أثر العوامل البيئية في الدائرة العالية السرعة الأداء

وتشكل الدوائر ذات السرعة العالية العمود الفقري للالكترونيات الحديثة، مما يتيح لكل من وصلات البيانات بالغازات لكل ثانية في مراكز البيانات إلى التجهيز الفعلي للمركبات المستقلة، كما أن عوامل التداخل في استخدام الترددات ذات الترددات العالية في نظم الفضاء الجوي، كما أن الضغط المتردي نحو ارتفاع الترددات، والهومش الأضيق للتوقيت، والتقليل من عوامل التحلل الحرارية، تعني أن حتى الاضطرابات الصغيرة يمكن أن تؤدي إلى انحرافات في الأداء أو التصاميم.

العوامل البيئية الرئيسية التي تؤثر على الدوائر ذات السرعة العالية

إن سلوك المواد والإشارات الكهربائية يتغير تغيرا كبيرا عندما يتعرض للبيئات غير الأيديية، لأن الدوائر ذات السرعة العالية تعمل في الترددات التي تهيمن عليها الآثار الطفيلية، بل وتتحولات طفيفة في الديموقراطية الثابتة، أو مقاومة الوصل، أو الأبعاد المادية يمكن أن تغير التقلبات، أو تأخير النشر، أو هوامش الضوضاء، ونستكشف أقل العوامل البيئية تأثيرا، والآليات التي تضر بالأداء.

التغيرات في درجة الحرارة

(ب) إن التقلبات هي أكثر العوامل إجهاداً بيئياً انتشاراً، حيث إن ارتفاع درجة الحرارة المحيطة أو الزلازل، وارتفاع معدلات مقاومة السلوك (نحو 0.4 في المائة لكل درجة مئوية بالنسبة للنحاس)، مما يؤدي إلى حدوث خسائر مقاومة وتدفئة في الفضاء، وهذا التأثير يلحق ضرراً خاصاً بشبكات توزيع الطاقة حيث تنمو الهوامش الميكانيكية وتتقلص فيها الهوامش.

الهضم والرطوبة

ويثير الضبط وجود ازدواجية في التهديد والتدهور الغذائي، فعندما تثبط الرطوبة على لوحة دوائر، تؤدي الأوعية الكهرومغناطيسية إلى حدوث انحرافات بين الموصلات، مما يؤدي إلى زيادة كثافة النمو (الناشطين) وقلة النسيج، كما يؤدي الرطوبة العالية إلى تآكل النسيج عند الوصلات المعدنية المعرضة (مثلاً، الوصلات المشتركة).

Electromagnetic Interference (EMI)

وتتوقف الحركات ذات السرعة العالية على كل من الحركات الكهربية وضحايا الطاقة الكهرومغناطيسية، بل وتتجاوز سرعة التحول 100 ميغاهيرتز، بل وتصبح آثار مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات تأثير غير مقصود، وتتوقف على وجود خطوط طاقة كهربائية خارجية، وأجهزة إرسال لاسلكية، وتخفف من حدة الفارق في طول الارتداد، وتتحول في حدود الارتفاع، إلى مناطق فولت.

التصويب والتشوك الميكانيكي

وفي مجال السيارات، والحيز الجوي، والبيئات الصناعية، فإن الاهتزاز والصدمات هي مخاطر مستمرة، والإجهاد الميكانيكي يمكن أن يُشبّر مفاصلاً، ويُحدث عوامل التخريب المُهددة، ويُحدث تداعيات سريعة في التصاميم، ويُحدث أيضاً آثاراً مُثلجة في التقلبات، ويُحدث ضوضاءً في أجهزة التجميل.

التحمل والضغط

وقد يؤدي انخفاض الضغط الجوي على ارتفاعات عالية إلى انخفاض التحلل الغذائي للهواء، مما يزيد من خطر الارتفاع المفاجئ بين موصلات الفضاء القريبة أو عند الحواف الحادة، وهذا أمر بالغ الأهمية بالنسبة لمسارات توليد الطاقة، واختلافات في التقلبات في نظم مثل الطائرات أو الحمولات المسيلة.

المواد الملوثة والجزائط

ويمكن أن يؤدي التقلبات والرش الملح والصناعات الكيميائية إلى تدهور الأداء العالي السرعة بطرق متعددة، كما أن وجود الجسيمات (الكربون، والملفات المعدنية) التي تستقر على اللوحة يمكن أن يخلق مسارات مقاومة بين الدبوس المتاخمة أو القوارير، والارتطام المتغير، والارتطام المتزايد، والرش الملوِّث (الداخلي في البيئات البحرية والساحلية) يؤدي إلى تآكل أجهزة الربط السائل ذات الراقية السائل.

Mitigation Strategies for Environmental Effects

وتتطلب معالجة العوامل المذكورة أعلاه اتباع نهج متعدد المستويات يشمل اختيار المواد، وقواعد التصميم، والغطاء الواقي، والإدارة الحرارية، وتثبت الاستراتيجيات التالية أفضل الممارسات في مجال الهندسة ذات النطاق العالي.

الإدارة الحرارية

وتبدأ الإدارة الحرارية الفعالة على مستوى اللوحات، إذ يمكن أن يؤدي اختيار مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات درجة حرارة عالية من التحول الزجاجي (تغى 170 درجة مئوية) ومتوسطات الحرارة المنخفضة (مثلاً، وتعدد المقاييس أو ارتفاع مستوى الترددات) إلى الحد من سوء الضبط الحراري، كما أن العناوين الحرارية تحت المكونات المولدة للحرارة (FPGAs، ونموذجات الطاقة الكهربائية، وأجهزة الأشعة فوق الكثافة)

الحماية من الهضم والرطوبة

(أ) إن خط الدفاع الأول ضد الرطوبة هو التصفيق المطابق، فالأكريليك والسيليكون والبارايلين خياران شائعان: فالأكريليك سهل التراجع ولكنه أقل مقاومة للرطوبة؛ ويوفّر السيليكون مرونة كبيرة ونطاقاً لدرجات الحرارة؛ ويوفر البكرين خصائص حاجزية ممتازة وتغطية موحدة على الجيولوجيا المعقّدة.

EMI Shielding and Signal Integrity

وتبدأ عملية التخفيف من الانبعاثات الناشئة عن ارتفاع مستوياتها: فالطائرات الأرضية الصلبة المتاخمة مباشرة لأجهزة التحكم في طبقات الإشارة وتوفر مساراً منخفضاً للعودة إلى الغلاف، ويضم الأزواج المتباينة التي تُجرى على طولها وتُعقد فيها قوارب شديدة، ويُمكن أن تؤدي آثار الاختراق على اللوحات المتناهية الصغر (التي تُجرى بواسطة أجهزة التصفيق) إلى الحد الأدنى من التداخل.

السطو الميكانيكي

تحسين اليقظة والحصانة من الصدمات من خلال التصميم الميكانيكي: تأمين الوصل بين المسافات والمستودعات باستخدام المقابض وأجهزة غسل القفل، واستخدام المراوح للمجالس الكبيرة أو المرنة، وتعبئة المكونات الحساسة، وتعويض الموثوقية المشتركة من الصبغة الناقصة (المنصبة تحت صفائح الصابورة) أو التصفيات المتوافقة التي توفر دعما ميكانيكيا إضافيا.

التصميم والضغط

وللتخفيف من مخاطر الارتطام على ارتفاعات، وزيادة المسافات التي تقطعها العزلة والتطهير وفقاً لرقم IPC-2221B أو IEC-60950-1 على ارتفاع محدد، واستخدام المعاطف المتوافقة لزيادة تعزيز القوة الغذائية، وللإدارة الحرارية على ارتفاع، يفترض تخفيضاً بنسبة 40 إلى 50 في المائة في معامل نقل حراري ملوث بالنسبة لمستوى البحر، ويزيد من حدة الاضطرابات الناجمة عن إزالة الإجهاد.

منع نشوب النزاعات

تنفيذ معايير تجميع الغرف النظيفة (الصفوف 1000 أو أفضل) للمجالس الحساسة ذات السرعة العالية، كما يحمي التصفيات المتطابقة من التلوث الجسيمي، وبالنسبة لمقاومة الرش المالح (البيئات البحرية)، تحدد الموصولات التي تحتوي على قذائف فولاذية أو ناقلة، وتستخدم الاتصالات المزودة بالذهب، وتساعد الاختبارات المنتظمة لكل معاطف البوليسترين المميتة ML-STD-810 المادة 509 (الفول).

خاتمة

ومن ثم فإن أداء الدائرة العالية السرعة يرتبط ارتباطاً وثيقاً بالبيئة التي تعمل فيها الدائرة، وتقلبات الحرارة تغير مقاومة الموصلات والممتلكات التغذوية، وتتسبب الرطوبة في حدوث تآكل وازدحام، وتضخيم الضوضاء على البيئة، مما يزيد من الأخطاء التي تُجرى في تصميمات الجرعات المتسارعة، ويقلل من سرعة التقلبات في مستويات الكفاءة والتحلل، ويحدث عوامل الإجهاد في المصابيح.