Sistemas de Comunicación y Electrónica: Fundamentos de Redes y Componentes Semiconductores

Redes de Comunicación

Las redes de comunicación son esenciales para la gestión de sistemas complejos, especialmente en el sector automotriz.

Ventajas de las Redes de Comunicación

• Optimización del cableado: Reducción de la longitud y el peso del cableado (un solo canal multiplexado y una unidad central).
• Simplificación: La manipulación, el diagnóstico y la localización de fallos se simplifican.
• Economía: Más económico, requiere menos sensores.

Clasificación de las Topologías de Red

• En línea (Bus): Va conectado a la unidad central de forma lineal. Es una de las más utilizadas por ser económica. Todas las unidades reciben el mensaje, pero no hay confirmación automática de recepción.
• En estrella: Posee una centralita (unidad central) en el centro. No se pueden conectar satélites entre sí. Facilita la interconexión y la ampliación, y ofrece elevada seguridad contra fallos. Requiere mucho cableado, y la unidad central es un punto único de fallo (si falla, toda la red falla).
• En anillo: Comienza en la centralita, pasa por todas las unidades y vuelve a la centralita. Permite solo un sentido de transmisión.
• En árbol: La unidad central permite el paso de una red a otra. Es la topología más utilizada en vehículos.

Medios de Transmisión

• Un solo cable: Económico, pero inseguro. Utilizado en líneas K. Cable de 0,35 mm² sin protección, sensible a interferencias.
• Cable coaxial: Rodeado de un dieléctrico (aislante) y una malla conductora que se conecta a masa (*Jaula de Faraday*). Va protegido. Utilizado en líneas LIN.
• UTP (Par Trenzado No Apantallado): De los más empleados. Cables de 0,6 mm² trenzados entre sí. Si un cable falla, el otro puede mantener la comunicación. Es susceptible a muchas interferencias.
• STP (Par Trenzado Apantallado): Dos cables trenzados con protección. Genera pocas interferencias.
• Fibra Óptica: La corriente es sustituida por haces de luz, y los cables por fibras ópticas. Formada por un diodo LED emisor y un fotodiodo receptor. Es rápida y fiable.
• Radiofrecuencia: Caro, pero seguro, ya que no requiere cable. Genera muchas radiaciones al emplear ondas electromagnéticas.

Jerarquía de Redes

• Red Maestro-Esclavo: Una red maestra elabora y manda los mensajes al resto de redes esclavas.
• Red Multimaestro: Se debe establecer un criterio de prioridad para cada unidad en caso de que coincidan en el intento de transmisión.

Tipos de Redes Específicas

A continuación, se detallan algunas de las redes más comunes, sus aplicaciones y características:

• CAN (Controller Area Network): Utilizada por muchas marcas. Se aplica en sistemas de tracción. Topología en línea. Utiliza UTP. Puede ser multimaestro o maestro-esclavo.
• LIN (Local Interconnect Network): Utilizada por muchas marcas. Topología línea o estrella. Utiliza 1 cable. Puede ser multimaestro o maestro-esclavo.
• MOST (Media Oriented Systems Transport): Utilizada por muchas marcas. Aplicada en sistemas multimedia. Topología en anillo. Utiliza fibra óptica. Es maestro-esclavo.
• BLUETOOTH: Utilizada por muchas marcas para comunicación. Utiliza ondas de radio. Es multimaestro.
• LÍNEA K: Utilizada por muchas marcas para diagnóstico. Topología en línea. Utiliza 1 cable. Puede ser multimaestro o maestro-esclavo.

Estructura del Mensaje

El mensaje de comunicación sigue una secuencia definida:

1. Inicio.
2. Identificación del código propio.
3. Tipo de mensaje.
4. Campo de datos.
5. Final de datos.
6. Respuesta.
7. Verificación.
8. Confirmación de recepción.
9. Final del campo de separación.

Normas EURO

Establecidas a partir de 1992, son regulaciones diseñadas para evitar la contaminación excesiva de los vehículos o el consumo excesivo de combustible.

Diagnosis y Conectividad

Diagnosis

El objetivo es encontrar los fallos de manera rápida, fiable y económica.

Conector OBD (On-Board Diagnostics)

Su propósito es lograr un conector estandarizado para todas las marcas, facilitando su ubicación, acceso y manejo.

Dispositivos de Diagnosis

• Banco de pruebas.
• Consola autónoma.
• Interfaz para PC.
• Terminales de bolsillo.
• Terminal conectado a la red.

Fundamentos de Semiconductores

Los semiconductores son materiales que, bajo ciertas condiciones, actúan como conductores y, bajo otras, como aislantes. Poseen cuatro electrones libres en su última capa de valencia. El número de electrones libres depende directamente de la temperatura.

Tipos de Semiconductores

• Intrínsecos: Son aislantes. Compuestos por un único componente y presentan una resistividad muy alta.
• Extrínsecos: Son conductores. Se obtienen al añadir impurezas (dopar el semiconductor) para mejorar su conductividad.

Clasificación de Semiconductores Extrínsecos

• Tipo N: Contienen cinco electrones en su capa externa, por lo que uno «sobra» (ejemplo: Fósforo).
• Tipo P: Contienen tres electrones en su capa externa, por lo que «falta» uno (ejemplo: Boro).

Resistencias

Resistencias Fijas

Generalmente cerámicas. Su resistencia aumenta al aumentar la temperatura (*+T +R*).

Resistencias Variables

• Potenciómetro y Reostato: Ambos utilizan un contacto móvil que varía el valor de la resistencia.
  • Reostato: Permite el paso de mayor intensidad. Se conecta en serie.
  • Potenciómetro: No permite altas intensidades. Se conecta en paralelo. (*Símbolo: Cuadrado con flecha diagonal*).
• PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo): Resistencia que depende de la temperatura. A mayor temperatura, mayor resistencia (*+T +R*).
• NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo): Resistencia que depende de la temperatura. A mayor temperatura, menor resistencia (*+T -R*). (*Símbolo para PTC/NTC: Cuadrado con raya diagonal y T+/- debajo*).
• VDR (Resistencia Dependiente de Voltaje): A mayor voltaje, menor resistencia (*+V -R*). (*Símbolo: Cuadrado con línea diagonal U abajo*).
• LDR (Resistencia Dependiente de la Luz): A mayor luz, menor resistencia (*+Luz -R*). (*Símbolo: Cuadrado con dos flechas diagonales encima*).

Diodos

El diodo es la unión de dos semiconductores, uno de tipo N y uno de tipo P. Permite el flujo de electrones solo en un sentido (de N a P). Necesita un mínimo de 0,6 V para conducir. (*Símbolo: Ánodo P, Cátodo N y flecha*).

• Diodo Zener: Conduce cuando se polariza en sentido inverso y la tensión aplicada supera la tensión de ruptura. (*Símbolo: Flecha del diodo con línea en la esquina*).
• Fotodiodo: Es un tipo de diodo Zener sensible a la luz. Cuando está iluminado, conduce menos. Permite acumular cierta cantidad de carga.

Inductancia

Formada por un bobinado. Las espiras producen un campo magnético que, por inducción, transfiere la corriente a otras espiras o bobinas. Sirven como reguladores de corriente y tensiones.