در سیستم‌های الکترونیکی عواملی وجود دارد که در صورت شدت پیدا کردن باعث اختلال در عملکرد برد الکترونیکی می‌شوند. یکی از عوامل تاثیر گذار در عملکرد سیستم‌های الکترونیکی، نویز در برد الکترونیکی است. نویز به خودی خود در سیستم‌های الکترونیکی وجود دارد و میزان آن کنترل می‌شود اما این پدیده‌ی الکتریکی در صورت زیاد شدن باعث ایجاد شدن اختلال در برد‌های الکترونیکی می‌شود. در ادامه‌ی این مقاله درباره‌ی نویز در برد الکترونیکی و عوامل ایجاد آن بیشتر یاد می‌گیریم.
نویز در برد الکترونیکی به چه معناست؟
نویز به سیگنال‌های ناخواسته‌ای می‌گویند که نمی‌خواهیم در برد وجود داشته باشند اما به علت‌های مختلفی این نویز‌ها در برد الکترونیکی به وجود می‌آید. به طور کلی نویز به معنی وجود سیگنال‌های خروجی ناپایدار در برد الکترونیکی است. نویز به علت آنکه می‌تواند روی عملکرد برد الکترونیکی تاثیرگذار باشد، دارای اهمیت است. اگر میزان نویز زیاد باشد و نویز به طور مداوم در برد الکترونیکی تکرار شود ممکن است باعث به وجود آمدن ایرادات سخت افزاری در برد شود.
انواع قطعات الکترونیکی از نظر تولید سیگنال به ۲ دسته‌ی اکتیو (active) و پسیو (passive) طبقه بندی می‌شوند. قطعات active سیگنال‌ها را تولید می‌کنند البته سیگنال‌های تولیدی توسط قطعات اکتیو نویز به حساب نمی‌آیند و سیگنال‌هایی هستند که در راستای عملکرد برد تولید می‌شوند. قطعات الکترونیکی پسیو به طور کلی سیگنالی تولید نمی‌کنند اما حضور آن‌ها در کنار قطعات الکترونیکی اکتیو می‌تواند باعث تولید نویز در برد الکترونیکی شود.
شماتیک نویز در برد الکترونیکی
عوامل و علت‌های تولید نویز در برد الکترونیکی
نویز در برد الکترونیکی به علت‌های متفاوتی تولید می‌شود یکی از این عوامل استفاده‌ی تعداد زیادی از دستگاه‌ها و سیستم‌های الکترونیکی در کنار یکدیگر است که باعث به وجود آمدن نویز در برد الکترونیکی می‌شود. البته موارد دیگری نیز باعث به وجو آمدن نویز در برد‌های الکترونیکی می‌شود که در ادامه با عوامل به وجود آمدن نویز در برد بیشتر آشنا می‌شویم.
- نزدیک بودن قطعات اکتیو به ماژول پاور: در صورتی که قطعات الکترونیکی تولید کننده‌ی سیگنال به قطعاتی که مربوط به پاور برد الکترونیکی (کاهنده‌ها، تقویت‌کننده‌های جریان، سوییچ‌های قطع و وصل و…) می‌شوند نزدیک باشند باعث تولید سیگنال‌های ناخواسته یا همان نویز در برد الکترونیکی می‌شوند. این عامل باید در ابتدای مرحله‌ی طراحی برد الکترونیکی در نظر گرفته شود و جایگذازی قطعات اکتیو و ماژول پاور به گونه‌ای باشد که باعث ایجاد نویز در برد نشود.
- کیفیت پایین مونتاژ: در صورتی که مونتاژ برد الکترونیکی با کیفیت بالا انجام نشود باعث ایجاد نویز در برد الکترونیکی می‌شود. یکی از موارد رایجی که باعث ایجاد نویز در برد الکترونیکی می‌شود و به علت مونتاژ بی کیفیت اتفاق می‌افتد، استفاده از خمیر قلع بی‌کیفیت است.
- کیفیت پایین برد مدار چاپی: در صورتی که برد الکترونیکی از برد مدار چاپی بی‌کیفیت استفاده کند و برد کیفیت لازم را نداشته باشد، نویز در برد الکترونیکی ایجاد می‌شود.
- استفاده از قطعات غیر اورجینال و قطعات کپی با کیفیت پایین: یکی از مواردی که باعث ایجاد نویز در برد می‌شود استفاده کردن از قطعات الکترونیکی غیر اصلی یا استفاده از قطعات کپی بی کیفیت است. این قطعات به علت نداشتن کیفیت لازم معمولا باعث ایجام میدان‌های الکترومغناطیسی در اطراف خود می‌شوند که در نهایت نویز در برد تولید می‌کند.
- ایزوله نبودن محیط قرارگیری برد از سیگنال‌های خارجی: نویز نوعی سیگنال ناخواسته است و سیگنال‌های الکتریکی بر روی هم تاثیر می‌گذارند. در صورتی که محیط برد الکترونیکی در معرض سیگنال‌های دیگری باشد باعث می‌شود تا نویز‌های ناخواسته در برد ایجاد شوند.
- تراکم بالای قطعات الکترونیکی: یکی دیگر از عوامل ایجاد نویز در برد الکترونیکی، تراکم بالای قطعات الکترونیکی در برد است. طراحان برد الکترونیکی این مورد را در طراحی برد الکترونیکی بررسی می‌کنند و مواظب هستند برد‌هایی که طراحی می‌کنند تراکم مناسبی داشته باشند.
- وجود خط‌های تغذیه‌ی الکتریکی در اطراف برد: این مورد بسیار مشابه مورد ۵ است با این تفاوت که خط‌های عبور جریانی که در اطراف برد الکترونیکی و محصول الکترونیکی هستند باعث ایجاد میدان الکترومغناطیسی می‌شوند و در برد نویز ایجاد می‌کنند.
- تخلیه‌ی الکترواستاتیک: برخی از قطعات الکترونیکی بار الکتریکی را در خود ذخیره می‌کنند و با تخلیه‌ی بار استایی خود باعث ایجاد نویز در برد الکترونیکی می‌شوند. این اتفاق مشابه وقتی است که با جوراب روی فرش قدم می‌زنید و سپس با جسمی رسانا تماس برقرار می‌کنید و بار استایی بدنتان از این طریق تخلیه می‌شود.
- استفاده از چراغ‌های فلورسنت: استفاده از چراغ‌هایی که با مواد فلورسنت کار می‌کنند یکی دیگر از عوامل تولید نویز است که باید در محل قرارگیری این چراغ‌ها در برد دقت داشت تا نویز در برد ایجاد نشود.
- ترک کشی نامناسب برد: اگر مسیر‌های انتقال جریان برد (traceها) بیش از حد طولانی شوند و جریان بالایی را منتقل کنند می‌تواند باعث ایجاد نویز در برد الکترونیکی شود.
استفاده از قلع نامناسب از عوامل ایجاد نویز در برد الکترونیکی
بیشترین نویزی که باعث خرابی قطعات و برد الکترونیکی می‌شود عاملی دارند به نام جرقه یا قوس الکتریکی که نوعی تخلیه الکتریکی است. قوس‌های الکتریکی باعث می‌شوند تا پالس‌های الکترومغناطیسی ایجاد شوند که این امر نویز در برد ایجاد می‌کند و در برخی موارد باعث تداخل فرکانس رادیویی می‌شود. به این نوع نویز EMI یا تداخل الکترومغناطیسی می‌گویند.
بر خلاف باور عمومی میزان نویز تولید شده معیار دقیقی برای به دست آوردن میزان اختلالی که در برد اتفاق می‌افتد نیست. برای آنکه بفهمیم میزان نویز تولید شده باعث اختلال عملکردی می‌شود واحدی وجود دارد به نام SNR که مخفف عبارت signal & noise raito است. این واحد میزان نویز را با میزان سیگنال تولیدی برد الکترونیکی مقایسه می‌کند. اگر این معیار به عدد ۱ نزدیک شود یعنی میزان نویز و سیگنال‌های برد برابر شوند این نویز در عملکرد سیگنال‌ها نیز اختلال ایجاد می‌کند و عملکرد برد مختل می‌شود.
عوامل ایجاد نویز در برد الکترونیکی؛ تراکم بالای قطعات
نویز در برد الکترونیکی چه ایراداتی ایجاد می‌کند؟
نویز باعث به وجود آمدن اختلالات زیادی در برد‌های الکترونیکی می‌شود که در ادامه با اصلی‌ترین ایرادات وجود نویز در برد الکترونیکی آشنا می‌شویم.
- به وجود آمدن عیب‌های نرم افزاری
- ایجاد شدن آسیب‌های حرارتی در برد
- اختلال در ولتاژ‌های بایاس
- ایجاد حلقه‌های جریان
- اختلال در عملکرد قطعات سخت افزاری سیستم الکترونیکی
نویز در برد الکترونیکی؛ عاملی که باید کنترل شود
با نویز در برد الکترونیکی آشنا شدیم و علت‌های به وجود آمدن نویز و اختلالاتی که نویز در برد ایجاد می‌کند را شناختیم. با وجود آنکه نویز در برد تا قبل از تولید برد و راه‌اندازی آن قابل شبیه‌سازی و تشخیص نیست اما بیشتر عواملی که باعث ایجاد نویز در برد الکترونیکی می‌شوند قابل پیش‌بینی هستند. طراحان برد الکترونیکی با طراحی استاندارد برد‌های الکترونیکی می‌توانند بسیاری از عومل ایجاد نویز در برد را رفع کنند و برد‌هایی با نسبت SNR بالا تولید کنند. از اینکه تا انتهای این مقاله همراه آوند الکترونیک بودید از شما سپاسگزاریم.
