عوامل نویز برد الکترونیکی

چه عواملی باعث نویز برد الکترونیکی میشود ؟

شاید شما هم مثل خیلی از افراد فکر کنید که برد الکترونیکی دچار نویز نمی شود. اما باید بدانید عوامل نویز برد الکترونیکی نیز کم نیستند. این امکان وجود دارد که در سیستم­‌ها­ی دیجیتال هم نویز موجب یکسری آسیب هایی شود. به عنوان مثال باعث پرش برنامه به یک بخش تصادفی شود. با اینکه نویز میتواند در خط های سیگنال مشکلاتی ایجاد کند. ولی ولتاژ منبع تغذیه به نویز حساسیت بیشتری دارد.نویز در هر شرایطی ممکن است، ایجاد شود. احتمال دارد گاهی در عملکرد معمول برد الکترونیکی اختلال ایجاد شود. مثلا  تغذیه ۱۲ ولت، حالت گذرایی بین + و – ۴۰۰ ولت را نشان دهد. از این طریق موجب به وجود آمدن،  تخلیه‌­های الکترواستاتیک شود. در نتیجه یکسری آسیب های ماندگار در سخت افزار ایجاد خواهد شد. به همین علت نویز در ساخت برد و طراحی برد الکترونیکی اهمیت دارد.

یکسری موارد مانند روش چیدن خطوط در PCB، دیکوپله سازی منابع تغذیه، روش های حفاظت ، زمین کردن مدار و…در کاهش میزان نویز موثر هستند.

علائم وجود نویز در طراحی برد الکترونیکی :

در زمان توسعه یک میکروکنترلر معمولا نویزی دیده نمی شود. زیرا امکان اینکه یک سیستم را بشود شبیه سازی کرد، کم است. زمانی که سیستم نصب شد و فرآیند نرمال انجام شد. سیستم دیگر حالت طبیعی نخواهد داشت و به دستورات ورودی عمل نخواهد کرد. به همین علت ممکن است در خروجی ها، ناپایداری به وجود آید. احتمال دارد برای این مسئله یک دلیل مشخص وجود داشته باشد. مثلا انتقال الکترواستاتیک از تماس انگشت فرد به صفحه کلید. ولی در حقیقت شاید نتوانیم منبع اصلی نویز را تشخیص دهیم.

از علائم نویز در برد الکترونیکی، به عملکردهای تصادفی برد میتوان اشاره کرد. ولی توجه داشته باشید دقیقا این باور که برد به دلیل این عوامل دچار نویز شده است نیز باور درستی نیست. خط های تغذیه VCC حول برد الکترونیکی، کامل نبودن دیکوپله شدن، خطاهای نرم ­افزاری، یا وجود تناقض در بعضی از مسائل تصادفی، به  ایجاد نویز کمک میکنند. بعضی از عوامل نویز در برد الکترونیکی ، در صورت تکرار مشکل به وجود می آورند.

عوامل نویز:

به اکثر نویزهای الکتریکی به جز نویزهای اصلی خود مدار، EMI یا تداخل الکترومغناطیسی گفته میشود. عوامل این نویزها می توانند موتورها، سوئیچ­های قدرت، چراغ­های فلورسنت، تخلیه الکترواستاتیک و… باشند.

EMP و RFI:

عواملی که جرقه یا قوس الکتریکی تولید میکنند. باعث تابش پالس­ های الکترومغناطیسی (EMP) یا تداخل فرکانس رادیویی (RFI) خواهند شد. بیشترین گزینه ای که در دستگاه های الکترونیکی باعث خرابی میشو، تخلیه الکتریکی به علت جرقه است. معمولا در سیستم جرقه زنی خودرو، موتورهای برقی، سوئیچ­‌ها، تخلیه‌­های ایستا و.. قوس­‌ها و جرقه‌­ها ایجاد میشوند. معمولا در موتورهایی که دستی روشن میشوند مانند موتورهای DC و موتورهای (AC / DC) یونیورسال در زمان حرکت برا‌‌ش‌­ها از یک نوار به نوار دیگر قوس ایجاد میشود. گاهی ضربه القایی باعث ایجاد قوس میشود. مثلا در سوئیچ­ها، باز و بسته شدن یک سوئیچ قوس تولید میکند.

سفارش طراحی برد الکترونیکی

نمونه یک موتور DC

ولتاژ گذرا در خطوط تغذیه:

زمانی ولتاژهای گذاری بزرگ ایجاد میشود که عاملی بارهای جریانی سنگین را به خطوط قدرت AC یا DC قطع و وصل کند. به عنوان نمونه زمانی که  یک ماشین تحریر برقی روشن یا خاموش میشود، بصورت ناگهانی، ولتاژ تا ۱۰۰۰ ولت بر روی خطوط برق AC افزایش میابد.

به شکل زیر دقت کنید. باتری(v) منبع تغذیهAC یا DC  را نشان میدهد. سیم پیچ­ها (L) ، اندوکتانس بین منبع تغذیه و بارهای R1و R2  را نشان میدهند. در صورتی که هر دو بار جریان بکشند، جریان القایی، باعث ایجاد میدان مغناطیسی خواهد شد. زمانی که یک عدد از بارها خاموش شود. جریان خط از تعادل خارج شده و ولتاژ­های گذرا v =L (di / dt) ایجاد میشوند. آنها میخواهند جریان را در سطح اصلی حفظ نمایند.

ساخت برد

طرح مستعد نویز

این فرآیند را ضربه القایی میگویند. در زمان باز و بسته شدن سوئیچ ضربه القایی ایجاد میشود. ولی در زمان باز شدن اثر بدتری دارد. توسط خطوط انتقال توان، به بقیه مدارها، انتقال یافته و برد را دچار مشکل میکند.

ESD :

ESD  یعنی تخلیه الکترواستاتیک ، در واقع یک جرقه است که بر اثر تخلیه بار ایستایی تولید میشود. مثلا زمانی که یک شخص روی فرش راه میرود و به صفحه کلید دست میزند. در یک محل خشک، امکان دارد یک شخص  ولتاژ ثابت ۳۵ کیلوولتی جمع کند. پالس جرقه آن سرعتی برابر با   ۴A / ns خواهد داشت. ولتاژ یک پالس جریان ESD در چند اینچ سیم از طریق L (di / dt) قابل محاسبه است. ۲ اینچ سیم مستقیم حدود ۵۰nH خاصیت القایی منتقل میکند. اگر مقدار(di / dt) برابر ۴A / ns باشد، تغییر ولتاژ ۲۰۰V میشود. پس در طراحی برد الکترونیکی حساسیت به این گزینه مهم است. زیرا بتوان از یکی از عوامل نویز برد الکترونیکی جلوگیری کرد.

 

طراحی برد الکترونیکی

نمونه ای از نویز

نویز زمین:

در زمین یکسری جریان هایی وجود دارد که میتواند عوامل نویز برد الکترونیکی باشند. به نویز در خطوط زمین، اصطلاحا حلقه زمین می گویند.به این نکته توجه کنید کره زمین در همه نقاط پتانسیل یکسان ندارد.به همین دلیل، در صورتی که دو سر سیم به زمین وصل شوند. یک اختلاف ولتاژ کاملا مشخصی ایجاد میشود. اگر سیم را جزء حلقه ای در نظر بکیریم، یک منبع ولتاژ نیز وجود دارد. این منبع ولتاژ از اختلاف پتانسیل دو نقطه ایجاد میشود. بنابراین یک حلقه زمین داریم.

 

سفارش طراحی برد الکترونیکی

نمونه ای از یک حلقه زمین

نویز تابشی و رسانشی:

نویز تابشی یک نویز است که به شکل تابش الکترومغناطیسی مانند EMP و RFI وارد مدار میشود.سپس ولتاژهای اضافه ایجاد کرده و برد الکترونیکی را دچار مشکل میکند.اگر در layouts دقت کرده واز روش های حفاظت (shielding) استفاده کنیم از این مشکل پیشگیری میشود. نویز رسانشی یا Conducted Noise در قالب یک  ولتاژ خارجی، مستقیما از طریق خطوط برق AC یا DC  به برد منتقل میشود. فیلترها جهت کاهش آن کاربردی هستند. از طرفی به لایه ها و روش های زمین کردن هم توجه کنید.

مطالب ویتا

این مقاله هم شاید برای شما مفید باشد

انواع عیب های ناشی از نویز در برد الکترونیکی :

۱. ایجاد عیب های نرم افزاری در برد الکترونیکی.

۲.اختلال در ولتاژ بایاس.

۳.آسیب حرارتی در برد الکترونیکی.

۴.حلقه‌­های جریان در برد الکترونیکی.

در مقاله بعدی به تشریح این عیب ها و سایر مسائل مربوط به نویز در برد الکترونیکی خواهیم پرداخت. دقت داشته باشید که برخی از این عوامل و آسیب ها با یک طراحی برد الکترونیکی دقیق حل خواهند شد. برخی از این عوامل نیز بیرونی بوده و راه حل های دیگری دارند. برای هر گونه اطلاعات بیشتر میتوانید با کارشناسان شرکت ویتا همراه شوید.

نظری وجود ندارد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *