استراتيجيات الحد من التداخل المغناطيسي المغناطيسي في دوائر علم النفس والرف

مقدمة إلى التداخل المغناطيسي الكهربي في دوائر الأنولوجيا ومصائد الأسماك

ولا يزال التدخل المغناطيسي يشكل أحد التحديات الأكثر استمراراً في تصميم لوحة الدوائر المطبوعة ذات الأداء العالي، ولا سيما عندما تتقاسم الدوائر الناطقة الحساسة وأجهزة التردد اللاسلكي نفس اللوحة مع الدائرة الرقمية أو وسائل التلقيم المخففة، بل إن انخفاض مستويات الارتفاع التي تستخدمها شركة EMI يمكن أن يؤدي إلى فساد مراحل الارتفاع المنخفضة المستوى، وتضييق نطاق الإشارات إلى عدم وجود أي حد.

فهم المصادر وآليات الدمج

ويمكن أن تدخل شركة EMI دائرة من خلال ثلاث طرق رئيسية للقوارب: تجري وتشع وتثير الشبهات أو تلتقطها أو تُسجَّل بالقرب من الحقول، كما أن الساعات الرقمية، والمنظمين المحولين، والحافلات ذات السرعة العالية هي مصادر ضوضاء أساسية على متن السفن، وكثيرا ما تقع مواظبتها مباشرة في مجموعات التشغيل من الدوائر الناقصة أو المصائد المتاخمة، بالإضافة إلى ذلك، تيار العودة في الطائرات المتاخمة.

وبالنسبة لدوائر التناظر الحساسة، فإن حتى الجراثيم الضوضاء المقترنة يمكن أن تتجاوز ميزانية الخطأ، وفي دوائر الترددات، يمكن لأي نبرة راقية داخل نطاق المرور أن تخفض رقم الضوضاء وتزيد معدل الخطأ قليلا، وتتمثل الخطوة الأولى في تحديد مسارات الإشارات الحرجة وأشد مصادر الضوضاء عدوانية، ثم تنفيذ دفاع مطبق على طبقة من العزلة، والرش، ومراقبة الازدراء الدقيق.

PCB Stack-Up and Ground Plane Design

الخطط الأرضية المستمرة

إن أساس أي تصميم منخفض المستوى المتوسط هو طائرة أرضية صلبة غير مكسورة، إذ توفر طائرة مستمرة أدنى قدر ممكن من الارتداد، مما يقلل من تيارات الحركة المشتركة ويوقف القفزة الأرضية، وبالنسبة للمجالس ذات العلامات المختلطة، فإن ارتفاع الطوابق التي تقطعها أربعة عجلات )الأجهزة المحمولة - الأرضية - المحمولة( كثيرا ما يكون الحد الأدنى للأداء المقبول، وينبغي أن تقسم الطائرة الأرضية إلى طبقة ضيقة.

Via Stitching and Grounding of Shield Fences

وعند استخدام علب الدرع أو آثار الحراسة، يُبعدها عن الطائرة الأرضية بزجاجات لا تزيد عن سعة (كيو/20) على أعلى درجات الاهتمام، مما يحول دون أن يكون الدرع قادراً على التصرف كتجويف مُتكرر ويكفل تحويل الحقول الخارجية بعيداً عن المعالم الحساسة، وبالمثل، ينبغي أن يكون لكل مقبض أرضي مكون، ولا سيما على أقراص المضغوطة وأجهزة التنقيب، جهازاً، هو نفسه عبر خط الأرض مباشرة إلى الحد الأدنى.

التنسيب والتجزئة

الفصل المكاني لمصادر الضوضاء

Place high-frequency digital circuits, oscillators, and switching power converters as far as possible from analog inputs and RF front-ends. A physical distance of at least 10 mm per 100 MHz of edge rate is a rough guideline. If board space is tight, insert a conductive barrier (copper pour or grounded via fence) between noisy and quiet sections. Partition the board into functional zones and route signals so that they never cross a zone boundary unless absolutely necessary.

حلقان الدروع وحلقات الحرس

وبالنسبة لمراحل الترددات المتوسطة الأكثر حساسية )الناموسيات، ومقاطعات VCOs، والمزلاجات(، يوصى بتوفير الحماية الفردية، ويمكن أن يكون الدرع معدنيا مباعا أو مخزنا مجهزا مسبقا، وأن يكفل أن يكون الدرع على اتصال مستمر بالطائرة الأرضية عبر قنابل متعددة، وأن تقوم دوائر التناظر مثل أجهزة التحلل ذات الاستبان العالي أو أجهزة الصهر، وهي حلقة حراسة على أعلى طبقة من تسربات الموصلات.

إدارة الرواسب والتعقب

مكافحة الإمدادات والميكروستريب ضد قطاع

ويجب تصميم آثار الترددات المتوسطة الأجل على أنها خطوط نقل خاضعة للرقابة لتجنب التأمل والانبعاثات المشععة، أما المكستريب (الاسم على أعلى مستوى، على مستوى سطح الأرض) فهو شائع ولكنه يشع أكثر من خط شرائط (الذباب المدفون بين طائرتين أرضيتين) وفيما يتعلق بالأزواج المتباينة السريعة، يستخدم الموجة الكواكبية ذات الهياكل الأرضية، ويبقي جميع آثار الترددات القصيرة والمباشرة في أقصى وقت ممكن، ولا سيما الممر من الموصلات.

فصل الإشارات الرقمية

وينبغي ألا توازي آثار المقطع الحافلات الرقمية أكثر من بضعة مليمترات، وعندما يتعذر تجنب العبور، تستخدم معبرا من 90 درجة (أو أفضل، مدفونا عن طريق الانتقال) بحيث تخفض منطقة التصادم إلى أدنى حد، وتبتعد آثارا متماثلة عن أطراف اللوحة التي يمكن أن تشع فيها الحقول المطاطية، وبالنسبة للخطوط الرقمية، فإن مقاومي إنهاء السلسلة يقعون بالقرب من حلقة القيادة ويقللون الطاقة.

نزاهة السلطة والفصل

التسمية المحلية

كلّ مُتّبع نشط في الممر المُدوّن أو الواجهة يجب أن يكون لديه مُسعّب مُحدّد للفصل يُقرب قدر الإمكان من دبوس الطاقة، في تمام الواحدة إلى الثانية، استخدم مزيجاً من مُسدّس للسوائب (1-10 ميكروو) و خزّة صغيرة جداً (100 بي إف إلى 100 إن إف) تبعاً لتواتر الضوضاءات التردد العالية

Star Point Power Distribution

(ج) استخدام توزيع الطاقة من حيث النقط أو التكوين الشجري في الأقسام المشابهة، حيث يحول ذلك دون إدخال الضوضاء من الدوائر الرقمية أو تحويل الدوائر إلى المواد المشابهة عن طريق التصادم المشترك بين أجهزة تنظيم السحب المخصَّصات ذات القدرة المنخفضة على البحث عن الرواسب، وإمدادات التناظر، إضافة طبقة إضافية من العزلة، وتجنب تقاسم ناتج من أجهزة التحكم الوحيدة بين المتناظرة.

تقنيات التصوير

LC and RC Low-Pass Filters

وعلى مسارات الإشارة، يمكن لمرشح بسيط من طراز RC منخفض التجويف عند مدخل شركة ADC أو جهاز كمبلد أن يوقف العجلات العالية التردد، وينبغي تحديد تردد الاختزال فوق نطاق التردد الأقصى، أما بالنسبة لخطوط الترددات، فيمكن استخدام مرشحات LC أو أجهزة مرشحة من طراز SAW لقطع نطاقات التدخل المعروفة، مع مراعاة فقدان النسيج في النسيجات وخلق مشاكل أكثر تطابقاًاًاً.

خبز فيرت على خطي

ويمكن لكل كابل أو موصل يحمل إشارات من خارج المركب أن يشيع أو يلتقط أي إم آي، ويضع الخرز الأسمدة على جميع خطوط الشبكة الخارجية - المدوّن والرقمي والكهرباء - على حافة اللوحة، ويستخدم الخرز المختار الذي يبلغ ذروته عند تردد الضوضاء المتوقع (نحو 100 ميغاهيرتز إلى 1 جيهرتز) بدلا من استخدام الأزواج المتفاوتة.

تحديد مواقع العبوات والمكونات

ويجب أن تكون الكابلات المدوَّنة بالدرع متصلاً بمنطقة الفوضى (أو أرض نظيفة مكرَّسة) في كلا النهايتين من أجل حمايتها، ولكن بالنسبة للإشارات المشابهة، قد يحول الربط البري الوحيد في جهاز الاستقبال دون حدوث حلقات أرضية، وفي تصميمات مختلطة، يستخدم المحولات العزلة أو مرشحات التعبئة المشتركة لكسر الحلقات الأرضية مع الحفاظ على سلامة الإشارة، وينبغي أن يكون لقصف الموصلات وصلات ذات مستوى منخفض.

اختيار المواد من ثنائي الفينيل متعدد الكلور

وتعاني المواد المشابهة من ارتفاع في معامل التحلل وعدم اتساق المقاييس، مما يجعلها أكثر إشكالية من 1 جيهرتز، وبالنسبة لدوائر الترددات، تستخدم الفيتامينات مثل روجرز 4003C أو 4350B، أو مركبات عالية التردد مثل إيسولا أسترا م ت 77، وتعطي هذه المواد درجة منخفضة من الاهتمام بالفقد (0.002-0.004) وأجهزة التلقيم المستقرة، مما يقلل من الاشارات.

اختبارات التعبئة والتأهيل

ولا يوجد تصميم كامل دون التحقق، واستخدام محفزات الموجات الكاملة EM (مثلاً، أنسيز HFSS، أو جهاز كيصار موم، أو أدوات مفتوحة المصدر مثل نظام " أوبست إم إس " ) لتصوير الكثافة الحالية والأنماط الميدانية المشعّة في مرحلة التصميم، ويمكن أن تحدد الاختبارات المسبقة للتصنيف الطيف وفحص المسافات القريبة مواقع ثابتة حيث لا تكفي لإضافة مواد غذجة.

خاتمة

ويقتضي الحد من التدخل الكهرومغناطيسي في دوائر التناظر والترددات الرجعية الحساسة اتباع نهج منضبط وواضع على مستوى المنظومة يدمج عمليات الترسب، والتصميم، والاختيار المكوني، والتصفية، واختيار المواد، وبتطبيق التقنيات المبينة هنا - الطائرات الأرضية المستمرة، والربط بين المسارات الخاضعة للرقابة، والفصل المحلي، والدرع السليم، والتقدير الشامل - يمكن للمهندسين أن يحققوا باستمرار أداءاً مختلطاً.

For further reading, consult the Analog Devices PCB Layout Guidelines, the Texas Instruments EMI Design Guide]