مقاله سازگاری و تداخل الکترومغناطیسی

مقدمه:
درک عمومی از سیستم های دیجیتالی این است که این تجهیزات در برابر نویز الکتریکی مصونیت بالایی دارند و عملکرد آنها تحت تأثیر اختلالات محیطی قرار نمی گیرد. این تصور تا حدودی ناشی از مقایسه با مدارهای آنالوگ است که به دلیل حساسیت ذاتی خود به تغییرات ولتاژ و جریان، نسبت به نویز آسیب پذیری بیشتری دارند. با این حال، واقعیت نشان می دهد که سیستم های دیجیتالی نیز کاملاً عاری از اثرات نویز نیستند و وجود پرش های خطوط سیگنال، تفاوت پتانسیل های زمین، سوئیچ های تغذیه، موتورها و منابع نوری مانند لامپ های فلورسنت می تواند اختلالات قابل توجهی در عملکرد این مدارها ایجاد کند. این اختلالات گاه به قدری نامحسوس هستند که تنها در محیط عملیاتی و پس از نصب سیستم نمود پیدا می کنند و اصلاح آن ها در این مرحله نیازمند صرف هزینه و زمان قابل توجه است.

یکی از مهم ترین جنبه های سازگاری سیستم ها با محیط، شناسایی منابع نویز و تحلیل اثر آن ها بر مدارهای دیجیتالی است. منابع تداخل الکترومغناطیسی را می توان به دو دسته طبیعی و ساخت بشر تقسیم کرد. منابع طبیعی شامل پدیده هایی مانند رعد و برق، میدان های مغناطیسی زمین و نوسانات الکترومغناطیسی ناشی از فعالیت های خورشیدی هستند. منابع ناشی از فعالیت های انسانی نیز شامل تجهیزات الکتریکی، خطوط انتقال قدرت، سیستم های مخابراتی و موتورهای الکتریکی می شوند. در هر دو حالت، این تداخل ها می توانند به صورت پیوسته یا گذرا ظاهر شوند و بسته به نوع سیستم، شدت و فرکانس آن ها، اثرات متفاوتی بر عملکرد مدارها برجای بگذارند.

تداخل در سیستم های دیجیتالی می تواند به دو شکل داخلی و خارجی رخ دهد. تداخل داخلی زمانی اتفاق می افتد که اجزای مختلف یک مدار با یکدیگر تداخل داشته باشند و به ویژه در مدارهای پیچیده با تراکم بالای اجزا مشاهده می شود. تداخل خارجی نیز ناشی از تأثیرات میدان های الکترومغناطیسی محیطی بر مدارها است و معمولاً در نتیجه نزدیکی سیستم به منابع پرتوان یا تجهیزات پرنویز رخ می دهد. علاوه بر این، تداخل ها می توانند از طریق خطوط هدایت شده مانند کابل ها و سیم ها یا از طریق تشعشع مستقیم به سیستم منتقل شوند. بررسی دقیق این مسیرها و تحلیل نحوه انتشار نویز، نقش مهمی در درک رفتار سیستم های دیجیتالی در محیط های واقعی ایفا می کند.

یکی از موضوعات کلیدی در مدیریت تداخل الکترومغناطیسی، تشعشع و اثرات آن بر مدارهاست. مدارهای دیجیتالی با کلیدزنی های سریع و تغییرات ناگهانی جریان، می توانند تشعشعاتی در طیف های مختلف تولید کنند که علاوه بر تأثیر بر عملکرد خود مدار، باعث ایجاد نویز برای سایر تجهیزات نیز می شوند. کنترل تشعشع، استفاده از شیلدینگ مناسب، طراحی زمین بندی دقیق و به کارگیری روش های دی کوپلینگ، از جمله راهکارهایی هستند که برای کاهش اثرات تشعشع و حفاظت از مدارها در برابر نویز به کار گرفته می شوند. شیلدینگ می تواند به صورت خازنی، القایی یا با استفاده از کابل های مخصوص مانند کابل کواکسیال و کابل های روبان انجام شود و نقش مؤثری در کاهش تداخل دارد.

نویز زمین و مدیریت آن نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. انتخاب نوع زمین، تفکیک زمین سیگنال و زمین عملی، استفاده از کابل های بافته شده و رعایت ملاحظات فنی در اتصال زمین، می تواند تا حد زیادی اثرات نویز هدایتی را کاهش دهد. هم زمان، دی کوپلینگ تغذیه با استفاده از خازن های مناسب و تثبیت ولتاژ بر روی برد، نوسانات ناخواسته ولتاژ را کاهش داده و پایداری سیستم را افزایش می دهد. به ویژه در بردهای چندلایه، طراحی باس تغذیه و استفاده از دی کوپلینگ دقیق، از کلیدی ترین مراحل در کاهش اثرات نویز است.

سازگاری و تداخل الکترومغناطیسی، علاوه بر چالش های طراحی، به یک پارامتر حیاتی برای سنجش عملکرد سیستم های دیجیتالی در محیط های عملیاتی تبدیل شده است. شناخت کامل منابع تداخل، مسیرهای انتشار نویز و روش های کنترل آن، زمینه را برای طراحی مدارهای مقاوم و پایدار فراهم می کند و امکان تحلیل رفتار سیستم در شرایط واقعی را میسر می سازد. بررسی جامع این مسائل، از مفاهیم اولیه سازگاری تا تکنیک های پیشرفته شیلدینگ و دی کوپلینگ، درک عمیقی از نحوه تعامل مدارهای دیجیتالی با محیط های الکترومغناطیسی ایجاد می کند و پایه ای برای تحلیل دقیق تر و طراحی بهینه سیستم ها فراهم می نماید.

فهرست مطالب
فصل اول : سازگاری و تداخل الکترو مغناطیسی
مقدمه
سازگاری و تداخل الکترومغناطیسی
منابع تداخلی طبیعی و منابع تداخلی ساخت بشر
منابع تداخلی پیوسته و گذرا
تداخل درون سیستم و تداخل بین سیستمها
منابع تداخل هدایتی و تشعشعی
فصل دوم :
مقدمه
تشعشع مود تفاضلی
کنترل تشعشع مود – تفاضلی
تشعشع مود – مشترک
کنترل تشعشع مود – مشترک
تولید کلاک طیف گسترده
ضرورت استفاده از کلاک طیف گسترده
مدولاسیون فرکانس روی کلاک سیستم
فصل سوم : شیلدینگ
مقدمه
شیلدینگ خازنی
شیلدینگ القایی
کابل کواکسیال
جفت سیم به هم تابیده
کابل روبان
شیلدینگ RF
فصل چهارم : زمین
مقدمه
نویز زمین
انتخاب زمین
زمین اطمینان
زمین سیگنال
زمین عملی
کابل بافته شده
ملاحظات انتخاب زمین
فصل پنجم : دی کوپلینگ
بی ثباتی تغذیه
خازن دی کوپلینگ
نوع خازن دی کوئپلینگ و مقدار آن
تثبیت ولتاژ روی برد
دی کوپلینگ باس تغذیه بر روی بردهای چند لایه