مقدمه
به جرئت می توان گفت که طراحی منطق یک مدار الکترونیکی تنها قسمت کوچکی از کل کاری است که برای تولید صنعتی آن مدار صورت می گیرد .
نکاتی از قبیل در نظر گرقتن اثر قطعات بکار رفته در مدار ، طراحی محافظ ۱ برای قسمت مختلف مدار ، بکار بردن روش هایی برای کم کردن اثر نویز در مدارها ، طراحی مدار چاپی با رعایت استاندارد لازم (برای کاهش تداخل الکترو مغناطیسی) انتخاب نوع آی سی های به کار رفته در مدار ، طراحی فیلتر برای قسمت های مختلف مدار ، وجز آن ، همه و همه از مسائلی هستند که در کارامد بودن مدار اثر سرنوشت سازی دارند . شاید به همین علت است که کمتر کسی پس از طراحی مدار روی کاغذ ، جرئت می کند اقدام به ساختن آن کند .
این مقاله به یکی از این مسائل یعنی کاهش اثر نویز در مدارهای الکترونیکی پرداخته است ، آن هم از دیدگاهی خاص یعنی عرضه روش های عملی برای این مقصود . برای بررسی دقیق تر ، گذراندن درس سازگاری الکترو مغناطیسی (EMC) توصیه می شود .
سیستم های الکترنیکی باید طوری طراحی و ساخته شوند که دو شرط زیر را داشته باشند .
۱- خود منبع نویز نباشند . ( قسمت های دیجیتالی مدار ، فرستنده های رادیویی ، و کامپیوترها ، نمونه هایی از منابع نویز اند )
۲- به نویز خارجی حساس نباشند .
به عبارت دیگر سیستم های الکترونیکی باید بتوانند در شرایط صنعتی به خوبی کار کنند و نویز سیتم های الکتریکی و الکترونیکی دیگر ( مانند لامپ های فلورسنت و نئون ، خطوط قدرت ، فرستنده ها ، وسایل الکترونیک دیجیتال و جز آن) روی آنها اثری نداشته باشد . از طرفی خود این سیستم ها باید طوری طراحی شوند که قسمتی از آنها روی قسمت های دیگر تداخل ایجاد نکند .
سازگاری الکترو مغناطیسی (EMC)
یک سیستم الکتریکی وقتی دارای سازگاری الکترو مغناطیسی است که بتواند در محیط الکترو مغناطیسی مورد نظر به خوبی کار کند و خود منبع نویز نباشد .
با توجه به اهمیت EMC ، استاندردهای متفاوتی را مراجع ذیصلاح برای دستگاه های الکترونیکی وضع کرده اند . برای مثال FCC 2 استانداردهایی را برای حداکثر تشعشع الکترو مغناطیسی وسایل الکترونیکی دارد و لازم است این استانداردها به دقت رعایت شوند و گرنه دستگاه های ساخته شده اجازه ندارند به بازار عرضه شوند . عوامل لازم برای تاثیر نویز عبارتند از : منبع نویز ، کانال کوپلاژ ، و گیرنده نویز .
نویز به روش های زیر به سیستم های الکترونیکی نفوذ می کند .
● کوپلاژ توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی ( و الکترو مغناطیسی ) مانند تشعشع الکترو مغناطیسی .
● کوپلاژ هدایتی مانند انتقال نویز از طریق خط تغذیه مشترک .
روش های مختلفی برای کاهش اثر نویز در مدارهای الکتریکی وجود دارد . در این مقاله تعدادی از این روش ها را به اجمال بررسی می کنیم و تحقیق بیشتر و دقیق تر را به خواننده وامی گذاریم .
۱ زمین کردن صحیح
همانطور که می دانید کابل های استاندارد تغذیه سه سیم دارند : فاز ، نول ، و سیم زمین . سیم زمین معمولاً به (( چاه زمین )) ساختمان متصل می شود و در پتانسیل زمین قرار دارد . معمولاً بدنه دستگاه های الکتریکی به سیم متصل می شوند تا از حوادثی مانند برق گرفتگی جلوگیری شود .
برخی از نکات مهمی که در طراحی زمین سیستم های الکترونیکی وجود دارد در ادامه بیان می شود .
۱۱ کاهش امپدانی مشترک
هنگام طراحی مدار ، می توان به دو صورت قسمت های مختلف را به زمین متصل کرد .
در نگاه اول ممکن است تفاوتی بین این دو روش مشاهده نشود اما از آنجایی که هادی های به کار رفته برای اتصال زمین ، هادی کامل نیستند ، امپدانسی بین هر قسمت مدار و زمین وجود دارد . می توان دید که در اتصال سری زمین ، یک امپدانس مشترک بین گروه های زمین مدار وجود دارد . بنابراین تغیرات سریع جریان تغذیه در مدارهای ۱ و ۲ باعث تغییر پتانسیل زمین مدار ۳ می شود و بدین ترتیب می توانند در مدار ۳ ایجاد تداخل کنند .
اما اگر قسمت های مختلف مدار را به صورت موازی زمین کنیم ، این مشکل برطرف می شود .
روش دیگر برای کاهش امپدانس مشترک استفاده از (( صفحه زمین )) است .
صفحه زمین یک لایه هادی با عرض زیاد است که امپدانس بسیار کمی دارد .
در صورتی که صفحه زمین در دسترس باشد ، می توان از (( زمین چند نقطه ای )) استفاده کرد .
توجه به این نکته بسیار مهم است که صفحه زمین باید خود دارای امپدانس بسیار کمی باشد تا بتواند یک زمین خوب برای مدار به حساب آید . مثلاً در طراحی بردهای چند لایه معمولاً یکی از لایه های برد را به طور کامل به صفحه زمین اختصاص می دهند .
توصیه ۱: اگر فرکانس کار مدارتان کمتر از ۱ مگاهر تز است ، از زمین تک نقطه ای استفاده کنید .
توصیه ۲: اگر فرکانس کار مدارتان بیشتر از ۱۰ مگاهرتز است ، از زمین چند نقطه ای استفاده کنید .
توصیه ۳: اگر فرکانس کار مدارتان بین ۱ مگاهرتز و ۱۰ مگاهرتز است و اگر طول سیم های زمین کمتر از ۲۰/۰ است ، از زمین تک نقطه ای استفاده کنید .
توصیه ۴: برای مدارهای دیجیتال از زمین چند نقطه ای استفاده کنید ( به علت پهنای باند زیاد این مدارها ) .
توصیه ۵: اگر مدارتان دارای طیف فرکانس وسیعی است ، از ((زمین هیبرید)) استفاده کنید . این مدار در فرکانس های پایین به صورت تک نقطه ای زمین می باشد .
توصیه ۶: اگر مدارتان قطعات الکترونیکی متنوعی را در خود دارد ، آن را به قسمت های زیر تقسیم کنید و سیم های زمین هر قسمت را جداگانه به یکدیگر متصل کنید :
۱- قسمت آنالوگ
۲- قسمت دیجیتال
۳- قسمت نویزی (رله ها ، موتورها و مانند آن)
۴- زمین سخت افزاری
یک روش برای زمین کردن این نوع مدارها در شکل ۷ نمایش داده شده است
تحقیق روش های کاهش نویز در مدارهای الکترونیکی
فهرست مطالب
روش های کاهش نویز در مدارهای الکترونیکی ۱
مقدمه ۱
سازگاری الکترو مغناطیسی (EMC) ۲
۱ زمین کردن صحیح ۳
۱۱ کاهش امپدانی مشترک ۴
۱٫۲ اجتناب از حلقه زمین ۷
۲ استفاده از حفاظ (شیلد) ۸
۱٫۲ کوپلاژ خازنی ۹
تاثیر حفاظ روی کوپلاژ خازنی ۱۱
۲٫۲ کوپلاژ سلفی (مغناطیسی) ۱۲
کاهش امپدانس سیستم توزیع تغذیه زمین ۱۴
۳ فیلتر کردن ۱۷
نکاتی درباره انتخاب نوع آی سی های دیجیتال ۱۸
دکوپلینگ مدارهای دیجیتال ۲۱