ההשפעה של שינויי טמפרטורה על ביצועי Emc

מבוא: טמפרטורה כמדגיש קריטי ב תאימות אלקטרומגנטית

תאימות אלקטרומגנטית (EMC) מבטיחה כי מכשירים אלקטרוניים פועלים כפי שנועד בסביבה האלקטרומגנטית שלהם מבלי לגרום להפרעה בלתי מקובלת בציוד אחר או להיות מופרעים על ידי שדות אלקטרומגנטיים חיצוניים. בעוד מהנדסים מתמקדים לעתים קרובות על פריסת מעגלים, מגן, וסינון במהלך עיצוב, וריאציות טמפרטורה עומד כאחד מגורמי הלחץ האלקטרומגנטיים המעמיקים ביותר ומחסומיחים את הביצועים של EMC.

תנודות טמפרטורה לשנות את המאפיינים החשמליים הבסיסיים של חומרים: התנגדות, קבוע דיאלקטרי, חד-חמצני, חד-חמצני, עמידות מגנטית ונושאת נושאות למחצה כל שינוי עם טמפרטורה. שינויים אלה משפיעים ישירות על עכבות השפעה, עיכובים של ההרחבה, תדרי התחדשות, ואת היעילות של סינון ומגן מבנים.ללא פרטים מתקדמים EMC, מוצר העובר בדיקות הסמכה ב 25°C עלול להיכשל באופן קטסטרופלי באסטרטגיות שטחיות ו-125 מעלות צלזיוס, אשר משפיעות על פני תופעות לוואי חזקות, אשר משפיעות על פני טמפרטורתיות קבועות על פני טמפרטורתיות.

מכניזם פיזי המקשר בין טמפרטורה ו-EMC

כדי להבין כיצד שינויים טמפרטורה של ביצועים EMC, יש לבחון את הפיזיקה הבסיסית של רכיבים פסיביים ופעילים.כל נכס חומרי רלוונטי להתנהגות אלקטרומגנטית יש חסכוני טמפרטורה, ואת התלות האלה מצטברים על פני מערכת שלמה.

אובדן ואפקטי עור

המוליכים מציגים חסכוני טמפרטורה חיובי של התנגדות: כמו הטמפרטורה עולה, רטטי אטומי לצמצום אלקטרונים, העלאת התנגדות DC. בתדרים גבוהים יותר, אפקט העור מתמקד כיום ליד פני השטח של המוליכים, ואת עומק העור הוא יחסית הפוך לשורש הריבוע של מוליכות. , מנצחי מלחמה יש מוליכות נמוכה יותר, עלייה חדה העור ומשנה את ההפצה הנוכחית.

נכסים דיאלקטריים ו Capacitance

לוח מעגלים מודפס (PCB) substrates ו- incapsulants יש קבוע dielectric תלות טמפרטורה (εr) וגורמים dissipation (tan ⁇ ) לדוגמה, FR-4 מציג סטנדרט טמפרטורה חיובי של εr של בערך +200 ל הפיכה ספציפית +400 pm / C. שינוי מ 25C ל-125 ° C יכול להגדיל את ה- 24%, הפחתת קווי שידור ו- פילטרים אלה יכול לשנות.

התנהגות חומרית

ליבות פריט המשמשים לחנוק משותף, אינדוקטורים, והופכים יש הסתברות (μ) המשתנה באופן משמעותי עם טמפרטורה, במיוחד ליד נקודת הקלי.עבור רבים מאן-זאן, שיאים ראשוניים בגובה של 80 עד 100 מעלות צלזיוס ואז טיפות באופן חד מעל 120 מעלות צלזיוס, כמו שינויים מיקרו, ניכוי של שינויים חנוק, הפחתת הפחתת התדירות הגבוהה שלה לעומת 10 חנק נמוך של חנקן עשוי ל טמפרטורות נפוצות של 10.

התנהגות של Semiconductor

רכיבים פעילים - יסודות, טרנזירים, דידות - הם רגישים מאוד לטמפרטורה.Switch מהירות, מתחי סף, ו זרמי הדלפה משתנים עם טמפרטורה מתה. ⁇ מהירים יותר (בשל ניידות מוגברת) יכולים להרגשת נזקי קידוד גבוה יותר, הרחבת הספקטרום.בדרך אגב, הקצוות איטיים יכולים להפחית את הזמן ואת פליטות נמוכות יותר אבל עלולים להפר את שולי התזמון Leakage בטמפרטורות הנוכחי ולהגדיל את הטמפרטורות רפידות עצמית.

השפעה על הרשאות והאינטימיות

השינויים הפיזיים המתוארים לעיל מתבטאים כשינויים הניתנים למדידה בפליטת פליטות שבוצעו וקרינה, כמו גם סף רגישות.הבנת השפעות אלה מאפשרת למהנדסים לצפות מצבי כישלונות במהלך הסמכה סביבתית.

רדיפת Emissions

טמפרטורה גבוהה יותר מגבירה את רווח אנטנה של עקבות ולהפחית את היעילות של מגן סגור.לדוגמה, עקבות PCB שפועל כמו אנטנה לא מכוונת בחזרות נתונה יהיה גורם Q נמוך יותר בטמפרטורות קרות (התנגדות גבוהה יותר) אבל חזרות חדה יותר בטמפרטורות חמות (התנגדות נמוכה יותר), פוטנציאל גדל כוח שדה בתדר זה.

המונחים: Emissions

על קווי חשמל ו- I / O כבלים, פליטות שבוצעו מושפעות מהיציבות של רכיבי מסנן. מסנן LC אשר אינדוקטור ישרה בטמפרטורה גבוהה (בשל צריכת מופחתת) או כי capacitor מאבד קיבול (אם הדיאלקטרי יש טמפרטורות חסכוניות) יאפשר יותר רעש לעבור ל-MRI-D61-4, פליטות שבוצעו בדרך כלל על פני טווח הטמפרטורות קיצוניות לא נראות לעתים קרובות.

חסינות (הצלחה)

(הטמפרטורות קיצוניות יכולות להוריד את הסף שבו שדות RF חיצוניים מרתיעים מצבים לוגיים או אותות אנלוגיים.בטמפרטורה גבוהה, שולי הרעש של קלטות דיגיטליות מתכווץ כי VIRFLT:0;0)OHIRLT:1 יורד ו VFLT:2ILFLT 3 עלולים לעבור פריקה אלקטרוסטטית (ESD) הגנה גם מדרגה: מתח חטוף של טלוויזיות S יכול לנסחף, עלול לנסחף, עלול לנסח את הנזקים ללקות בטמפרטורות פגיעות, או לגרום נזקי שלילי, או נזקי שלילי, או נזקי שלילי, או להורדתי, או להורדתי, או להורדת אבטחה מוגברת.

דוגמאות לטמפרטורות-Driven EMC כשלים

כישלונות בעולם האמיתי מספקים ראיות משכנעות של הצורך בהנדסה EMC תרמית.מספר רב של זיכרונות ונושאי שדה היו במעקב על ההידרדרות של EMC.

חשמל רכב אלקטרוניקה

כלי רכב מודרניים מכילים עשרות יחידות בקרה אלקטרוניות (ECUs) כי חייב לפעול מ -40 מעלות צלזיוס ל +125 ° C (מתאים האנטוני) או אפילו גבוה יותר ליד רכיבי תת-ממצה אחד, בקר מנוע מברשות DC לא הצליח לבצע בדיקות פליטות ב -20 מעלות צלזיוס כי ליבות הפרוטציה הקבועה של מסננים קו היו בעלי יכולת נמוכה 40% מאשר 25 מעלות צלזיוס, הפחתת רמת הפחתת רמת הפחתתן בטמפרטורה של הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת ה-NF.

חללי Avionics

כלי טיס חווים רכיבה מהירה על טמפרטורה בשל שינויים בגובה ומעברים קרקע-אוויריים. יחידת ניווט אינרטי (INU) הציגה מנעולים לסירוגין במהלך הירידה לאחר קר ב -55 מעלות צלזיוס, חקירה גילתה כי יחס הדלפק של המעבד הראשי של המעבד הראשי של קפקאטורים איבד 30% של החמצון שלהם בטמפרטורה נמוכה, מה שגורם לרעשי כוח לזוגות לתוך השעון התחתון וגרם לקצב ה- Z5 (האפקטיבי) במקום זאת, במקום זאת, במקום זאת, כלומר, עם טמפרטורות נמוכות יותר של קיבולת נמוכה יותר של XRERC (ה- XR) עם טמפרטורות נמוכות יותר של XRERC.

חיישנים של IoT תעשייתי

משטחים של חיישן אלחוטיים פרוסים בשדות נפט, הזיכונים, או סביבות חיצוניות ניצבים בפני תנודות טמפרטורה של 40 מעלות C או יותר. חיישן Bluetooth נמוך אנרגיה (BLE) המשמש ניטור לחץ החל לאבד את הקשר בחום באמצע היום כאשר ambient הגיע 55 מעלות C ניתוח הראה כי התדירות של אנטנה שבב נמוך יותר מ- 4B2, 000 גרם לירידה של התדירות גבוהה יותר של ה-Btnat) היה גם על ידי 8% כי הפחתת רמת התדירות של ה-PTSD.

אסטרטגיות לטמפרטורה-Resilient EMC

שיטות עיצוב פרואקטיביות יכולות למזער את ההשפעה של שינויים בטמפרטורה על ביצועי EMC.אין טכניקה אחת פותרת את כל המקרים; אלא שילוב של בחירה חומרית, עיצוב מעגלים, ניהול תרמי ובדיקת אימות מניב תוצאות חזקות.

בחירת חומרים עם תכונות טמפרטורה-Stable Properties

בחרו רכיבים ב-PCP לטמפרטורה מלאה של טמפרטורה, ועם מזהמים טמפרטורה שפורסמו. עבור Capacitors, Preitize Class 1 (NP0/C0G) dielectrics עבור מעגלים מעבורת ופילטרים; ה- capacitance שלהם סחף פחות מ- ±302 / C בהשוואה ל- ±15% עבור Class 2 (XR/XR).

המונחים: topology tunements

מעגלים עיצוביים שהם רגישים פחות להבדלים בערכוי הרכיב.עבור מסננים, משתמשים בהתנצלות שמסתמך פחות על ערכי הרכיב המוחלט, כגון מסננים של זוגות ששומרים על תדירות המרכז באמצעות אינדוקציה הדדית.

ניהול תרמי תומך ב-EMC

עיצוב תרמי יעיל יכול להגביל את גודל תנודות הטמפרטורה מנוסים על ידי רכיבים רגישים.היט שוק, זיהום אוויר מאולץ, תרמי באמצעות להפחית את טמפרטורות צומת שיא, צמצום זרמי הדליפה והחלפת שינויים מהירות.עם זאת, ניהול תרמי חייב לא ליצור מסלולים EMI לא מכוונים - כיור יכול לפעול כמו אנטנה או זוג רעש אם לא מעוקל כראוי.

סימבול ומודל

שיטת סימולציה של חלקיקים (FEM) יכול מודל יחד עם התנהגות תרמי-אלקטרוניקה.תוכנה כגון Ansys SIwave, CST Studio Suite, או Keysight ADS משלב ניתוח תרמי עם סימולציה EMC. מהנדסים יכולים לטאטא טמפרטורות מ -40 מעלות C עד +125 מעלות צלזיוס, לייבא מודלים חומרים תלויים טמפרטורה עבור דיאלקטריות, מגנטיות, ומוליכים תרמיים מזהים נקודות חלשות - 85 מעלות צלזיוס, אך ורק לאחר מכן הופך להיות מופחתת, אך ורקמות עם תאים יקרים.

בדיקות ואימות על טמפרטורה

בדיקות תאימות סטנדרטיות של EMC (FCC, CISPR, MIL-STD-461, DO-160) כוללות בדרך כלל את המיזוג הטמפרטורה עבור כמה בדיקות, אך המידה משתנה. עבור הסמכה של המוצר, לשקול הרחבת טווחי הטמפרטורה מעבר לדרישות המינימום כדי לכלול קיצוניות בעולם האמיתי.

חדרי טמפרטורה והגדרה

בדיקות פליטות מותאמות ורדיודות צריך להתבצע בתוך תא מבוקר טמפרטורה המאפשרת קווי RF באמצעות נמלי גל או הזנות.המכשיר תחת בדיקה (DUT) חייב להגיע איזון תרמי בכל נקודת מבחן; זמן ספוג של 30-60 דקות לכל צעד הוא אופייני.עבור בדיקות חסינות, שדה RF חייב להיות אחיד על פני נפח DUT בעוד הוא בטמפרטורה - אנטנה רחבה ו סופג RF עבור חומרים סטנדרטיים עבור טמפרטורות Tambi שלבים, בתוספת טמפרטורות tambi.

בדיקות חיים עבור EMC Degradation

מעבר לבדיקות טמפרטורה סטטיות, רכיבה על אופניים תרמיות (למשל, -40 מעלות צלזיוס ל +125 מעלות צלזיוס, 100 מחזורים) יכולה לחשוף את ההידרדרות הפרוגרסיבית של המפרקים הנמכרים, דחיסת גז ועייפות חומרית שבסופו של דבר מתפשרת EMC. לבצע לפני ואחרי מחזורי פליטות לאחר מחזוריים.כל עלייה מעבר 6DB מבסיס היא סיבה לחקירה.עבור אלקטרוניקה, בדיקות כאלה מ-AEC-160 ו-160 שנים הן יעילות יותר מאשר כל אחד עם תוחלת חיים טובה יותר מאשר 16 שנים.

שחיתות עם נתונים

השתמש חוזר שדה וטלמטורי ממכשירים פרוסים כדי לקשור כשלים ב-EMC עם אירועי טמפרטורה תועדות.אם בקר משאבה נכשל רק בשעות אחר הצהריים של הקיץ בפיניקס, לבדוק את נתוני פליטות ב 60 מעלות צלזיוס ו-85 מעלות צלזיוס.לאה משוב זה עוזר לחדד אפשרויות חומריות ותקנות עיצוב עבור מוצרים הדור הבא.

מגמות עתידיות: רחבת Bandgap Semiconductors ו- Advanced Materials

כמו מעבר אלקטרוניקה כוח ל-SiC רחב (WBG) Semiconductors כמו סיליקון carbide (SiC) ו-Giaium nitride (GaN), אפקטים טמפרטורה על EMC הופכים אפילו יותר בולטים יותר.מכשירי WBG לעבור 10-100 פעמים תדירות סיליקון המסורתי IGBTs, והם יכולים לפעול בטמפרטורות צומת עד 200 מעלות צלזיוס.

• (ב) ,0) נהגי שער ספציפיים של GaN-specific GateFLT:1hil עם שליטה משולבת במשרה מלאה במשרה מלאה, אשר מתאמת באופן דינמי עם טמפרטורה כדי למזער תנודות.
• (ב) [15] ,0) ,(Multilayerקרמיקה כיבולים (MLCCsreas) 1FLT:1 עם אלקטרודות בסיסיות-מטר (למשל C0G) עבור אספקה של כוח עתיר.
• (ב) ⁇ :0 מ"גנטודיאלקטריות מטבוליות 1 (FLT:1 ), המשלבות ממלאים מגנטיים ודיאלקטריים במטריקס פולימריא כדי להניב את יכולת העצירה וההיתר.
• (FLT:0) Machine Learning-based design Optimization FLT: 1) שם רשתות עצביות מנבאות ביצועים של EMC בטמפרטורה באמצעות נתוני סימולציה, ומאפשרות מחקר מהיר של שילובי רכיבים.

(המחקר מארגונים כמו IEEE EMC Society ו- Industry Conortia (למשל, איגוד מקורות הכוח) ממשיך לקדם מודלים של דיוק ואופייה חומריים.לקריאה נוספת, ייעוץ משאבים כגון FLT:0) "אפקטים התרמומאליים על אספקת תרופות שוורצ'רטוט" 1 מ- IEEE on Electro Compatology Compatibility, או FLT2de: 4.FIS) כוללים בדיקות הפעלה של חומרים לטמפרטורה של 4.

מסקנה: טמפרטורה לא פולשנית לתוך תהליך עיצוב EMC

וריאציות טמפרטורה אינה דאגה משנית עבור EMC - זוהי אפקט סדר ראשון שיכול להפוך עיצוב תואם לתוך עיצוב לא תואם אחד ולגרום בעיות אמינות בתחום. על ידי הבנת הפיזיקה הבסיסית של איך הטמפרטורה משנה את ההתנהגות רכיב, מעצבים יכולים לעשות החלטות מושכלות על חומרים, מעגלים כדי להתנצלות, ובדיקה מעמיקה על הטמפרטורה התפעולית המלאה לספק את הביטחון הדרוש עבור מוצרים טמפרטורות אוויריות קבועות יותר, אך לא עקביות של בדיקות חום כדי למנוע בדיקות אלקטרו-אוויריות, אלא כדי למנוע בדיקות גבוהות יותר, אלא לחץ דם, ובדיקה סטנדרטיות של תאים מגנטיות, כמו גם כן, ובדיקה תרמית.