . En presencia de un campo magnético variable en el tiempo que tiene un componente perpendicular al plano de la figura, se induce un primer EMF1 sobre el primer circuito (A1-A2-C2-C1-A1) cerrado, se induce un segundo EMF2 sobre el segundo circuito (A1-A2-S-B2-B1-Rmedida-A1) cerrado y se induce un tercer EMF3 sobre el tercer circuito (C1-C2-S-B2-B1-Rmedida-C1) cerrado .
La impedancia Rm edida de entrada es típicamente alta (para mediciones de voltaje), y las resistencias RLa, RLb, RLc de línea de los respectivos conductores 10, 8, 11 de señales segundo, primero y tercero son aproximadamente iguales entre sí, mientras que son significativamente más bajas que la impedancia Rmedida de entrada , es decir, RLa = RLb “ RLc < < Rmedida. En consecuencia, hay una corriente muy baja o insignificante I2 “ 0 a lo largo del primer conductor 8 de señal, y los potenciales EMFi, e MF3 inducidos segundo y tercero se registrarán principalmente a través de la impedancia Rmedida de entrada . Los potenciales EMFi, EMF3 inducidos segundo y tercero tendrán signos opuestos, y debido a que los conductores 8, 10, 11 están igualmente espaciados (circuitos A1-A2-S-B2-B1-Rmedida-A1 y enlace C1-C2-S-B2-B1-Rmedida-C1 aproximadamente igual flujo), se cancelarán aproximadamente entre sí. Siempre que el primer circuito (A1-A2-C2-C1-A1) cerrado esté equilibrado con RLa = LRc, la señal medida en las entradas + V e n , -V e n siempre será la señal Vs deseada incluso en presencia de un campo magnético espacialmente uniforme variable en el tiempo. Expresado de otra manera, la segunda entrada -V e n está sujeta al potencial V re f de referencia de modo que la segunda fuerza electromotriz no deseada debe ser -V fe m = 0 , mientras que las impedancias y las áreas de los circuitos cerrados se equilibran de manera que el efecto neto de los potenciales EMF1, EMF2, EMF3 inducidos en la primera entrada + Ven es una primera fuerza electromotriz no deseada neta de + V fe m ~ 0.
La separación entre conductores adyacentes normalmente será pequeña (por ejemplo, < 1 mm o < 250 |jm) y, en consecuencia, los efectos de un campo magnético variable en el tiempo que tiene una variación espacial que es grande en comparación con la separación del conductor 3 también pueden reducirse sustancialmente. En la práctica, puede permanecer algún efecto del campo magnético variable en el tiempo porque el equilibrio RLa = LRc perfecto no es posible en la práctica, y RLa = RLc es más realista, y también porque en la práctica los campos magnéticos que varían con el tiempo normalmente no serán completamente uniformes.
De esta manera, al usar tres conductores 8, 10, 11 que forman parte de una matriz de conductores 3 equiespaciados soportados dentro de un conector 1 plano, se puede lograr la transmisión de la señal Vs desde la fuente 6 de señal hasta la interfaz 7 de usuario para medición mientras se proporciona una inmunidad casi completa a la fuente uniforme (campo lejano) de interferencia magnética variable en el tiempo, y una inmunidad mejorada a las fuentes espacialmente variables (campo cercano) de interferencia magnética variable en el tiempo . Se genera una corriente circulante alrededor del circuito (A1-A2-C2-C1-A1) cerrado; sin embargo, debido a la disposición de los conductores, esto no da como resultado un error neto en una medición entre las entradas + V e n , - Ven primera y segunda.
Además, el segundo aparato 2 puede permitir obtener estas ventajas usando conectores planos de formato lineal simples, ampliamente disponibles y económicos, tales como cable flexible plano (FFC), cable de cinta o conductores 3 estampados en sustratos de circuito impreso flexible (FPC).
El uso de cables FFC puede ser particularmente ventajoso, porque el paso (separación entre conductores adyacentes 3) en los cables FFC normalmente se mantiene con tolerancias estrechas. Las diferencias típicas en la separación de centro a centro de los conductores 3 adyacentes pueden ser mejores que el 1 %, por ejemplo algunos micrómetros en un paso de 1 mm.
El segundo aparato 2 es solo un ejemplo del uso de tres o más conductores 3 de un conector 1 plano que incluye varios conductores dispuestos en una matriz equiespaciada. En el caso general, el conector 1 plano se puede usar para conectar una, dos o más fuentes 6 de señales a un interfaz 7 de usuario para medición que tiene al menos un par de entradas + V e n , -V e n . En el caso general, el conector 1 plano incluirá al menos un conductor de señal 3 que conecta una de las fuentes 6 de señales a una de las entradas Ven, -V e n del interfaz 7 de usuario para medición, y al menos dos conductores 3 adicionales conectados a la una o más fuentes 6 de señales, con uno o ambos de los dos conductores adicionales también conectados a la entrada Ven, -V e n emparejada del interfaz 7 de usuario para medición. El al menos un conductor 3 de señal y los al menos dos conductores 3 adicionales pertenecerán a uno o más circuitos cerrados (algunos circuitos cerrados pueden incluir una o más fuentes 6 de señales mientras que otros pueden omitir cualquier fuente 6 de señal), y los circuitos cerrados así formados deben tener áreas e impedancias configuradas de tal manera que, en respuesta a un campo magnético externo uniforme variable en el tiempo que se aplica al aparato 2, una primera fuerza + V fe m electromotriz no deseada inducida en una primera entrada Ven será sustancialmente igual a una segunda fuerza -V fe m electromotriz no deseada inducida en una segunda entrada -V e n .
La interfaz 7 de usuario para medición realiza una medición diferencial entre una primera entrada Ven conectada al al menos un conductor 3 de señal, y una segunda entrada -Ven conectada a un segundo conductor 3 de señal que es uno de los al menos otros dos conductores 3. De esta manera, las fuerzas Vfem, -V fe m electromotrices no deseadas primera y segunda sustancialmente iguales pueden registrarse como un potencial + V fe m ~ - Vfem = Vcm de modo común que puede ser rechazado por la medición diferencial de la interfaz 7 de usuario para medición.
Una de las entradas + Ven, -V e n primera y segunda puede estar conectada a tierra, o a otro potencial V e de referencia, para proporcionar una medida aproximadamente de un solo extremo. Sin embargo, una medición verdaderamente de un solo extremo es inviable porque esto implicaría circuitos adicionales a través de electrodos de puesta a tierra comunes (que no pasan por el conector 1 plano), lo que podría hacer que el control de las áreas de circuito y las impedancias sea poco práctico o imposible.
El al menos un conductor de señal y los al menos otros dos conductores pueden, en combinación con una o más fuentes 6 de señales y una interfaz 7 de usuario para medición, formar menos de tres circuitos cerrados, por ejemplo, dos circuitos cerrados o un solo circuito cerrado. Alternativamente, el al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales, en combinación con una o más fuentes 6 de señales y un interfaz 7 de usuario para medición, pueden formar más de tres circuitos cerrados. Al menos un circuito cerrado puede omitir cualquier fuente 6 de señal y/o impedancias Rmedida de entrada . Cualquier circuito cerrado puede cruzarse a sí mismo para formar dos o más subcircuitos (circuito torcido), por ejemplo, un solo cruce para formar dos subcircuitos con una topología en forma de ocho. Un lazo cerrado que se cruza a sí mismo lo hace geométrica y/o topológicamente, pero no eléctricamente. En otras palabras, un circuito cerrado que se cruza a sí mismo no se cortocircuita en el cruce. Los circuitos cerrados o subcircuitos pueden tener direcciones opuestas, de modo que cuando se inducen fuerzas electromotrices (FEM) en esos circuitos cerrados o subcircuitos en respuesta a un campo magnético uniforme variable en el tiempo, las FEM correspondientes tendrán signos opuestos.
En algunos ejemplos, los uno o más circuitos cerrados tienen áreas y pueden configurarse impedancias adicionales (por ejemplo, agregando un cuarto y más conductores 3) de tal manera que, en respuesta a un campo magnético externo variable en el tiempo con un gradiente espacial uniforme, o teniendo una magnitud que varía cuadráticamente con las coordenadas espaciales, aplicándose al aparato 2 una primera fuerza + V fe m electromotriz no deseada inducida en una primera entrada Ven será sustancialmente igual a una segunda fuerza -V fe m electromotriz no deseada inducida en una segunda entrada -V e n .
Se describirán más ejemplos de estos principios en relación con las Figuras 5 a 14.
Con referencia también a la Figura 5, se muestra un segundo aparato 16.
El segundo aparato 16 es el mismo que el primer aparato 2, excepto que las resistencias Ri, R2 primera y segunda están conectadas en serie con los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero respectivamente. El segundo aparato 16 incluye tres circuitos cerrados, que son los mismos que los definidos para el primer aparato 2 (excepto por la suma de las resistencias Ri, R2).
En la práctica, las resistencias RLa, RLc de línea de los conductores 10, 11 de señales tercero y cuarto pueden estar ligeramente desequilibradas, especialmente cuando se tienen en cuenta las resistencias de contacto dentro y fuera de los conductores 10, 11 de señales tercero y cuarto. Dado que cualquier desequilibrio puede causar un error en la medición de la fuente 6 de señal en presencia de campos magnéticos externos que varían con el tiempo, se debe establecer una relación entre las resistencias a lo largo de los conductores 10, 11 de señales tercero y cuarto lo más cercana posible a 1:1. (unidad) como práctica. Agregando resistencias Ri, R2 primera y segunda (preferiblemente alta tolerancia) en serie con los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero, la importancia relativa de cualquier diferencia entre los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero puede reducirse. No es necesario que las resistencias Ri, R2 primera y segunda sean grandes y típicamente pueden ser del orden de 1 O. Esto se puede comparar con una resistencia de menos de aproximadamente 100 mO para un conductor 3 de 30 cm de largo de un cable flexible plano (FFC) que tiene un paso de 1 mm entre conductores 3 adyacentes.
Opcionalmente, se puede colocar una tercera resistencia R3 en serie con el primer conductor 8 de señal. La tercera resistencia R3 puede ser útil para evitar un desajuste significativo en la resistencia entre el primer conductor 8 de señal y los conductores 10, 11 de señales paralelos segundo y tercero en conectores 1 planos que tienen longitudes L más largas.
En el caso general, cualquiera de los siguientes ejemplos (Figura 6 en adelante) puede modificarse para incluir una o más resistencias conectadas en serie con los respectivos conductores 3, para mejorar el equilibrio (mediante el ajuste de impedancias) entre diferentes circuitos cerrados y/o sub-circuitos de un circuito retorcido. En general, dichas resistencias deben ser mayores que la resistencia de los conductores 3 correspondientes (incluyendo las resistencias de contacto dentro/fuera de los conductores 3).
Con referencia también a la Figura 6 , se muestra un tercer aparato 17.
El tercer aparato 17 es el mismo que el primer aparato 2, excepto que el tercer aparato 17 incluye además un cuarto conductor 18 de señal que conecta el primer terminal 9 a la primera entrada Ven. El cuarto conductor 18 de señal se coloca dentro de la matriz de conductores 3 para que sea adyacente al primer conductor 8 de señal y entre los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero En otras palabras, los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero sujetan los conductores 8, 18 de señales primero y cuarto .
Similar al segundo aparato 16 que incluye la tercera resistencia R3 opcional , el tercer aparato 17 puede proporcionar un equilibrio de impedancia mejorado entre las conexiones a los terminales 9, 12 primero y segundo . Mientras que el segundo aparato 16, que incluye la tercera resistencia R3 opcional , puede permitir el equilibrio de las resistencias, el tercer aparato 18 permite mejorar el equilibrio de la impedancia (resistencia, autoinducción y capacitancia) entre los conductores 8,18 de señales primero y cuarto y los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero
Las resistencias Ri, R2 primera y segunda pueden colocarse en serie con los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero respectivamente, de la misma manera que para el segundo aparato 16.
El tercer aparato 17 incluye cuatro circuitos cerrados:
1. A1-A2-D2-D1-A1
2. B1-B2-C2-C1-B1
3. A1-A2-SB| |CRmedida-A1 (la notación B| |C denota B2-B1 en paralelo con C2-C1)
4. D1-A2-SB| |CRmedida-D1 (la notación B| |C denota B2-B1 en paralelo con C2-C1)
Cabe señalar que el segundo circuito del listado, B1-B2-C2-C1-B1, es puramente interno y no tiene ningún efecto en la interfaz 7 de usuario para medición.
Con referencia también a la Figura 7, se muestra un cuarto aparato 19.
El cuarto aparato 19 incluye un conector 1 plano que se conecta entre un par de fuentes 20a, 20b de señales equilibradas y una interfaz 7 de usuario para medición que tiene entradas + V e n , -V e n primera y segunda . Un ejemplo de un par de fuentes 20a, 20b de señales equilibradas es un par de bobinas en un sensor de corriente d l /d t .
Un quinto conductor 21 de señal conecta la primera entrada Ven al terminal positivo de la primera fuente 20a de señal equilibrada . Un sexto conductor 22 de señal conecta el terminal negativo de la primera fuente de señal 20a equilibrada a tierra o a un potencial V e de referencia . Un séptimo conductor 23 de señal conecta la segunda entrada -V e n al terminal negativo de la segunda fuente 20b de señal equilibrada . Un octavo conductor 24 de señal conecta el terminal positivo de la segunda fuente de señal 20b equilibrada a tierra o a un potencial V e de referencia.
Los conductores 22, 23 de señales sexto y séptimo son adyacentes en la matriz de conductores 3 dentro del conector 1 plano, y están entre paréntesis por los conductores 21, 24 de señales quinto y octavo . Los conductores 21, 24 de señales quinto y octavo están preferiblemente, aunque no esencialmente, adyacentes a los conductores 22, 23 de señales sexto y séptimo en la matriz de conductores 3 dentro del conector 1 plano.
Los conductores 21, 22, 23, 24 de señales quinto a octavo pertenecen a un solo circuito A1-A2-Sb-B2-B1-Rmedida-D1-D2-Sa-C2-C1-A1 cerrado, que se cruza para formar una topología en forma de ocho que tiene un primer subcircuito que incluye la primera fuente 20a y un segundo subcircuito que incluye la segunda fuente 20b. El par de subcircuitos tienen áreas e impedancias coincidentes de tal manera que la primera EMF no deseada + V fe m que se registra en la primera entrada Ven será sustancialmente igual a la segunda EMF no deseada -V fe m registrándose en la segunda entrada - Ven . De esta manera, los efectos de un campo magnético uniforme variable en el tiempo aparecerán en la interfaz 7 de usuario para medición como un voltaje + Vfem ~ V fe m ~ V c m de modo común, que será rechazada por la medida diferencial entre las entradas + V e n , -V e n primera y segunda .
Cualquiera de los conductores 21, 22, 23, 24 de señales quinto a octavo puede colocarse en serie con una resistencia (no mostrada), para mejorar el equilibrio de impedancia como se describe en relación con el segundo aparato 16.
Con referencia también a la Figura 8, se muestra un quinto aparato 25.
El quinto aparato 25 es el mismo que el cuarto aparato 19, excepto que se modifica el orden de los conductores 21, 22, 23, 24 de señales quinto a octavo dentro de la matriz de conductores 3. En el quinto aparato, los conductores 21, 23 de señales quinto y séptimo están adyacentes entre sí, y los conductores 22, 24 de señales sexto y octavo están adyacentes entre sí. Al igual que en el cuarto aparato 19, el quinto aparato 25 define un único circuito A1-A2-Sb-C2-C1-Rmedida-D1-D2-Sa-B2-B1-A1 cerrado que se cruza para definir subcircuitos equilibrados y opuestos.
Cualquiera de los conductores 21, 22, 23, 24 de señales quinto a octavo puede colocarse en serie con una resistencia (no mostrada), para mejorar el equilibrio de impedancia como se describe en relación con el segundo aparato 16.
Con referencia también a la Figura 9, se muestra un sexto aparato 26.
El sexto aparato 26 es un ejemplo del cuarto aparato 19, implementado utilizando bobinas Li, L2 primera y segunda para proporcionar las fuentes 20a, 20b de señales equilibradas primera y segunda . Las bobinas Li, L2 primera y segunda están acopladas inductivamente a una tercera bobina L3 para permitir el control de la corriente suministrada desde un suministro 27 a una carga 28. Por ejemplo, el suministro 27 podría ser un suministro eléctrico de red, la carga 28 podría ser uno o más aparatos y/o luces de una propiedad doméstica, comercial o industrial, y el sexto aparato 26 podría ser un medidor de electricidad.
El sexto aparato 26 también incluye un escudo 29 electrostático , conectado a tierra mediante un conductor 30 de tierra del conector 1 plano. El escudo 29 electrostático puede evitar el acoplamiento capacitivo de las bobinas Li, L2 a un voltaje de salida variable en el tiempo del suministro 27.
De esta forma, el conector 1 plano del sexto aparato 26 está configurado para evitar (o al menos reducir) la interferencia de campos magnéticos variables en el tiempo y campos eléctricos en el entorno local.
Cualquiera de los conductores 21, 22, 23, 24 de señales quinto a octavo puede colocarse en serie con una resistencia (no mostrada), para mejorar el equilibrio de impedancia como se describe en relación con el segundo aparato 16.
Con referencia también a la Figura 10, se muestra un séptimo aparato 31.
El séptimo aparato 31 puede proporcionar un rendimiento mejorado al rechazar los campos electromagnéticos inducidos por fuentes de campo variable en el tiempo cercano/cercano que no se aproximan bien como campos espaciales uniformes y/o campos magnéticos con gradiente espacial uniforme. El séptimo aparato 31 puede proporcionar un rendimiento superior frente a campos magnéticos variables en el tiempo que tienen una magnitud que varía cuadráticamente con las coordenadas espaciales (en la región del conector 1 plano).
El séptimo aparato 31 incluye una fuente 6 de señal que tiene los terminales 9, 12 primero y segundo, acoplados por un conector 1 plano a un interfaz 7 de usuario para medición que tiene las entradas Ven, -V e n primera y segunda. Los conductores 32, 33 de señales noveno y décimo conectan el primer terminal 9 a la primera entrada + V e n . Los conductores 34, 35 de señales undécimo y duodécimo conectan el segundo terminal 12 a la segunda entrada -V e n . Los conductores 32, 33 de señales noveno y décimo están intercalados con los conductores 34, 35 de señales undécimo y duodécimo . El décimo conductor 33 de señal está entre los conductores 34, 35 de señales undécimo y duodécimo y el undécimo conductor 34 de señal está entre los conductores 32, 33 de señales noveno y décimo .
Una cuarta resistencia R4 conectada en serie con el noveno conductor 32 de señal es un tercio de la resistencia de una quinta resistencia R5 conectada en serie con el décimo conductor 33 de señal . Una sexta resistencia R6 conectada en serie con el undécimo conductor 34 de señal es un tercio de la resistencia de una séptima resistencia R7 conectada en serie con el duodécimo conductor 35 de señal . Las resistencias R4, R5, R6, R7 cuarta a séptima sirven para ponderar los campos electromagnéticos inducidos a lo largo de los conductores 32, 33, 34, 35 de señal noveno a duodécimo para compensar las diferencias en las áreas unidas por los circuitos cerrados, incluyendo los conductores 32, 33, 34, 35 de señales noveno a décimo .
El séptimo aparato 31 incluye tres circuitos cerrados significativos:
1. R5-A1-A2-C2-C1-R4-R5
2. R6-B1-B2-D2-D1-R7-R6
3. A| |CSB| |RDmedida-A| |C
En el que, por ejemplo, A| |C indica los conductores 32, 33 de señales noveno y décimo y las respectivas resistencias R4, R5 conectadas en paralelo, y B| |D similar para los conductores 34, 35 de señales undécimo y duodécimo y las respectivas resistencias R6, R7 conectadas en paralelo.
El séptimo aparato 31 requiere un buen equilibrio de resistencias, y las resistencias R4, R5, R6, R7 cuarta a séptima deben ser mayores que las resistencias de línea y contacto de los respectivos conductores 32, 33, 34, 35 .
El séptimo aparato 31 proporciona buena inmunidad a la interferencia de campos magnéticos variables en el tiempo que son espacialmente uniformes, tienen un gradiente espacial uniforme o tienen una magnitud que varía cuadráticamente con las coordenadas espaciales, y también está equilibrado electrostáticamente para reducir la interferencia de voltajes alternos cercanos.
Con referencia también a la Figura 11, se muestra un octavo aparato 36.
El octavo aparato 36 es similar al séptimo aparato 31, excepto que la ponderación de los campos electromagnéticos inducidos a lo largo de los conductores 32, 33, 34, 35 de señales noveno a duodécimo se logra en el dominio digital en lugar de usar las resistencias R4, R5, R6 , R7 cuarta a séptima .
El octavo aparato 36 incluye un conector 1 plano que conecta la fuente 6 de señal a un interfaz 7a de usuario para medición que tiene entradas + V e n , -V e n , primera y segunda y una interfaz 7b de usuario para medición que tiene entradas + V 'e n , -V e n tercera y cuarta. Las interfaces 7a, 7b de usuario para medición pueden ser dispositivos separados o pueden estar integrados como una sola interfaz 7 de usuario para medición. Las entradas + V e n , -V e n primera y segunda corresponden a una primera salida V Is a M a y las entradas + V'en, -V e n tercera y cuarta corresponden a una segunda salida V2saiida. El aparato calcula una señal final con base en la combinación 0.75 V la fu e ra 0 .25 V 2 a fu e ra .
Los pesos específicos 0.75 y 0.25 pueden variar si las posiciones relativas (y, en consecuencia, las áreas) de los conductores 32, 33, 34, 35 de señales noveno a duodécimo varían entre sí dentro de la matriz de conductores 3 dentro del conector 1 plano .
El octavo aparato 36 incluye tres circuitos cerrados:
1. A1-A2-S-D2-D1 -Rmedida-A1 (correspondiente a V 2saiida)
2. B1-B2-S-C2-C1-Rmedida-B1 (correspondiente a Visalida)
3. A1-A2-C2-C1-Rmedida-B1-B2-D2-D1-Rmedida-A1 (circuito autocruzado)
Con referencia también a la Figura 12, se muestra un noveno aparato 37.
En el noveno aparato 37, los conductores 3 que unen los conductores 8, 10, 11 de señales primero a tercero están conectados a tierra del sistema (u otro potencial V re f de referencia ) y se utiliza para blindaje adicional de interferencias eléctricas, mientras que otros conductores 3 están conectados a la segunda entrada -Ven y se utilizan para igualar la captación entre las partes positivas y negativas para minimizar los efectos del acoplamiento capacitivo.
El noveno aparato 37 incluye una fuente 6 de señal conectada a una interfaz 7 de usuario para medición que tiene entradas + V e n , -V e n primera y segunda utilizando un conector 1 plano.
De manera similar al primer aparato 2, el conector 1 plano incluye un primer conductor 8 de señal conectado a un primer terminal 9 de la fuente 6 de señal y conductores 10, 11 segundo y tercero , ambos conectados a un segundo terminal 12 de la fuente 6 de señal. En el lado de la interfaz 7 de usuario para medición, el primer conductor 8 de señal está conectado a la primera entrada + V e n , mientras que los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero están acoplados a tierra del sistema (u otro potencial V e de referencia ). La segunda entrada -V e n está acoplada a los conductores 10, 11 de señal segundo y tercero a través de una octava resistencia R8 que es preferiblemente el doble de la resistencia de la fuente 6 de señal.
El noveno aparato también incluye conductores 38, 39 de equilibrio de captación primero y segundo que están conectados a la segunda entrada -V e n en el lado de la interfaz 7 de usuario para medición del conector 1 plano, y que flotan en el lado de la fuente 6 de señal del conector 1 plano. Los conductores 38, 39 de equilibrio de captación primero y segundo sujetan los conductores 8, 10, 11 de señales primero a tercer dentro de la matriz de conductores 3 dentro del conector 1 plano.
El noveno aparato también incluye conductores 40, 41 de blindaje primero y segundo que están conectados a tierra (u otro potencial V e de referencia ) en el lado de la interfaz 7 de usuario para medición del conector 1 plano, y que flotan en el lado de la fuente 6 de señal del conector 1 plano. Los conductores 40, 41 de blindaje primero y segundo sujetan los conductores 8, 10, 11 de señales primero a tercero y los conductores 38, 39 de equilibrio de captación primero y segundo dentro de la matriz de conductores 3.
El noveno aparato 37 está optimizado para la inmunidad magnética (reducción de la interferencia de los campos magnéticos variables en el tiempo), y siempre que la octava resistencia R8 sea igual al doble de la resistencia de la fuente 6 de señal, el noveno aparato 37 también debería reducir la interferencia de los campos eléctricos que tienen gradientes espaciales.
El noveno aparato 37 incluye tres circuitos cerrados:
1. C1-C2-S-E2-E1-C1
2. C1-C2-S-D2-D1 -Rmedida-R8-C1
3. E1-E2-S-D2-D1-Rmedida-R8-E1
Las resistencias (no mostradas) se pueden colocar en serie con los conductores 8, 10, 11 de señales primero, segundo y/o tercero para mejorar el equilibrio de resistencia, de manera similar al segundo aparato 16.
Con referencia también a la Figura 13, se muestra un décimo aparato 42.
El décimo aparato 42 incluye una fuente 6 de señal conectada a una interfaz 7 de usuario para medición que tiene entradas + V e n , -V e n primera y segunda utilizando un conector 1 plano.
De manera similar al primer aparato 2, el conector 1 plano incluye un primer conductor 8 de señal conectado a un primer terminal 9 de la fuente 6 de señal y conductores 10, 11 segundo y tercero , ambos conectados a un segundo terminal 12 de la fuente 6 de señal. En el lado de la interfaz 7 de usuario para medición, el primer conductor 8 de señal está conectado a la primera entrada Ven, mientras que los conductores 10, 11 de señales segundo y tercero están acoplados a tierra del sistema (u otro potencial V e de referencia ). La segunda entrada -V e n está acoplada a los conductores 10, 11 de señal segundo y tercero a través de una octava resistencia R8 que es preferiblemente el doble de la resistencia de la fuente 6 de señal.
El décimo aparato 42 también incluye conductores 43, 44 de equilibrio de captación tercero y cuarto que están conectados a la segunda entrada -V e n en el lado de la interfaz 7 de usuario para medición del conector 1 plano, y que flotan en el lado de la fuente 6 de señal del conector 1 plano. Los conductores 43, 44 de equilibrio de captación tercero y cuarto sujetan el primer conductor 8 de señal y están sujetados a su vez por los conductores 10, 11 de señal segundo y tercero dentro de la matriz de conductores 3.
El décimo aparato 42 está optimizado para la inmunidad a la interferencia de campos eléctricos, y siempre que la octava resistencia R8 sea igual al doble de la resistencia de la fuente 6 de señal, el décimo aparato 42 también debería reducir la interferencia de campos eléctricos que tienen gradientes espaciales. El décimo aparato 42 proporcionará un buen rendimiento frente a campos magnéticos variables en el tiempo de gradiente uniforme y de campo lejano.
El décimo aparato 37 incluye tres circuitos cerrados:
1. A1-A2-S-E2-E1-A1
2. A1-A2-S-C2-C1 -Rmedida-R8-A1
3. E1-E2-S-C2-C1 -Rmedida-R8-E1
Las resistencias (no mostradas) se pueden colocar en serie con los conductores 8, 10, 11 de señales primero, segundo y/o tercero para mejorar el equilibrio de resistencia, de manera similar al segundo aparato 16.
Con referencia también a la Figura 14, se muestra un undécimo aparato 45.
El undécimo aparato 45 incluye un par de fuentes 20a, 20b de señales equilibradas conectadas en serie, conectadas a una interfaz 7 de usuario para medición utilizando un conector 46 sustancialmente plano blindado electrostáticamente.
El conector 46 plano sustancialmente blindado electrostáticamente (en adelante también "conector 46 plano blindado electrostáticamente " para abreviar) es el mismo que el conector 1 plano, excepto que el conector 46 plano blindado electrostáticamente también incluye una capa 47 conductora envuelta alrededor de los conductores 3 y extendiéndose a lo largo de la longitud L del conector 46 plano blindado electrostáticamente .
Con referencia también a la Figura 15, se muestra una vista en sección transversal a través de un conector 46 plano blindado electrostáticamente.
La capa 47 conductora está conectada a tierra del sistema (u otro potencial V e de referencia ), por ejemplo, usando un conductor 48 de tierra que conecta un nodo entre las fuentes 20a, 20b de señales equilibradas a tierra del sistema (u otro potencial V e de referencia ).
La capa 47 conductora puesta a tierra (o potencial de referencia) sirve para proteger los conductores 3 que forman la matriz del acoplamiento a los campos eléctricos que se originan fuera del conector 46 plano blindado electrostáticamente .
Un decimotercer conductor 49 de señal conecta el terminal negativo de las fuentes 20a, 20b de señales equilibradas a una segunda entrada -V e n de la interfaz 7 de usuario para medición. Los conductores 50, 51 de señales decimocuarto y decimoquinto conectan el terminal positivo de las fuentes 20a, 20b de señales equilibradas a una primera entrada + Ven de la interfaz 7 de usuario para medición.
El undécimo aparato 45 incluye tres circuitos cerrados:
1. B1-B2-D2-D1-B1
2. B1-B2-Sb-Sa-C2-C1-Rmedida-B1
3. D1-D2- Sb-Sa-C2-C1-Rmedida-D1
Aunque están dibujados con secciones transversales circulares en la Figura 16, los conductores 3 a menudo pueden usar otras formas de sección transversal, por ejemplo, rectangulares.
Con referencia también a la Figura 16, se muestra un conector 1 plano o conector 46 plano blindado electrostáticamente en forma de un cable 52 flexible plano (FFC) .
El FFC 52 se conecta entre un lado 53 de fuente de señal y un lado 54 de interfaz de usuario para medición, y puede usarse en cualquiera de los aparatos 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 descritos de ahora en adelante.
Una característica sorprendente del FFC 52, particularmente en los estrechos con solo unos pocos (por ejemplo, menos de diez) conductores 3 en la matriz, es que el plano del FFC 52 a través de los conductores 3 (es decir, perpendicular a la longitud L del cable) puede permanecer relativamente constante a través de los conductores 3 incluso cuando el FFC 52 está significativamente torcido. En otras palabras, el FFC 52 puede comportarse como una cadena de elementos rectos conectados perpendicularmente a la longitud L del cable, retorciéndose alrededor de su centro.
El mismo resultado también puede ser válido para cables planos con solo unos pocos (por ejemplo, menos de diez) conductores 3.
La consecuencia de esto es que la compensación de las fuerzas Vfem, -V fe m electromotrices no deseadas puede mantenerse incluso cuando el conector 1 plano o el conector 46 plano blindado electrostáticamente en forma de un cable flexible plano (FFC) 52 está, por ejemplo, torcido y/o doblado durante el uso. Esto puede ser ventajoso para enrutar conexiones entre una o más fuentes 6 de señales y una o más interfaces 7 de usuario para medición correspondientes.
Con referencia también a la Figura 17, se muestra un conector 1, 55 plano en forma de sustrato 5 que soporta conductores 3 en forma de pistas 56 conductoras .
Dependiendo del material del sustrato 5, el conector 55 plano puede ser rígido o flexible (a lo largo de al menos parte de la longitud L). Por ejemplo, el sustrato puede ser un sustrato de circuito impreso flexible (FPC) o una placa de circuito impreso rígida convencional (por ejemplo, fibras impregnadas de resina recubierta de cobre). Un beneficio de los aparatos 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 de acuerdo con la presente memoria descriptiva, en comparación con enfoques alternativos para reducir la interferencia magnética en FPC o PCB, es la eliminación de cualquier requisito de 'torcer' las pistas, lo que requiere capas adicionales.
Un conector 46 plano blindado electrostáticamente con base en un sustrato 5 puede fabricarse como una estructura multicapa, por ejemplo, teniendo una capa blindada uniforme (no mostrada) soportada en el lado opuesto del sustrato 5 a las pistas 56 conductoras , y laminando (o depositar) una capa aislante (no mostrada) sobre las pistas 56 conductoras , seguido de una segunda capa blindada uniforme (no mostrada).
Con referencia también a la Figura 18, se muestra una vista en planta de un aparato 57 utilizado para evaluar el rendimiento magnético de los conectores 1, 46, 55planos en comparación con los cables coaxiales convencionales.
Con referencia también a la Figura 19, se muestra una sección transversal a lo largo de la línea marcada como K-K' en la Figura 18.
El aparato 57 incluye bobinas 58, 59 de Helmholtz primera y segunda, dispuestas coaxialmente una encima de la otra. Los devanados 60, 61 de las bobinas de Helmholtz están en la misma dirección para ambas bobinas 58, 59. Se puede colocar un conector 62 de prueba entre las bobinas 58, 59 de Helmholtz primera y segunda, atravesando el centro común de las bobinas 58, 49.
Se utilizaron dos tipos de muestras como conectores 62 de prueba -conectores 1 planos en forma de cables planos flexibles (FFC) configurados de acuerdo con el primer aparato 2 y cables coaxiales convencionales-.
Cada bobina 58, 59 de Helmholtz es capaz de generar un campo de raíz cuadrática media (RMS) de 1 mT a 60 Hz, y se usó un generador de señales para simular un voltaje de línea de 100 V RMS. A los conectores 62 de prueba se conectó una interfaz 7 de usuario para medición configurado para medir potencia Activa/Reactiva. La potencia medida se convirtió en área efectiva y corriente equivalente. El área efectiva en el presente documento significa el área de un circuito que generaría el mismo V ( t ) en el mismo campo. Corriente equivalente en el presente documento significa la corriente que reportaría el medidor (tomando en cuenta la sensibilidad de la bobina) en un campo de 70 uT.
Con referencia también a la Figura 20, se muestran los resultados obtenidos de un campo variable en el tiempo espacialmente uniforme.
Se generó un campo espacialmente uniforme entre las bobinas 58, 59 accionando la primera y la segunda bobina a 60 Hz en fase (de modo que la polaridad de los campos magnéticos de cada bobina 58, 59 estuviera en la misma dirección).
Se probaron cinco muestras diferentes de cable coaxial y se probaron 10 muestras diferentes de conectores 1 planos en forma de cables planos flexibles (FFC) configurados de acuerdo con el primer aparato 2. La Figura 20 representa los valores promedio de la corriente equivalente en el eje del lado izquierdo y la corriente equivalente como un % de 250 mA en el eje del lado derecho. Las barras de error representan la desviación estándar de los conjuntos de datos. Estos resultados están escalados de acuerdo con un sensor de 200 pV/A (a 60 Hz dl/dt) que se usa para un medidor de corriente de clase 20 de clase de precisión 0.2 de acuerdo con ANSI C12.20. Esto establece un error máximo del 1 % a 0.25 A cuando un medidor se expone a un campo de interferencia de 100 A a una distancia de 10 pulgadas (0,254 m). Cuando se probaron las muestras de FFC, se midió un voltaje de captación (correspondiente a un EMF no deseado). Esto se convirtió en una corriente equivalente, utilizando la sensibilidad conocida del sensor de corriente (la fuente 6 de señal en este experimento), es decir, una corriente que correspondería al EMF no deseado si el EMF no deseado fuera una señal real del sensor de corriente.
Puede observarse que los conectores 1 planos en forma de cables planos flexibles (FFC) configurados de acuerdo con el primer aparato 2 se comportaron de manera equivalente, o ligeramente mejor, que los cables coaxiales. Sin embargo, los conectores 1 planos en forma de cables planos flexibles (FFC) configurados de acuerdo con el primer aparato 2 son más compactos y económicos que los cables coaxiales.
Con referencia también a la Figura 21, se muestran los resultados obtenidos de un campo de gradiente variable en el tiempo.
Se generó un gradiente de 0.0243 mT/mm desfasando las bobinas 58, 59 primera y segunda, de modo que las bobinas 58, 59 se energizaron en direcciones opuestas.
Se probaron cinco muestras diferentes de cable coaxial y se probaron 6 muestras diferentes de conectores 1 planos en forma de cables planos flexibles (FFC) configurados de acuerdo con el primer aparato 2. La Figura 21 representa los valores promedio de la corriente equivalente en el eje del lado izquierdo y la corriente equivalente como un % de 250 mA en el eje del lado derecho. Las barras de error representan la desviación estándar de los conjuntos de datos.
Puede observarse que dentro de la desviación estándar medida, los conectores 1 planos en forma de cables planos flexibles (FFC) configurados de acuerdo con el primer aparato 2 superaron a los cables coaxiales.
Modificaciones
Se apreciará que se pueden realizar diversas modificaciones a las realizaciones descritas anteriormente. Dichas modificaciones pueden implicar características equivalentes y otras que ya se conocen en el diseño, fabricación y uso de cables para transmitir señales eléctricas y que pueden usarse en lugar o además de las características ya descritas en el presente documento. Las características de una realización pueden reemplazarse o complementarse con características de otra realización.
Aunque se describe con referencia al conectado 1, cualquiera de los aparatos 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42 primero a décimo puede reemplazar el conector 1 plano con el conector 46 plano blindado electrostáticamente.
Aunque los ejemplos descritos en el presente documento se han explicado con referencia a la obtención de mediciones de fuentes 6 de señales mientras se reduce la interferencia de campos magnéticos externos variables en el tiempo, las configuraciones 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 del conector 1, 46, 55 plano, de acuerdo con la presente memoria descriptiva pueden usarse igualmente cuando se conducen transmisiones de señales para reducir la generación de señales magnéticas y campos eléctricos que podrían interferir con otros equipos. A este respecto, el tercer aparato 17 que se muestra en la Figura 6 puede ser particularmente útil para reducir las emisiones magnéticas. Aunque las configuraciones del conector 1, 46, 55 plano de cualquiera de los aparatos 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 reducirían las emisiones magnéticas, se espera que el tercer aparato 17 funcione particularmente bien para señales de alta frecuencia porque la adición del cuarto conductor 18 de señal hace que la configuración esté equilibrada capacitiva y resistivamente.
Las señales de alta frecuencia pueden referirse a una situación en la que una interconexión tiene suficiente capacitancia, por lo que es importante mantener la misma caída en ambos terminales. Esto también puede depender de la impedancia de la fuente de señal. Por ejemplo, una línea típica para blindar capacitancias en un L = 300 mm FFC puede ser 100 pF y una fuente 6 de señal puede tener una impedancia en la región de 100 O, correspondiente a una frecuencia de corte de 15 MHz. En aplicaciones de alta precisión, podría ser necesaria igualar las capacitancias durante al menos una década (de frecuencia) o más por debajo de la frecuencia de ruptura.
Alternativamente, la alta frecuencia puede corresponder al punto en el que la longitud L del conector 1 plano comienza a acercarse a la longitud de onda de una frecuencia transmitida, bajo cuyas circunstancias puede resultar preferible tratar el conector 1 plano como una línea de transmisión (con fuente y ajuste de carga), que rondaría los 50 Mhz para un L = Conector plano FFC de 300 mm 1.
En general, una configuración de los aparatos 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 que proporcione el equilibrio de las fuerzas electromotrices inducidas en respuesta a un campo magnético externo variable en el tiempo también corresponderá al equilibrio de campos magnéticos generados por los conductores 3 cuando se transmite una señal desde la fuente de señal a un receptor de señal y/o carga a través de un conector 1, 46, 55 plano configurado equivalentemente . De esta forma, las emisiones magnéticas de un conector 1, 46, 55 plano pueden reducirse utilizando configuraciones tales como las descritas en relación con los aparatos 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 de esta memoria descriptiva.
Los aparatos 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 y/o los conectores 1, 46, 55 planos configurados de acuerdo con la presente memoria descriptiva pueden usarse en cualquier aplicación que emplee cable plano flexible ( FFC), cable de cinta, cable coaxial, telar de cables, hilos trenzados, cables trenzados, etc. Los aparatos 2 , 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 y/o los conectores 1, 46, 55 planos configurados de acuerdo con la presente memoria descriptiva pueden ser utilizados en cualquier aplicación que involucre equipos y/o sistemas que generan, o están ubicados dentro de, entornos de campos magnéticos que varían mucho en el tiempo y que también requieren la transferencia de señales sensibles.
Los aparatos 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 y/o los conectores 1,46, 55 planos configurados de acuerdo con la presente memoria descriptiva pueden usarse en ordenadores portátiles, imágenes por resonancia magnética (MRI ), equipos de fusión, sensores ubicados muy cerca de un motor, en medidores eléctricos, en interruptores o relés, en equipos de espectrómetro de masas, en aceleradores de partículas, en equipos de laboratorio, etc. Los aparatos 2, 16, 17, 19, 25, 26, 31, 36, 37, 42, 45 y/o los conectores1, 46, 55 planos configurados de acuerdo con la presente memoria descriptiva pueden usarse en equipos de audio tales como bocinas, altavoces, micrófonos, mesas de mezclas, instrumentos musicales, etc.
Con referencia también a la Figura 22, se muestra una parte de un conector 63 plano que incluye una matriz de conductores 3 que incluye una torcedura.
A lo largo de una distancia 8x en una primera dirección x, cada uno de los conductores 3 se desplaza linealmente una distancia 8 y en una segunda dirección y perpendicular a la primera dirección x. Cada conductor 3 permanece sustancialmente equiespaciado de los conductores 3 adyacentes antes, a través y después de la torcedura. De esta forma, el equilibrio de áreas de circuito cerrado e impedancias puede mantenerse incluso en conectores 63 planos en los que los conductores 3 no son líneas rectas únicas (cuando están en un estado no deformado).
El conector 63 plano puede ser rígido o flexible (a lo largo de al menos parte de la longitud L) y, cuando es flexible, puede torcerse, doblarse, enrollarse o deformarse de otro modo. Sin embargo, el soporte de los conductores 3 es tal que los cambios sustanciales en la relación de los conductores 3 entre sí dentro del conector plano 63 se minimizan a medida que se deforma el conector 63 plano .
Aunque se ha ilustrado una forma específica de torcedura, en general, se puede usar cualquier ruta de los conductores 3, siempre que las áreas entre cada par de conductores 3 adyacentes sean sustancialmente iguales para cada par de conductores 3 adyacentes.
En la Figura 23 se muestra una porción de un conector 64 plano que incluye una matriz de conductores 3 que incluye una esquina.
Cada uno de los conductores 3 sigue un camino anular a través de la esquina, en este ejemplo una porción de un círculo, y los caminos anulares tienen un centro de origen 65 común. Aunque las áreas entre cada par de conductores 3 adyacentes pueden ser ligeramente diferentes como resultado de la esquina, la diferencia puede ser lo suficientemente pequeña como para permitir una compensación adecuada de los EMF + V fe m , -V fe m no deseados e n algunas aplicaciones. En aplicaciones más precisas, las diferencias de área impartidas por una esquina pueden requerir compensación, por ejemplo, mediante el uso de esquinas coincidentes (por ejemplo, 90 grados a la izquierda seguidos de 90 grados a la derecha), cambiando ligeramente la separación del conductor a un lado de una esquina o compensando usando equilibrio de impedancia usando resistencias colocadas en serie, y así sucesivamente.
Aunque la esquina se ha ilustrado como porciones anulares que tienen un origen 65 implícito común, en otros ejemplos, se pueden usar diferentes tipos de esquina para los conductores 3, por ejemplo, cada conductor se puede desviar simplemente en un ángulo dado.
En la Figura 24 se muestra un conector 1 plano en forma de cable plano flexible (FFC) 66 que incluye un pliegue.
El pliegue es más pronunciado que, por ejemplo, un doblez o torsión de un conector 1,46, 55, 63, 64 plano que puede adoptarse naturalmente cuando se usa un conector 1,46, 55, 63, 64 plano para conectar entre una fuente 6 de señal y una interfaz 7 de usuario para medición orientadas arbitrariamente uno con respecto al otro. No obstante, las posiciones relativas de un par de conductores 3a, 3b dentro del FFC 66 se mantienen entre un primer lado 67 y un segundo lado 68 separados por el pliegue.
Aunque se han descrito ejemplos en los que se han conectado conectores 1,46, 55 planos entre fuentes 6 de señales y una interfaz 7 de usuario para medición, se puede configurar un conector plano independiente (no mostrado) de forma aislada para proporcionar un rendimiento magnético mejorado. Por ejemplo, un conector plano independiente (no mostrado) puede tener una longitud entre los extremos primero y segundo (no mostrados) y puede soportar una serie de conductores 3 que se extienden entre los extremos primero y segundo (no mostrados). Al igual que con los conectores 1,46, 55 planos, en cada punto entre los extremos primero y segundo (no mostrados), los conductores 3 pueden estar sustancialmente equiespaciados entre sí dentro del conector independiente. Una primera región de extremo puede corresponder a una región que se extiende desde el primer extremo del conector independiente (no mostrado) por 10 % de la longitud, y una segunda región de extremo puede corresponder a una región que se extiende desde el segundo extremo del conductor independiente por 10 % de la longitud. Al menos un par de los conductores 3 pueden conectarse eléctricamente (cortocircuitarse entre sí) dentro de una o ambas de la primera región final (no mostrada) y la segunda región final (no mostrada). Por ejemplo, el par de conductores 3 se puede conectar en uno o en ambos extremos primero y segundo (no se muestra). Un conector plano independiente (no se muestra) puede adoptar la forma de un cable flexible plano, un cable en cinta o un sustrato de circuito impreso flexible.
El alcance de la presente invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Aparato (2) que comprende:
una fuente (6) de señal analógica que tiene terminales (9, 12) primero y segundo ;
una interfaz (7) de usuario para medición, un receptor de señal o una carga que tiene al menos una primera y una segunda entrada;
un conector (1 ) sustancialmente plano que tiene una longitud entre los extremos primero y segundo y que soporta una pluralidad de conductores (3, 13) que se extienden entre los extremos primero y segundo, en el que en cada punto entre los extremos primero y segundo los conductores están sustancialmente equiespaciados entre sí dentro del conector sustancialmente plano, en el que la pluralidad de conductores comprende:
al menos un conductor (8) de señal que conecta el primer terminal de la fuente de señal a la primera entrada;
al menos dos conductores (10, 11 ) adicionales que conectan el segundo terminal de la fuente de señal a la segunda entrada;
en el que cada uno del al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales pertenecen a uno o más circuitos cerrados, y en el que el uno o más circuitos cerrados tienen áreas e impedancias configuradas de tal manera que en respuesta a un campo magnético externo uniforme variable en el tiempo siendo aplicado al aparato, una primera fuerza electromotriz no deseada inducida en la primera entrada será sustancialmente igual a una segunda fuerza electromotriz no deseada inducida en la segunda entrada.
2. Aparato (19) que comprende:
fuentes (20a, 20b) de señales analógicas equilibradas primera y segunda, teniendo cada una un terminal positivo y un terminal negativo;
una interfaz (7) de usuario para medición, un receptor de señal o una carga que tiene al menos una primera y una segunda entrada;
un conector (1 ) sustancialmente plano que tiene una longitud entre los extremos primero y segundo y que soporta una pluralidad de conductores (3, 13) que se extienden entre los extremos primero y segundo, en el que en cada punto entre los extremos primero y segundo los conductores están sustancialmente equiespaciados entre sí dentro del conector sustancialmente plano, en el que la pluralidad de conductores comprende al menos un conductor de señal y al menos dos conductores adicionales, comprendiendo el al menos un conductor de señal y al menos dos conductores adicionales:
un quinto conductor (21 ) de señal que conecta la primera entrada al terminal positivo de la primera fuente de señal equilibrada;
un sexto conductor (22) de señal que conecta el terminal negativo de la primera fuente de señal equilibrada a tierra o potencial de referencia;
un séptimo conductor (23) de señal que conecta la segunda entrada al terminal negativo de la segunda fuente de señal equilibrada;
un octavo conductor (24) de señal que conecta el terminal positivo de la segunda fuente de señal equilibrada a tierra o potencial de referencia;
en el que los conductores de señal quinto a octavo pertenecen a un solo circuito cerrado cruzado, y en el que el circuito cerrado cruzado tiene áreas e impedancias configuradas de tal manera que, en respuesta a un campo magnético externo variable en el tiempo uniforme que se aplica al aparato, una primera fuerza electromotriz no deseada inducida en la primera entrada será sustancialmente igual a una segunda fuerza electromotriz no deseada inducida en la segunda entrada.
3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el conector (1) sustancialmente plano comprende además una capa blindad electrostática configurada para proteger el al menos un conductor (8; 21, 23) de señal y los al menos dos conductores (10, 11; 22, 24) adicionales del acoplamiento a campos eléctricos que se originan fuera del conector sustancialmente plano.
4. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que al menos una porción del conector (1 ) sustancialmente plano es flexible.
5. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además una o más resistencias, cada resistencia conectada en serie con uno del al menos un conductor (8; 21, 23) de señal y los al menos dos conductores (10, 11; 22, 24) adicionales, en el que cada resistencia de la una o más resistencias está configurada para ajustar las impedancias relativas del circuito cerrado o circuitos correspondientes que incluyen esa resistencia.
6. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el uno o más circuitos cerrados tienen áreas e impedancias configuradas además de manera que, en respuesta a un campo magnético externo variable en el tiempo con un gradiente espacial uniforme que se aplica al aparato, una primera fuerza electromotriz no deseada inducida en la primera entrada será sustancialmente igual a una segunda fuerza electromotriz no deseada inducida en la segunda entrada.
7. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el uno o más circuitos tienen áreas e impedancias configuradas además de modo que, en respuesta a un campo magnético externo variable en el tiempo que tiene una magnitud que varía cuadráticamente con las coordenadas espaciales que se aplican al aparato, una primera fuerza electromotriz no deseada inducida en la primera entrada será sustancialmente igual a una segunda fuerza electromotriz no deseada inducida en la segunda entrada.
8. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que uno o más conductores de la pluralidad de conductores (3, 13) que sujetan el al menos un conductor (8; 21, 23) de señal y los al menos otros dos conductores (10, 11; 22, 24) están conectados a tierra o potencial de referencia.
9. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la cancelación de las fuerzas electromotrices se mantiene cuando el conector (1 ) sustancialmente plano se retuerce, dobla, pliega y/o deforma de otro modo.
10. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el uno o más circuitos cerrados comprenden al menos un circuito cerrado que no incluye ninguna fuente de señal.
11. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la fuente (6 ; 20a, 20b) de señal comprende uno o más sensores de corriente, un micrófono, un transductor ultrasónico y al menos una bobina captadora.
12. Aparato de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 o reivindicaciones 3 a 11 cuando dependan de la reivindicación 1, en el que el al menos un conductor (8) de señal y los al menos dos conductores (10, 11 ) adicionales comprenden:
un primer conductor (8) de señal que conecta la primera entrada al primer terminal (9);
conductores (10, 11 ) de señales segundo y tercero, ambos conectando la segunda entrada al segundo terminal (12); en el que el primer conductor de señal está entre los conductores de señales segundo y tercero.
13. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3 a 11 cuando dependen de la reivindicación 1, en el que la fuente (6) de señal analógica comprende una primera fuente de señal analógica que tiene un terminal positivo y un terminal negativo;
en el que el al menos un conductor de señal y los al menos dos conductores adicionales comprenden: conductores (32, 33) de señales noveno y décimo que se conectan al terminal positivo;
conductores (34, 35) de señales undécimo y duodécimo que se conectan al terminal negativo;
en el que los conductores de señales noveno y décimo están intercalados con los conductores de señales undécimo y duodécimo;
en el que se aplica un primer peso a las señales de los conductores de señales noveno y undécimo y se aplica un segundo peso a las señales de los conductores de señales décimo y duodécimo.
14. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el conector (1) sustancialmente plano es un cable plano flexible, FFC, y en el que el FFC está dispuesto para transferir señales analógicas a través de entornos de campo magnético de alta variación en el tiempo.
15. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14, incorporado dentro o en forma de un ordenador portátil, un equipo de imágenes por resonancia magnética, un equipo de fusión, un sensor situado muy cerca de un motor, un medidor eléctrico, un interruptor, un relé, un espectrómetro de masas, un acelerador de partículas, equipo de laboratorio, una bocina, un parlante, un micrófono, una mesa de mezclas o un instrumento musical.
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