برای اینکه بدانید EMC یا سازگاری الکترومغناطیسی چیست اصول سازگاری الکترومغناطیسی را بخوانید.
طراحی برای اطمینان از عملکرد خوب EMC از همان ابتدا کلیدی است اگر محصولات عملکرد EMC خوبی را ارائه دهند و تست های انطباق را پشت سر بگذارند.
اگر تکنیکهای طراحی EMC خوب در مراحل اولیه طراحی معرفی شوند، پیادهسازی آنها چندان دشوار نیست. اگر برای برآورده ساختن الزامات EMC نیاز به تغییراتی در مراحل بعدی طراحی باشد، کار بسیار سختتر میشود.
طراحی EMC از اولین مراحل پروژه از برخی رویکردهای طراحی ساده و منطقی پیروی می کند.
طراحی EMC – برخی اصول
هنگام در نظر گرفتن هر پروژه، معیارهای طراحی EMC مهم هستند: هر مدار الکترونیکی که دارای سیگنالهایی است که سطح آن تغییر میکند، تمایل به تابش مقداری توان به عنوان هر اتصال متقابل دارد، و سیمها به عنوان آنتن تابشی عمل میکنند، هرچند کوتاه باشند. به طور مشابه مدارها تمایل دارند سیگنال های تشعشعی را از فرستنده های دیگر دریافت کنند، چه این منابع به صورت عمدی ارسال کنند یا نه.
طراحی EMC همچنین باید هر گونه جفت خازنی و القایی را همراه با انتشارات ناخواسته ای که ممکن است در امتداد خطوط مشترکی که به هر دو مورد از تجهیزات انجام می شود، در نظر بگیرد. این می تواند شامل خطوط زمین نیز باشد.
این مشکلات تداخل الکترومغناطیسی، EMI، می تواند از کار کردن قطعات الکترونیکی مجاور در کنار یکدیگر جلوگیری کند. با رشد گسترده در استفاده از تجهیزات الکترونیکی، این مشکل سازگاری الکترومغناطیسی، EMC به یک موضوع مهم تبدیل شده است.
در نتیجه لازم است برای EMC از ابتدای یک پروژه توسعه الکترونیک جدید طراحی شود و تکنیک های مختلف طراحی برای EMC در کل مفهوم محصول پیاده سازی شود. تنها با در نظر گرفتن طراحی برای جنبه های EMC در مراحل مفهومی توسعه، می توان هر گونه اقدامات احتیاطی را به درستی اجرا کرد.
در سالهای گذشته، فرستندهها ممکن است از نمایش تصویر تلویزیونهای داخلی محلی جلوگیری کنند. در بدترین حالت، کل تصویر ممکن است ناپدید شود، یا ممکن است الگوهایی از تصویر وجود داشته باشد. با فراگیرتر شدن این موارد و نمونه های دیگر از نتایج تنظیم ضعیف EMC، بهبود اوضاع ضروری شد. در حال حاضر با تجهیزات الکترونیکی مدرن می توان تلفن های همراه و سایر دستگاه های بی سیم را در نزدیکی تقریباً هر تجهیزات الکترونیکی با تأثیر کم یا بدون تأثیر استفاده کرد.
این امر با حصول اطمینان از عدم تشعشعات ناخواسته توسط تجهیزات و همچنین آسیب پذیری کمتر تجهیزات در برابر تشعشعات فرکانس رادیویی حاصل شده است. به این ترتیب، این جنبههای طراحی برای EMC سودهای عمدهای را در دنیای امروزی که در آن تعداد زیادی تجهیزات الکترونیکی استفاده میشود، به همراه داشته است.
طراحی برای انطباق با EMC
هنگام طراحی یک کارت مدار الکترونیکی، لازم است تعدادی از اقدامات احتیاطی برای اطمینان از برآورده شدن الزامات عملکرد EMC آن انجام شود. تلاش برای ثبات عملکرد EMC پس از طراحی و ساخت مدار بسیار دشوارتر و پرهزینه تر خواهد بود. بر این اساس تعدادی از زمینه ها وجود دارد که می توان در طول طراحی به آنها پرداخت تا از بهینه شدن عملکرد EMC اطمینان حاصل شود:
- طراحی مدار برای حداقل تابش
- فیلترهای EMC
- پارتیشن بندی مدار
- زمین کردن
- محفظه غربال شده
- خطوط و کابل های غربال شده
با اتخاذ این اقدامات احتیاطی، می توان عملکرد EMC مدار را تا حد زیادی افزایش داد. با این حال همچنان باید تحت آزمایش EMC قرار گیرد تا اطمینان حاصل شود که عملکرد مورد نیاز را برآورده می کند.
شکل 1- EMC
طراحی مدار EMC برای حداقل تابش
یکی از اصلی ترین زمینه هایی که برای انطباق با EMC / EMI باید در نظر گرفته شود، انتشار تشعشعات RF ناشی از کابل های اتصال و حساسیت به دریافت تداخل است. مشخص شده است که آنها مسیر اصلی اتصال برای تداخل در هر محصول را تشکیل می دهند. اغلب این کابلها نیاز به حمل سیگنالهای فرکانس بالا، دادههای احتمالی دارند، و این میتواند برخی از چالشها را از نظر بهبود عملکرد EMC / EMI آنها ایجاد کند.
هر کابلی سیگنالها را دریافت و تابش میکند، بهویژه زمانی که به یک چهارم طول موج یا مضرب فرد آن نزدیک شود، زیرا یک مدار تشدید تشکیل میدهد. با این حال، حتی زمانی که کابل به این طول ها نزدیک می شود، سازگاری الکترومغناطیسی، EMC می تواند مشکل ساز باشد.
یکی از راه حل ها فیلتر کردن کابل های ورودی و خروجی دستگاه است. در حالی که این باعث کاهش سطح EMI می شود، ممکن است عملکرد مدار را نیز کاهش دهد. اگر نیاز به انتقال داده با سرعت بالا باشد، هر گونه لبه تیز توسط فیلترها حذف می شود و در بدترین حالت ممکن است سیگنال به حدی ضعیف شود که سیستم کار نکند. بنابراین ممکن است لازم باشد تعادل دقیقی برای فیلتر بین عملکرد تجهیزات و سازگاری الکترومغناطیسی، الزامات EMC ایجاد شود.
در این شرایط سیگنال ها را می توان در قالب دیفرانسیل حمل کرد. سپس کابل های سیگنال می توانند به صورت یک جفت پیچ خورده ساخته شوند و حتی می توانند غربال شوند. به این ترتیب سیگنال فرکانس بالا می تواند حمل شود، اما حساسیت آن به تشعشع و دریافت کاهش می یابد، زیرا هر چیزی که دریافت می شود در هر دو خط ظاهر می شود و لغو می شود. علاوه بر این تشعشع به همین دلیل رخ نمی دهد.
طراحی EMC: فیلتر
امکان معرفی فیلترهای EMC قبلا ذکر شد. این می تواند ابزار مفیدی برای مهندس EMC باشد تا در بسیاری از موارد از آن استفاده کند. فیلترهای EMC به ویژه برای خطوطی که فقط سیگنال های فرکانس پایین را حمل می کنند مفید هستند. کابل های ورودی برق یا سایر خطوطی که ولتاژ وضعیت را حمل می کنند، کاندیدهای خوبی برای فیلتر هستند. در اینجا فیلترهای EMC می توانند اجزای فرکانس بالا را حذف کنند و عناصر فرکانس پایین را روی خط بگذارند که تابش زیادی ندارند.
فیلترهای EMC باید در نقطه ورودی دستگاه قرار داده شوند و باید محکم به شاسی متصل شوند. به این ترتیب هیچ سیگنالی نمی تواند وارد دستگاه شود و قبل از خارج شدن توسط فیلتر به داخل آن تابش کند.
طراحی EMC: پارتیشن بندی مدار
این عنصر از طراحی مدار برای اطمینان از اینکه مدار می تواند تست EMC خود را پشت سر بگذارد مهم است. با توجه به این واقعیت که بر کل توپولوژی مدار و ساختار مکانیکی حاکم است، باید در مراحل اولیه طراحی انجام شود.
اولین مرحله از فرآیند پارتیشن بندی، تفکیک مدار به مناطق بحرانی و غیر بحرانی EMC است. سازگاری الکترومغناطیسی، مناطق بحرانی EMC مناطقی هستند که حاوی منابع تابش هستند یا ممکن است مستعد تشعشع باشند. این مناطق ممکن است شامل مدارهای حاوی مدارهای فرکانس بالا، مدارهای آنالوگ سطح پایین و منطق با سرعت بالا از جمله مدارهای ریزپردازنده باشد.
نواحی غیر بحرانی EMC مناطقی هستند که دارای مناطقی هستند که بعید است سیگنال ها را تابش کنند یا مستعد تشعشع باشند. مدارها شامل منابع تغذیه خطی (نه منبع تغذیه حالت سوئیچ)، مدارهای سرعت پایین و موارد مشابه.
پس از تکمیل این عمل، طرح بندی برای طراحی می تواند انجام شود. برای جلوگیری از تابش EMI یا محافظت از این مدارها در برابر اثرات EMI می توان مناطق حساس یا حساس را غربال کرد یا در صورت لزوم فیلترهایی را در رابط ها اضافه کرد.
با جداسازی نواحی بحرانی EMC، میتوان اقدامات مربوطه را هم در مراحل اولیه طراحی یا احتمالاً بعداً اضافه کرد. داشتن یک رابط این امکان را برای بهینه سازی عملکرد کلی برای انجام تست EMC آن فراهم می کند. این ممکن است منجر به اضافه شدن فیلتر، غربالگری و غیره بیشتر شود، یا حتی ممکن است در صورت عدم نیاز به برخی از اقدامات، کاهش هزینه را ممکن کند.
زمین کردن
طرح زمین در یک واحد برای عملکرد EMC آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اتصال زمین ضعیف میتواند منجر به حلقههای زمین شود که به نوبه خود منجر به تابش سیگنالها یا دریافت سیگنالها در داخل واحد و در نتیجه سازگاری ضعیف الکترومغناطیسی، عملکرد EMC میشود.
برای کمک به اطمینان از عملکرد رضایت بخش زمین ، باید عملکرد آن را در نظر داشت. می توان گفت مسیری است که جریان را قادر می سازد به منبع خود بازگردد. بدیهی است که باید امپدانس پایینی داشته باشد و همچنین باید مستقیم باشد. هر گونه حلقه یا انحراف ممکن است منجر به اثرات جعلی شود که می تواند منجر به مشکلات EMC شود.
برنامه ریزی زمین یا سیستم های زمین بی اهمیت نیست. چالش برانگیزتر از آن چیزی است که به نظر می رسد، اما برای عملکرد خوب EMC ضروری است. طول ها باید به حداقل برسند زیرا در فرکانس های بالاتر از تنها چند کیلوهرتز، امپدانس تحت سلطه اندوکتانس است و طول های چند سانتی متری، حتی در فرکانس های پایین تفاوت قابل توجهی ایجاد می کنند.
برای غلبه بر این اثرات، در صورت امکان باید از سیم های ضخیم استفاده شود و در مدارهای چاپی باید از صفحات زمین استفاده شود. مسیرهای بحرانی باید در بالای صفحه زمین اجرا شوند و باید به گونه ای مسیریابی شوند که با شکستگی در صفحه زمین مواجه نشوند. گاهی اوقات لازم است که یک شکاف یا شکست در صفحه زمینی وجود داشته باشد، و اگر این اتفاق بیفتد یک مسیر حیاتی باید از روی صفحه عبور داده شود، حتی اگر آن را کمی طولانی تر کند.
این و سایر رویکردها را می توان برای اطمینان از اینکه سیستم زمین قادر به کاهش مشکلات EMC به حداقل ممکن است، اتخاذ کرد. باید فکر قابل توجهی به زمینه سازی کرد، زیرا ممکن است تغییر آن در زمان بعدی آسان نباشد.
شکل 2- زمین کردن
محفظه غربال شده
اگرچه محفظه های غربال شده ممکن است از نظر هزینه گزینه ای ترجیح داده نشوند، اما قرار دادن واحد در یک محفظه رسانا که به زمین متصل است، عملکرد را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد. سپس تمام فیلترها را می توان در این رابط انجام داد و دیوار رسانا مانعی در برابر تشعشعات ایجاد می کند و در نتیجه هم انتشار و هم عناصر حساسیت عملکرد EMC را بهبود می بخشد.
در مواردی که هزینه و احتمالاً زیبایی شناسی مهم است، می توان داخل کابینت ها را با رنگ رسانا پاشید، اگرچه سطح غربالگری ارائه شده تقریباً به خوبی استفاده از یک محفظه فلزی کاملا رسانا نخواهد بود. در مواردی که سطح بالایی از عملکرد EMC مورد نیاز است، باید برای انتخاب موردی که در آن تداوم صفحه نمایش نقض نشود، دقت شود. در حالت ایدهآل، کیس باید از کمترین عنصر ممکن ساخته شود. در هر مفصل امکان عبور تشعشع وجود خواهد داشت. در جایی که مفاصل ایجاد می شوند باید تا حد امکان محکم باشند و پیوستگی خوبی بین آنها وجود داشته باشد.
برخی از کیس های فلزی که از سبک ساخت و ساز پیش ساخته با پانل های آلومینیومی آنودایز استفاده می کنند، عملکرد EMC خوبی را ارائه نمی دهند، اگرچه از نظر زیبایی شناختی نسبت به برخی از قاب های محکم RF دلپذیرتر هستند. یک تعادل باید به عملکرد مورد نیاز و تست های EMC که باید انجام شود بستگی دارد.
شکل 3 – محفظه غربال شده
خطوط و کابل های غربال شده
هنگامی که خطوط و کابل ها نیاز به عبور یا خروج از یک واحد دارند، کابل ها را می توان برای جلوگیری از تابش سیگنال های حمل شده یا دریافت سیگنال های خارجی غربال کرد. اما هنگامی که کابل های غربال شده برای کاربردهای EMC سازگاری الکترومغناطیسی مورد نیاز است، صفحه نمایش باید به محض ورود به دستگاه به زمین سیگنال تجهیزات متصل شود، در غیر این صورت ممکن است سیگنال های ناخواسته تابیده یا دریافت شوند و این امر انطباق EMC را به خطر می اندازد.
شکل 4 خطوط و کابل های غربال شده
نتیجه گیری
سازگاری الکترومغناطیسی، عملکرد EMC از تجهیزات الکترونیکی امروزه اهمیت زیادی دارد و در نتیجه طراحی برای EMC ضروری است. برای اینکه دستگاه بتواند تست EMC خود را پشت سر بگذارد و در بازار عرضه شود، لازم است که با دستورالعمل ها و مقررات جاری مطابقت داشته باشد. برای موفقیت یک واحد، لازم است که به گونه ای طراحی شود که سطح بالایی از سازگاری الکترومغناطیسی، عملکرد EMC و کاهش EMI را ارائه دهد.