مقاله ی مقدمه ای بر سازگاری الکترومغناطیس

مقدمه ای بر سازگاری الکترومغناطیسی

استفاده گسترده از مدارات الکترونیکی در مخابرات، محاسبات، اتوماسیون و مقاصد دیگر موجب شده است که این مدارات متضاد بنا به ضرورت در مجاورت هم کار کنند. این مدارات اغلب روی همدیگر اثرات منفی می‌گذارند. امروزه تداخل الکترومغناطیسی یکی از مهم‌ترین مسائل طراحان مدار شده است و احتمالاً در آینده نیز شدیدتر خواهد شد. یکی از دلایل این امر استفاده گسترده از دستگاه‌های الکترونیکی است. به علاوه استفاده از مدارات مجتمع در مقیاس بزرگ، موجب کوچک شدن وسایل الکترونیکی شده است. با کوچک‌تر و پیچیده‌تر شدن مدارات، تعداد زیادی مدار در فضای کوچکی قرار گرفته و موجب افزایش احتمال تداخل می‌شود.

امروزه، دستگاه‌های طراحی شده نه تنها در شرایط ایده‌آل آزمایشگاهی، ​​ بلکه در دنیای واقعی و در کنار دیگر وسایل باید به درستی کار کنند. این بدین معنی است که دستگاه نباید متأثر از منابع نویز خارجی باشد و از طرفی خود دستگاه هم نباید منبع نویز در محیط شود. بنابراین سازگاری الکترومغناطیسی​​ (EMC)​​ باید یکی از اهداف مهم طرح باشد.

در شکل 1، نمودار بلوکی یک گیرنده رادیویی به عنوان نمونه‌ای از انواع تداخل‌هایی که ممکن است داخل دستگاه رخ دهند، نشان داده شده است. سیم‌های بین طبقات مختلف، نویز را هدایت کرده و برخی طبقات باعث تشعشع نویز می شوند. به علاوه، عبور جریان طبقات مختلف از امپدانس مشترک زمین، ولتاژ نویزی روی​​ گذرگاه¹​​ زمین ایجاد می‌کنند. همچنین پیوند الکتریکی و مغناطیسی روی هادی‌های مختلف نیز نشان داده شده است. این نویزها نمونه‌هایی از تداخلات داخلی دستگاه هستند و باید قبل از راه‌اندازی در آزمایشگاه، برطرف شوند. ولی وقتی دستگاه وارد دنیای واقعی می شود با منابع دیگر نویز مطابق شکل 2 مواجه خواهد شد. جریان‌های نویز از طریق خطوط توان​​ AC​​ به داخل رادیو وارد می‌شوند. همچنین، رادیو با تشعشعات الکترومغناطیسی منابع مختلفی مواجه می‌شود. در این حالت منابع نویز در کنترل طراح دستگاه نیستند ولی دستگاه باید طوری طراحی شود که در این شرایط به درستی کار کند.

شکل 1- داخل دستگاهی مانند این رادیو، هر بخش مدار می‌تواند به روش‌های مختلفی با بخش‌های دیگر تداخل کند.

شکل 2- خارج از آزمایشگاه، دستگاه‌های الکترونیکی مانند این رادیو، در معرض منابع متعدد نویز الکترومغناطیسی هستند. بنابراین جهت اطمینان از سازگاری با محیط، طراحی دقیقی لازم است.

شکل 3 جنبه دیگری از مشکل نویز را نشان می‌دهد. در این حالت رادیو به عنوان منبع نویز درآمده و می‌تواند روی وسایل دیگر تداخل ایجاد کند. بخش‌هایی از مدار، نویز را به طور مستقیم تشعشع کرده و کابل‌های تغذیه، نویز را به مدارات دیگر هدایت می‌کنند. همچنین عبور جریان نویزی از هادی‌های تغذیه، موجب تشعشع نویز اضافی از آن‌ها​​ می‌شود. بنابراین اهمیت طراحی دستگاهی با کمترین مقدار نویز، درست به اندازه طراحی دستگاهی است که تأثیرپذیر از نویز نباشد.

شکل 3- دستگاه‌های الکترونیکی مانند این رادیو، می‌توانند باعث انتشار نویز و در نتیجه ایجاد تداخل با مدارات دیگر شوند. بنابراین رعایت مسائل مربوط به نویز در خلال طراحی، می‌تواند باعث اجتناب از این انتشارات شود.

هر نوع سیگنال الکتریکی نامطلوب در مدار را نویز می‌گویند. این تعریف در مورد اعوجاج‌های ناشی از غیرخطی بودن مدارها، به کار نمی‌رود². اگرچه این اعوجاج‌ها ممکن است مطلوب نباشند ولی تا وقتی که با بخش‌های دیگر مدار پیوند نداشته باشند، به عنوان نویز در نظر گرفته نمی‌شوند. بنابراین حتی اگر سیگنال مطلوبی با بخش‌های دیگر، پیوند ایجاد کند، نویز به حساب خواهد آمد.

منابع نویز را به سه گروه می‌توان تقسیم کرد:

1- منابع نویز ذاتی، مانند نویز گرمایی و نویز ضربه‌ای که در اثر نوسانات تصادفی در سیستم‌های فیزیکی به وجود می‌آیند.

2- منابع نویز ساخت دست بشر، مانند نویز ناشی از موتورها، سوییچ‌ها، دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال و فرستنده‌های رادیویی.

3- نویزهای ناشی از غتشاشات طبیعی و جوی، مانند رعد و برق و تشعشعات خورشیدی.

تداخل، اثر نامطلوب نویز است. اگر ولتاژ نویز باعث عملکرد نادرست مدار شود، به آن تداخل می‌گویند. نویز را​​ نمی‌توان به طور کامل حذف کرد اما می‌توان دامنه آن را تا حدی که موجب تداخل نشود، کاهش داد.

طراحی بر اساس سازگاری الکترومغناطیسی

سازگاری الکترومغناطیسی​​ (EMC)، توانایی یک سیستم الکترونیکی در 1- کارکرد درست در محیط الکترومغناطیسی مورد نظر و 2- تبدیل نشدن آن به منبع (نویزی) آلوده‌کننده محیط است. محیط الکترومغناطیسی، ترکیبی از انرژی‌های هدایتی و تشعشعی است. بنابراین​​ EMC​​ دو جنبه دارد،​​ انتشار³​​ و​​ تأثیرپذیری⁴.

تأثیرپذیری، توانایی یک دستگاه یا مدار در پاسخ به انرژی الکترومغناطیسی ناخواسته (نویز) است. سطح تأثیرپذیری یک مدار یا دستگاه، محیط نویزیی است که در آن دستگاه می‌تواند بدون تنزل و با یک حاشیه ایمنی تعریف شده، به صورت رضایت‌بخشی عمل کند. نقطه مقابل تأثیرپذیری، ایمنی است. یکی از مشکلات در تعیین سطوح ایمنی (تأثیرپذیری) تعریف تنزل کارکرد دستگاه است.

انتشار، به توانایی ایجاد تداخل یک محصول مرتبط است. هدف از کنترل انتشار، محدود کردن انرژی الکترومغناطیسی منتشرشده و در نتیجه کنترل محیط الکترومغناطیسی است که محصولات دیگر باید در آن کار کنند. کنترل انتشار از یک محصول، می‌تواند منجر به رفع مشکل تداخل برای بسیاری از محصولات دیگر شود. بنابراین کنترل انتشار، تلاشی برای ایجاد یک محیط سازگار الکترومغناطیسی است.

تأثیرپذیری، تا حدودی یک​​ مسئله خودسامان⁵​​ است. اگر یک محصول، از محیط تأثیرپذیر باشد، مشتری از آن آگاه شده و ممکن است از ادامه خرید منصرف شود. در نقطه مقابل، انتشار معمولاً خودسامان نیستند. محصولی که خود منبع انتشار است، ممکن است متأثر از انتشار نباشد، به همین دلیل مجموعه‌های نظارتی مختلف، استانداردهایی جهت کنترل انتشار گروه‌های معینی از محصولات را وضع کرده‌اند.

طراحی​​ EMC​​ به دو روش​​ بحرانی​​ و​​ سیستمی​​ امکان‌پذیر است.در روش بحرانی، طراح بدون توجه به​​ EMC​​ فرایند طراحی و ساخت را انجام داده و آزمون را شروع می‌کند، یا در حالت بدتر، در تجربیات میدانی وجود مشکل گزارش می‌شود. اجرای راه‌حل‌ها در این مراحل نهایی، معمولاً پرهزینه و شامل قطعات اضافی ناخواسته می‌شود. این حالت اغلب به روش​​ چاره موقتی⁶​​ معروف است.

در طی مراحل پیشرفت کالا از طراحی تا آزمون و تولید، تعداد تکنیک‌های قابل دسترس برای کاهش نویز به شدت کاهش یافته و در مقابل، هزینه آن‌ها افزایش می‌یابد. این موضوع در شکل 4 نشان داده شده است. بنابراین رفع مشکلات تداخلی در مراحل اولیه، بهتر و ارزان‌تر خواهد بود.

شکل 4- با پیشرفت فرایند تولید دستگاه، تعداد راه‌های ممکن برای کاهش نویز کم شده و هزینه‌های آن افزایش می‌یابد.

در روش سیستمی،​​ EMC​​ در تمام مراحل طرح در نظر گرفته می‌شود، طراحان، مشکلات​​ EMC​​ را در شروع فرایند طرح پیش‌بینی کرده و بقیه مشکلات را در برد آزمایشگاهی و مراحل ساخت نمونه اولیه می‌یابند و سپس آزمون‌های تکمیلی​​ EMC​​ را برای نمونه‌های نهایی تا حد امکان انجام می‌دهند. در این روش،​​ EMC​​ بخش مهمی در طراحی الکتریکی و مکانیکی محصول است و در نتیجه​​ EMC​​ باید درون محصول طراحی شود، نه این‌که به آن اضافه شود و این روش به صرفه‌تر خواهد بود.

اگر حذف نویز برای یک طبقه یا بخشی از یک سیستم در زمان طراحی آن بخش مورد توجه قرار گیرد، تکنیک‌های کاهش نویز بسیار ساده بوده و به راحتی انجام‌پذیر خواهند بود. تجربیات نشان می‌دهند که در صورت حذف نویز در این مرحله، طراح قادر است بیش از %90 از مشکلات نویز را قبل از مرحله آزمون دستگاه برطرف کند.

از سوی دیگر، اگر سیستمی بدون توجه به مسئله حذف نویز طراحی شده باشد، در اغلب موارد، در مرحله آزمون، مشکل نویز خواهد داشت. در این زمان پی بردن به این‌که کدام‌یک از راه‌های مختلف نویز در ایجاد این مشکل سهیم هستند، آسان و واضح نخواهد بود. راه‌حل‌ها در این مرحله نهایی معمولاً منجر به اضافه کردن قطعاتی می‌شود که جزء بخش‌های ضروری مدار نیستند. خسارات حاصله، شامل هزینه مهندسی و هزینه قطعات اصلاحی و نصب آن‌ها خواهد بود که در مواقعی ممکن است منجر به تلفات توان و افزایش وزن و حجم دستگاه شود.

مقررات​​ EMC

با مروری بر مقررات و مشخصات وضع شده دولتی و نظامی در مورد​​ EMC، نسبت به مسائل تداخلی و تعهدات طراح، دید بهتری پیدا می‌کنیم.

مقررات​​ FCC

در ایالات متحده آمریکا، مقررات استفاده از سیستم‌های مخابرات سیمی و رادیویی توسط کمیسیون مخابراتی فدرال​​ (FCC)​​ وضع می‌شود که بخش‌هایی از آن مربوط به کنترل تداخل است. سه بخش از​​ قوانین و مقررات⁷​​ FCC، دارای الزامات قابل اجرایی برای تجهیزات الکترونیکی بدون مجوز است که این سه بخش عبارتند از: بخش 15 (در مورد وسایل فرکانس رادیویی)، بخش 18 (در مورد تجهیزات صنعتی، علمی و پزشکی) و بخش 68 (در مورد تجهیزات متصل به شبکه تلفن).

بخش 15 از قوانین و مقررات​​ FCC، استانداردهای فنی و الزامات عملیاتی وسایل فرکانس رادیویی را بیان می‌کند. وسیله فرکانس رادیویی به وسیله‌ای گفته می‌شود که به طور خواسته یا ناخواسته توانایی انتشار انرژی فرکانس رادیویی را از طریق تشعشع، هدایت و راه‌های دیگر داشته باشد. انرژی فرکانس رادیویی در​​ FCC​​ به صورت انرژی الکترومغناطیسی در بازه فرکانسی​​ KHz10 تا​​ GHz3 تعریف می‌شود. این استانداردها دارای اهداف دوگانه‌ای هستند:

1- فراهم کردن شرایطی برای عملیات فرستنده‌های کم‌توان بدون مجوز ایستگاه رادیویی

2- کنترل تداخل سرویس‌های مخابراتی رادیویی دارای مجوز که ممکن است باعث انتشار انرژی فرکانس رادیویی یا نویز به صورت یک محصول فرعی شوند. الکترونیک دیجیتال نیز در این گروه قرار می‌گیرد.

بخش 18 از قوانین و مقررات​​ FCC، استانداردهای فنی و شرایط عملیاتی برای​​ تجهیرات صنعتی، علمی و پزشکی⁸​​ را بیان می‌کند. تجهیزات​​ ISM​​ طبق تعریف، وسایلی هستند که از امواج رادیویی برای عملیات صنعتی، علمی، پزشکی یا اهداف دیگر (شامل انتقال انرژی توسط رادیو) استفاده می‌کنند، ولی جهت استفاده‌های مخابرات رادیویی به کار نمی‌روند. تجهیزات گرمادرمانی پزشکی، تجهیزات گرمایشی صنعتی، دستگاه‌های جوش​​ RF، دستگاه‌های نوری​​ RF، دستگاه‌هایی که جهت تغییرات فیزیکی مواد به کار می‌روند و دیگر دستگاه‌های غیرمخابراتی، در این گروه قرار می‌گیرند.

بخش 68 از قوانین و مقررات​​ FCC، استانداردهای یکسانی را برای حفاظت از شبکه‌های تلفن در برابر خسارت ناشی از اتصالات تجهیزات پایانه‌ای، شامل سیستم‌های تبادل​​ انشعاب خصوصی⁹​​ و سیم‌کشی آن‌ها و همچنین برای سازگاری سمعک با تلفن، برای اطمینان از دسترسی مناسب استفاده‌کنندگان از سمعک به شبکه تلفن، فراهم می‌کند. خسارت‌های دیگر به شبکه‌های تلفن شامل آسیب‌های الکتریکی به کارکنان، خسارت به تجهیزات، خرابی تجهیزات صدور صورت‌حساب و تنزل خدمات به اشخاص علاوه بر تجهیزات پایانه کاربری هستند.

بخش 15 از​​ FCC، زیربخش​​ J

زیربخش​​ J​​ از بخش 15، قانون مفید و عمومی​​ FCC​​ است، زیرا این قانون تقریباً بر تمامی سیستم‌های الکترونیک دیجیتال اعمال می‌شود. در سپتامبر 1979،​​ FCC​​ قوانینی را برای کنترل پتانسیل تداخلی سیستم‌های الکترونیک دیجیتال (که توسط​​ FCC​​ دستگاه‌های محاسبه‌گر نامیده شده‌اند) وضع کرد. این مقررات، «استانداردهای فنی تجهیزات محاسبه‌گر» (شماره ثبت20780)، بخش 15 از قوانین​​ FCC، مربوط به محدودیت دستگاه‌های تشعشعی را اصلاح کرد. امروزه این مقررات در بخش 15، زیربخش​​ J​​ از فصل 47 مقررات فدرال ارائه شده‌اند. مطابق این قوانین، محدودیت‌هایی بر بیشینه انتشار تشعشعی مجاز در بازه فرکانسی 30 تا​​ MHz1000 و بیشینه انتشار هدایتی مجاز بر خطوط توان​​ AC​​ در بازه​​ فرکانسی 450/0 تا​​ MHz30 مقرر می شود.

این مقررات در نتیجه افزایش اعتراضات به​​ FCC​​ در مورد تداخل گیرنده‌های تلویزیونی و رادیویی وضع شده زیرا سیستم‌های الکترونیک دیجیتال به عنوان منشأ این تداخلات شناخته شده بودند. در این قوانین،​​ FCC​​ اعلام کرد:

گزارش شده است که رایانه‌ها باعث ایجاد تداخل در تقریباً تمامی سرویس‌های رادیویی، به ویژه سرویس‌های با فرکانس کمتر از​​ MHz200، مانند سرویس‌های انتظامی، هواپیمایی و خبری شده‌اند. عوامل چندی در این موضوع دخالت دارند:

1- تجهیزات دیجیتالی در جامعه ما افزایش یافته و امروزه برای استفاده‌های خانگی به فروش می‌رسند.

2- فناوری باعث افزایش سرعت رایانه‌ها شده است به طوری که امروزه طراحان رایانه‌ای با مشکلات فرکانس رادیویی و تداخل الکترومغناطیسی​​ (EMI)​​ مواجه‌اند، موضوعی که 15 سال پیش با آن روبه‌رو نبودند.

3- اقتصاد تولیدی نوین، جعبه‌های فلزی که پوشش خوبی در برابر انتشارات تشعشعی بودند را با جعبه‌های پلاستیکی که نقش حفاظتی ندارند جایگزین کرده است.

FCC، دستگاه محاسبه‌گر را به صورت زیر تعریف می‌کند:

هر دستگاه یا سیستم الکترونیکی که پالس‌های زمانی با نرخی بیشتر از 10000 پالس (دوره، چرخه)¹⁰​​ در ثانیه تولید یا استفاده کند و تکنیک‌های دیجیتالی را به کار گیرد، مانند تجهیزات تلفن دیجیتال، یا هر دستگاه یا سیستمی که انرژی فرکانس رادیویی را به منظور انجام عملیات پردازش داده از قبیل محاسبات الکترونیکی، عملیات، تبدیل، ضبط، بایگانی، گروه بندی، ذخیره، بازیابی یا انتقال و... تولید یا استفاده کند.

در این تعریف عمداً دامنه وسیعی در نظر گرفته شده است تا در حد امکان محصولات بیشتری را در بر گیرد. بنابراین، مطابق تعریف​​ FCC​​ اگر محصولی از مدارات دیجیتال استفاده کرده و دارای فرکانس​​ ساعت¹¹​​ بیشتر از​​ KHz10 باشد، دستگاه محاسبه‌گر به شمار می‌آید. این تعریف، بیشتر محصولات الکترونیکی دیجیتالی امروزی را شامل می‌شود.

مطابق این تعریف، دستگاه‌های محاسبه‌گر در دو گروه قرار می‌گیرند:

گروه​​ A:​​ دستگاه محاسبه‌گری که برای استفاده در محیط‌های بازرگانی، صنعتی یا تجاری عرضه می‌شود.

​​ گروه​​ B:​​ دستگاه محاسبه‌گری که با وجود مصارف بازرگانی، صنعتی یا تجاری در واقع برای استفاده در محیط‌های مسکونی عرضه می‌شود.

از آنجایی که دستگاه‌های گروه​​ B¹²​​ بیشتر در مجاورت گیرنده‌های رادیویی و تلویزیونی قرار می‌گیرند، محدودیت‌های انتشاری آن‌ها در حدود​​ dB10 بیشتر از دستگاه‌های گروه​​ A​​ است.

رعایت این استانداردهای فنی وظیفه سازنده یا واردکننده محصول است. برای اطمینان از تطابق محصول با این استانداردها،​​ FCC​​ سازنده را ملزم می‌کند تا محصول خود را قبل از عرضه به بازار ایالات متحده مورد آزمون قرار دهد.​​ مطابق​​ FCC​​ عرضه محصول شامل حمل، فروش، پیشنهاد فروش، واردات و غیره است. از این رو تا زمانی که یک محصول در حال گذراندن قوانین است، از نظر قانونی نمی‌تواند مورد تبلیغ قرار گیرد، زیرا این کار نوعی پیشنهاد فروش به حساب می‌آید. برای تبلیغ قانونی یک محصول قبل از تطابق با قوانین​​ FCC، تبلیغ باید شامل این جمله باشد: این دستگاه در حال انطباق با قوانین​​ FCC​​ بوده و قبل از عرضه، کاملاً مطابق با استانداردهای آن خواهد بود.

در مورد رایانه‌های شخصی و لوازم جانبی آن‌ها (زیرمجموعه‌ای از گروه​​ B)، قبل از عرضه محصول به بازار، تولیدکننده باید داده‌های آزمون آن را به​​ FCC​​ ارائه داده و گواهی تأیید​​ FCC​​ را کسب کند. در صورت تمایل، کمیسیون می‌تواند قبل از ارائه تأییدیه، نمونه‌ای از محصول را جهت آزمون درخواست کند.

در مورد تمام محصولات دیگر (گروه​​ A​​ و​​ B، غیر از رایانه‌های شخصی و وسایل جانبی آن‌ها) تولیدکننده باید قبل از عرضه محصول، تطابق آن را با انجام آزمون، مورد بازبینی قرار دهد. بازبینی، یک رویه تأییدی است که توسط خود تولیدکننده انجام می‌پذیرد و در آن هیچ سندی به​​ FCC​​ ارائه نمی‌شود، مگر این‌که به طور خاص درخواست شده باشد، عملیات تطابق با نمونه‌برداری تصادفی از محصولات توسط​​ FCC​​ صورت می‌گیرد.

زمان لازم برای انجام آزمون‌های تطابق و انجام دوباره آزمون در صورت رد شدن محصول و زمان لازم برای گرفتن تأییدیه از کمیسیون (در صورت نیاز) باید در جدول زمانی پیشرفت محصول درج شوند.

آزمون باید روی نمونه‌ای انجام شود که نماینده تمام بخش‌های تولیدی باشد و معمولاً یک مدل تولید یا پیش تولید را در بر می‌گیرد. بنابراین آزمون تطابق باید یکی از آخرین موارد در جدول زمانی پیشرفت تولید کالا باشد. این زمان غیرمنتظره نیست! اگر محصولی در مرحله آزمون رد شود، تغییرات در این مرحله دشوار و گران خواهد بود. بنابراین بهتر است عملیات آمادگی برای آزمون نهایی قبل از آزمون تطابق نهایی محصول، با درجه اطمینان بالایی در پذیرفته شدن آن صورت گیرد. این کار در صورتی اجرایی خواهد بود که:

1- اصول طراحی​​ EMC​​ مناسبی (به صورتی که در این کتاب توضیح داده شده است) در کل طرح استفاده شود.

2- آزمون انتشار مقدماتی روی مدل‌ها و قطعات اولیه انجام گیرد.

این قوانین نه تنها استانداردهای فنی (محدودیت‌های) الزامی یک محصول را تعیین می‌کنند، بلکه رویه‌های اجرایی و روش‌های سنجش الزامی در فرایند تطابق محصول را نیز در بر می‌گیرند. باید توجه داشت که محدودیت‌ها و رویه‌های سنجش به هم وابسته هستند و این محدودیت‌های به دست آمده بر پایه رویه‌های سنجش ویژه‌ای بوده‌اند. بنابراین سنجش‌های تطابقی باید تابع روش‌های معین شده توسط​​ FCC​​ در​​ MP-4​​ FCC/OST، «روش‌های​​ FCC​​ در سنجش انتشار نویز رادیویی از دستگاه‌های محاسبه‌گر» باشند (به پیوست «و» مراجعه کنید).

آزمون‌ها باید روی سیستم کامل با تمام کابل‌های اتصالی و تنظیمات مناسبی که منجر به بیشینه انتشار می‌شود، صورت گیرند.

رویه سنجش در مورد انتشار تشعشعی، یک سنجش فضای باز (یا معادل آن) را روی صفحه زمین با آنتن دوقطبی​​ هماهنگ‌شده¹³​​ (یا دیگر قابلیت‌های همبستگی و قطبی‌شدگی خطی آنتن) تعیین می‌کند. این موضوع در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5-آزمون انتشار تشعشعی​​ FCC​​ در فضای باز، دستگاه مورد آزمون​​ (EUT)​​ روی میز دوار

در جدول 1 محدودیت‌های انتشار تشعشعی، برای محصول گروه​​ A​​ با فاصله اندازه‌گیری 30 متر و این محدودیت‌ها برای محصول گروه​​ B​​ با فاصله اندازه‌گیری 3 متر در جدول 2 ارائه شده‌اند.

جدول 1- محدودیت‌های انتشار تشعشعی محصول گروه​​ A​​ در​​ FCC

جدول 2- محدودیت‌های انتشار تشعشعی محصول گروه​​ B​​ در​​ FCC

مقایسه بین محدودیت‌های گروه​​ A​​ و​​ B​​ باید از فاصله یکسانی صورت گیرد. بنابراین در صورتی که محدودیت‌های گروه​​ A​​ از فاصله 3 متری (با استفاده از برونیابی​​ 1/r) برونیابی شوند، در این صورت این دو گروه محدودیت‌ها می‌توانند​​ به صورتی که در شکل 6 نشان داده شده با هم مقایسه شوند. همان طور که دیده می‌شود، محدودیت‌های گروه​​ B، در حدود 3 برابر (dB10) بیشتر هستند.

شکل 6- محدودیت انتشار هدایتی از فاصله​​ m3 (بخش 15 از​​ FCC، زیربخش​​ J)

محدودیت‌های انتشار هدایتی در قوانین مشخص می‌شوند، زیرا​​ FCC​​ معتقد است که در فرکانس‌های کمتر از 30 مگاهرتز، عامل اولیه تداخلات مخابراتی، هدایت انرژی​​ RF​​ روی خطوط توان​​ AC​​ بوده که منجر به تشعشع از آن خطوط می‌شود.

جدول 3 محدودیت‌های انتشار هدایتی هر دو گروه​​ A​​ و​​ B​​ را نشان می‌دهد. این سنجش‌ها مربوط به ولتاژهای مد مشترک (سیم گرم و سیم خنثی به زمین) روی خطوط توان​​ AC​​ هستند، که با استفاده از یک شبکه تثبیت امپدانس خط¹⁴​​ μH50/Ω50 مطابق رویه‌ها (پیوست و)، اندازه‌گیری می‌شوند.

شکل 7 نمونه‌ای از چیدمان آزمون انتشار هدایتی​​ FCC​​ را نشان می‌دهد.

جدول 3-محدودیت‌های انتشار هدایتی​​ FCC

شکل 7- چیدمان آزمون​​ FCC​​ برای سنجش انتشار هدایتی

یک دستگاه نه‌تنها باید جهت تطابق با استانداردهای فنی مورد آزمون واقع شود،​​ بلکه باید برچسب توان خورده​​ و اطلاعات پتانسیل تداخلی آن در اختیار کاربران قرار گیرد.

علاوه بر مشخصات فنی یاد شده،​​ این قوانین شامل الزامات غیرتداخلی است که مطابق آن اگر استفاده از محصول موجب تداخلات مضری​​ شود،​​ کاربر موظف به توقف عملیات دستگاه است.​​ به تفاوت مسئولیت بین مشخصات فنی و الزامات غیرتداخلی توجه کنید.​​ ارائه مشخصات فنی جزء وظایف تولیدکننده​​ یا​​ واردکننده محصول بوده،​​ و مسئولیت الزامات غیرتداخلی با مصرف‌کننده محصول است.

علاوه بر تایید یا بازبینی اولیه محصول بر اساس قوانین،​​ تولیدکننده مسئول​​ تطابق​​ تجهیزات تولیدی بعدی با استاندارد است.

اگر تغییری در محصول​​ تطابق​​ یافته صورت گیرد،​​ تولیدکننده و واردکننده موظف هستند مشخص کنند که آیا آن تغییر​​ بر​​ تطابق محصول تأثیر داشته است یا خیر.​​ FCC​​ به تولیدکنندگان اخطار داده است​​ (اخطار عمومی​​ 3281​​ در​​ 7​​ آوریل​​ 1982)​​ که:

بسیاری از تغییرات​​ که​​ در ظاهر بی‌اهمیت به نظر می‌آیند در حقیقت بسیار مهم هستند.​​ در واقع یک تغییر​​ در​​ طرح‌بندی​​ برد مدار،​​ افزودن،​​ برداشتن،​​ یا حتی​​ تغییری در مسیر یک هادی​​ یا منطق مدار،​​ به طور​​ حتم باعث تغییر مشخصات انتشاری​​ دستگاه خواهد شد.​​ با​​ آزمون مجدد می‌توان تعیین کرد که آیا این تغییر​​ مشخصات موجب خارج ساختن محصول از مرحله تطابق شده است یا خیر.

در​​ جولای​​ ۱۹۸۷،​​ FCC​​ به طور موقت​​ پنج​​ زیرمجموعه از دستگاه‌های دیجیتالی را از رعایت استانداردهای فنی لازم معاف کرد که عبارتند از:

1-​​ دستگاه‌های​​ الکترونیکی دیجیتال به کار رفته در وسایل حمل و نقل از طریق اتومبیل،​​ هواپیما یا قایق.

2-​​ سیستم‌های کنترل صنعتی مورد استفاده در ماشین‌آلات صنعتی،​​ کارخانه‌ها​​ یا​​ مصارف​​ عمومی.

3-​​ تجهیزات آزمون صنعتی،​​ تجاری و پزشکی.

4-​​ وسایل​​ کنترل‌شونده توسط ریزپردازنده‌ها از قبیل ماشین ظرفشویی،​​ خشک‌کن​​ لباس یا ابزار برقی.

5-​​ دستگاه‌های پزشکی خاص،​​ که معمولاً با راهنمایی یا نظارت یک متخصص مراقبت‌های پزشکی استفاده می‌شوند.

هر یک از این دستگاه‌ها مشمول الزامات غیرتداخلی قوانین وضع​​ شده هستند.​​ از آنجایی که معافیت‌های یادشده موقتی هستند،​​ می‌توانند از هرگونه رویه قانونگذاری جدید​​ وضع​​ شده توسط​​ FCC​​ معاف باشند.​​ این موضوع می‌تواند در قالب انتشار اطلاعیه‌ای​​ در مورد وضع قانون پیشنهادی انجام گیرد که در آن از صنایع نظرخواهی می‌شود،​​ پس از بررسی نظرات، یک​​ قانون منتشر شده و​​ اگر هر یک از محصولات معاف شده عامل ایجاد تداخل باشند،​​ ممکن است قانون جدیدی​​ وضع​​ شود.​​ بنابراین شرط احتیاط برای تولیدکننده،​​ طراحی تمام تجهیزات مطابق الزامات فنی قوانین است.

خلاصه جامعع​​ از این​​ مقررات در نشریه​​ ​​ FCC/OST 62​​ ​​ در سال 1984 گردآوری شده است.

از آنجایی که​​ FCC​​ در بر گیرنده انواع متعددی از محصولات الکترونیکی شامل دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال است،​​ بنابراین سازمان توسعه و طراحی باید مجموعه کامل و به‌روزی​​ از قوانین​​ FCC​​ متناسب با محصولات تولیدی خود را داشته باشند.​​ در خلال طراحی باید به این قوانین مراجعه شود تا در صورت نیاز به اثبات تطابق،​​ مشکلی پیش نیاید.

هماهنگ‌سازی​​ بین‌المللی¹⁵

بهتر است به جای وضع​​ استانداردهای​​ ملی مختلف،​​ یک استاندارد بین‌المللی برای انتشار مجاز از محصولات الکترونیکی وجود داشته باشد.​​ در این صورت تولیدکننده می‌تواند محصول خود را مطابق یک استاندارد​​ EMC​​ طراحی و آزمایش کند که در سطح جهانی قابل قبول باشد.

مناسب‌ترین نهاد برای اجرای این هدف،​​ کمیته ویژه بین‌المللی تداخل​​ رادیویی​​ (CISPR)​​ است. (CISPR​​ از​​ سرنام فرانسوی آن گرفته شده است).​​ CISPR​​ در سال​​ ۱۹۳۴​​ تأسیس شد تا محدودیت‌ها و روش‌های اندازه‌گیری تداخل فرکانس رادیویی را به منظور تسهیل تجارت جهانی تعیین کند.​​ CISPR​​ قدرت و اختیار تنظیم قوانین را ندارد ولی در صورتی که استانداردهای آن مورد قبول دولت باشد،​​ استانداردهای​​ ملی محسوب می‌شوند.​​ CISPR​​ در​​ سال​​ ۱9۸۵،​​ مجموعه جدیدی از استانداردهای انتشار​​ (نشریه​​ ۲۲)​​ را برای تجهیزات فناوری اطلاعات​​ (دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال)​​ ارائه کرد.​​ بسیاری از کشورهای اروپایی این قوانین​​ را​​ به عنوان استاندارد ملی پذیرفته‌اند و انتظار می‌رود در آینده کشورهای بیشتری آن را بپذیرند.​​ ایالات متحده به عنوان یکی از اعضای رأی‌دهنده​​ CISPR،​​ به این استاندارد جدید رأی مساعد داد.​​ این کار فشار زیادی به​​ FCC​​ برای پذیرش آن استانداردها وارد کرد.​​ از این رو محدودیت‌های​​ تعیین شده در نشریه​​ ۲۲​​ این کمیته،​​ احتمالاً به عنوان استاندارد بین‌المللی به شمار خواهند​​ آمد.

شکل 8​​ مقایسه‌ای​​ بین استاندارد جدید انتشار تشعشعی​​ CISPR​​ و استاندارد کنونی​​ FCC​​ انجام داده است.​​ در این مقایسه،​​ محدودیت‌های​​ FCC​​ به فاصله​​ ۱۰​​ متر برون‌یابی شده‌اند و همان‌طور که دیده می‌شود، محدودیت‌های​​ CISPR​​ در بازه فرکانسی​​ ۸۸​​ تا​​ MHz۲۳۰،​​ بسیار محدودتر هستند.​​ محدودیت گروه​​ A​​ در​​ CISPR​​ از​​ ۸۸​​ تا​​ MHz۲۱۶،​​ dB5/3 و از 216​​ تا​​ MHz230،​​ dB5/6​​ محدودتر از الزامات کنونی​​ FCC​​ است.

شکل​​ ۹​​ استاندارد جدید انتشارات هدایتی باند باریک​​ CISPR​​ را با استانداردهای کنونی​​ FCC​​ مقایسه می‌کند.​​ مهم‌ترین تفاوت آنها در این است که​​ CISPR​​ در بازه فرکانسی​​ 1۵۰​​ تا​​ MHz۴۵۰​​ اعمال محدودیت می‌کند در حالی که در​​ FCC​​ در​​ حال حاضر چنین محدودیتی​​ وجود ندارد.​​ در استاندارد​​ CISPR،​​ محصولات گروه​​ A​​ از 6/1 تا​​ MHz30،​​ dB5/9 و محصولات گروه​​ B​​ از 5/0 تا​​ MHz5،​​ dB2 محدودتر هستند.

شکل 8- زیربخش​​ J​​ از بخش 15​​ FCC، و نشریه 22 از​​ CISPR، محدودیت‌های انتشار تشعشعی از فاصله 10 متری.

شکل 9- زیربخش​​ J​​ از بخش 15​​ FCC​​ و نشریه 22 از​​ CISPR، محدودیت‌های انتشار هدایتی باند باریک.

تأثیرپذیری​​ 

در آگوست​​ ۱۹۸۲،​​ کنگره آمریکا مصوبه ارتباطاتی​​ 1934​​ (House Bill #3239)​​ را اصلاح کرد و به​​ FCC​​ این اختیار را داد تا قانون تاثیرپذیری وسایل و سیستم‌های الکترونیکی خانگی را تنظیم کند.​​ نمونه‌هایی از این وسایل الکتریکی خانگی شامل دستگاه‌های رادیو و تلویزیون،​​ دزدگیر و سیستم‌های حفاظتی خانگی،​​ درب‌بازکن‌های​​ خودکار​​ گاراژ،​​ اعضای بدن الکترونیکی،​​ صفحات گردان ضبط و سیستم‌های تقویت‌کننده با کیفیت عالی استریو هستند.​​ اگرچه این قانون​​ عمدتاً​​ برای سیستم‌ها و تجهیزات خانگی تصویب​​ شده است،​​ ولی​​ مانعی برای تطابق استانداردهای​​ FCC​​ برای دستگاه‌ها با مصارف​​ غیرخانگی ایجاد نمی‌کند.​​ با این وجود،​​ FCC​​ تاکنون بر اساس این اختیارات​​ عمل نکرده است.​​ هرچند​​ FCC​​ در مورد مشکل تداخل فرکانس رادیویی در تجهیزات الکترونیکی،​​ یک​​ استعلام​​ منتشر کرد،​​ (دفتر ثبت عمومی شماره​​ 78-369)​​ ولی هنوز به قوانین وضع شده توسط مراکز صنعتی استناد می‌کند.​​ اگر صنعت در این مورد​​ سهل‌انگاری​​ کند،​​ FCC​​ ممکن است از اختیارات قانونی خود استفاده کند.

تحقیقات درباره محیط‌های الکترومغناطیسی​​ (1976​​ Heirman، 1977​​ Janes)​​ نشان داده است که شدت میدان بیشتر از​​ V/m2 تقریباً​​ در​​ 1%​​ موارد​​ رخ​​ می‌دهد​​ و از آنجایی که​​ الزامات​​ تأثیرپذیری قانونی،​​ برای تجهیزات تجاری وجود ندارد، سطح قابل قبول​​ ایمنی را می‌توان همان​​ V/m2​​ در نظر گرفت.

دولت کانادا یک نشریه رسمی مشاوره‌ای​​ در مورد سازگاری الکترومغناطیسی منتشر​​ (EMCAB 1)​​ و در آن​​ سه سطح یا​​ درجه ایمنی را برای تجهیزات الکترونیکی تعریف​​ کرده است:

1-​​ در مورد محصولات​​ سطح 1 (V/m​​ 1)​​ احتمال تنزل​​ کارکرد​​ وجود​​ دارد.

2-​​ در مورد محصولات سطح​​ 2 (V/m​​ 3)​​ احتمال​​ تنزل​​ کارکرد وجود ندارد.

3-​​ در مورد محصولات​​ سطح 3 (V/m​​ 10) احتمال تنزل​​ کارکرد تنها در شرایط بسیار سخت وجود دارد.

استانداردهای​​ نظامی

گروه مهم دیگری از مشخصه‌های​​ EMC​​ آن‌هایی هستند که توسط وزارت دفاع ایالات متحده منتشر می‌شوند.​​ استاندارد​​ MIL-STD-461E​​ حدود الزامی،​​ رویه‌ها و روش‌های آزمون و مشخص می‌کند.​​ این استاندارد بسیار سخت‌گیرانه‌تر از​​ مقررات​​ FCC​​ است،​​ زیرا علاوه بر انتشار،​​ تأثیرپذیری ایرانی در بازه فرکانسی​​ Hz۳۰​​ تا​​ GHz۴۰​​ در نظر می‌گیرد.

رویه‌های آزمون​​ MIL-STD-461E​​ با​​ رویه‌های آزمون​​ FCC​​ کاملاً​​ متفاوت​​ هستند.​​ بنابراین​​ مقایسه​​ مستقیم الزامات این​​ دو​​ مشکل​​ است.​​ برای آزمون انتشارات​​ تشعشعی،​​ استاندارد نظامی در یک محفظه بسته​​ (اتاق پوشش)​​ صورت می‌گیرد،​​ ولی​​ در مورد​​ FCC​​ این آزمون در فضای باز انجام شود.​​ در آزمون​​ انتشار هدایتی استاندارد نظامی جریان و​​ FCC​​ ولتاژ​​ را​​ اندازه‌گیری می‌کند.

گروه‌بندی آزمون‌های​​ MIL-STD-461E​​ در نمودار بلوکی شکل​​ 10نشان داده شده است.​​ آزمون‌ها برای انتشار هدایتی و تشعشعی و همین‌طور برای تأثیرپذیری هدایتی و تشعشعی​​ الزامی هستند.​​ در جدول​​ 4​​ فهرستی از​​ الزامات انتشار​​ و​​ تأثیرپذیری​​ این​​ استاندارد ارائه شده است.​​ مشخصه‌های نظامی،​​ اسناد جامعی​​ هستند که می‌توانند به عنوان راهنمای صنایع،​​ جهت طراحی تجهیزات غیرنظامی بدون تداخل به کار روند.

شکل 10- مشخصه‌های نظامی شامل انتشار نویز و تأثیرپذیری از آن هستند. در هر دو حالت آزمون‌های نویز هدایتی و تشعشعی مشخص شده‌اند.

جدول 4- الزامات انتشار و تأثیرپذیری استاندارد​​ MIL-STD-461E

راه‌های معمول نویز

نمودار بلوکی راه‌های معمول نویز در شکل 11 نشان داده شده است. چنانچه مشاهده می‌شود، سه عنصر برای ایجاد مشکل نویزی لازم هستند، اول باید منبع نویزی وجود داشته باشد. دوم، مدار گیرنده‌های تأثیرپذیر از نویز موجود بوده و سوم، مجرای پیوندی وجود داشته​​ باشد که نویز​​ را از منبع​​ به​​ گیرنده انتقال دهد.

شکل 11- قبل از آن‌که نویز به یک مشکل تبدیل شود، لازم است که منبع نویز، گیرنده تأثیرپذیر از نویز و مجرای پیوند انتقال‌دهنده نویز به گیرنده وجود داشته باشند.

در قدم اول تحلیل نویز، ابتدا باید مشکل نویز را تعریف کرد. این کار با تعریف و تعیین منبع نویز، گیرنده نویز و چگونگی پیوند منبع و گیرنده انجام می‌شود. بنابراین سه راه حل برای حل مشکل نویز وجود دارد:

1- نویز در منبع حذف شود.

2- گیرنده را نسبت به نویز​​ غیرحساس کرد.

3-​​ انتقال از طریق مجرای پیوند​​ را​​ کمینه کرد.​​ 

در برخی موارد،​​ تکنیک‌های​​ حذف نویز​​ شامل دو​​ یا​​ هر سه راه یاد شده می‌شود.

به عنوان​​ یک​​ مثال،​​ موتور​​ DC​​ پوشیده شده شکل​​ 12​​ را در نظر بگیرید که​​ به مدار​​ محرکه موتوری خود متصل شده است.​​ نویز موتور،​​ روی مدار سطح پایینی که در همان وسیله قرار دارد،​​ تداخل ایجاد می‌کند.​​ نویز​​ جابه‌جاگر²⁰​​ از طریق سیم‌های موتور​​ به​​ مدار محرکه،​​ در خارج از پوشش هدایت شده​​ و​​ از طریق این سیم‌ها به مدار​​ سطح پایین تشعشع​​ می‌کند.

در این مثال،​​ منبع​​ نویز،​​ قوس‌های بین جابجاگر و​​ جاروبک‌ها²¹​​ است.​​ مجرای​​ پیوند دو بخش دارد:​​ هدایت از طریق سیم‌های موتور و تشعشع​​ از آن‌ها.​​ گیرنده نیز مدار سطح پایین است.​​ در این حالت،​​ کار زیادی در مورد منبع یا​​ گیرنده​​ نویز​​ نمی‌توان انجام داد.​​ بنابراین حذف تداخل باید از طریق قطع مجرای​​ پیوند صورت گیرد.​​ یعنی باید از هدایت نویز​​ از طریق سیم‌ها​​ به خارج از پوشش یا از تشعشع​​ آن جلوگیری کرده​​ یا​​ هر دو کار را انجام داد.​​ 

شکل 12- در این مثال منبع نویز موتور و گیرنده مدار سطح پایین است. مجرای پیوندی هم شامل هدایت از طریق هادی‌های تغذیه موتور و تشعشع از آن‌هاست.

استفاده از نظریه شبکه

برای پی بردن به رفتار دقیق هر مدار الکتریکی، باید معادلات ماکسول را حل کرد. این معادلات توابعی از سه متغیر مکان​​ (x, y, z)​​ و زمان​​ (t)​​ هستند. اما حل ساده‌ترین مسائل از این طریق، بسیار پیچیده است. برای اجتناب از این پیچیدگی، در اغلب روش‌های طراحی، از روشی تقریبی به نام «تحلیل مدارهای الکتریکی» استفاده می‌شود.

تحلیل مداری، متغیرهای مکان را حذف کرده و حل تقریبی را تنها به صورت تابعی از زمان ارائه می‌کند. در تحلیل مداری فرض بر این است که:

1- تمام میدان‌های الکتریکی داخل خازن‌ها حبس شده‌اند.

2- تمام میدان‌های مغناطیسی داخل سلف‌ها حبس شده‌اند.

3- ابعاد مدارات در مقایسه با طول موج(های) مورد نظر کوچک هستند.

همچنین از هر میدان خارجی هم، در حل شبکه صرف‌نظر می‌شود. اما برای بررسی اثر میدان‌های خارجی روی سایر مدارات، الزاماً نباید از آن‌ها صرف‌نظر کرد.

برای مثال، یک تقویت‌کننده​​ W100 ممکن است​​ mW100 تشعشع کند. تا وقتی خود تقویت‌کننده را بررسی می‌کنیم از این​​ mW100 می‌توان به‌طور کامل صرف‌نظر کرد. ولی اگر تنها درصد کمی از این توان تشعشع یافته در ورودی یک تقویت‌کننده حساس قرار گیرد، می‌تواند سیگنال نویز بزرگی ایجاد کند.

در حد امکان، مجراهای پیوند نویز را به صورت شبکه‌ای از عناصر فشرده معادل نشان می‌دهیم. برای مثال، میدان الکتریکی متغیر با زمان موجود بین دو هادی را به صورت خازن متصل شده بین آن‌ها نشان می‌دهیم (شکل 13) و میدان مغناطیسی متغیر با زمان پیوندی بین دو هادی را توسط اندوکتانس متقابل بین دو مدار مدل می‌کنیم (شکل 14).

شکل 13- وقتی دو مدار توسط میدان الکتریکی به همدیگر پیوند شوند، پیوند بین آن‌ها را می‌توان با یک خازن نشان داد.

شکل 14- وقتی دو مدار توسط میدان مغناطیسی به همدیگر پیوند شوند، پیوند بین آن‌ها را می‌توان توسط اندوکتانس متقابل نشان داد.

برای صحت اهداف یاد شده، باید ابعاد فیزیکی مدارات در مقایسه با طول موج سیگنال‌های مورد نظر، کوچک باشند. برای مثال، طول موج سیگنال​​ MHz1 تقریباً 300 متر و طول موج سیگنال​​ MHz300 حدود 1 متر است ولی اغلب مدارات الکترونیکی ابعاد کوچک‌تری دارند. حتی اگر این فرض کاملاً درست نباشد، نمایش مدار معادل به صورت عناصر فشرده به دلایل زیر، هنوز هم مفید است:

1- حل معادلات ماکسول برای اغلب مشکلات نویز در دنیای واقعی، به دلیل شرایط مرزی پیچیده، عملی نیست.

2- اگرچه نمایش عناصر فشرده لزوماً جواب عددی درستی نمی‌دهد ولی به وضوح وابستگی نویز به پارامترهای سیستم را نشان می‌دهد، در حالی که حل معادلات ماکسول، حتی اگر ممکن باشد، این وابستگی را به وضوح نشان نمی‌دهد.

به طور کلی، بجز برای اشکال هندسی خاص، محاسبه مقادیر عناصر فشرده با هر دقتی، بسیار مشکل است. ولی همین که وجود این عناصر را تشخیص داده و مقادیر آن‌ها به طور کیفی هم تعیین شوند، باز هم نتایج مفیدی خواهند داشت.

روش‌های پیوند نویز

پیوند هدایتی نویز

یکی از راه‌های بدیهی ولی غالباً دور از توجه، پیوند نویز با یک مدار از طریق سیم‌های رابط است. یک سیم در​​ محیط نویزی می‌تواند نویز را دریافت کرده و به داخل سایر مدارها هدایت کند و بدین طریق موجب تداخل شود. راه‌حل این مشکل، جلوگیری از دریافت نویز توسط سیم یا حذف نویز از روی سیم قبل از ایجاد تداخل در مدارهای تأثیرپذیر است که این کار با پیوندزدایی انجام می‌شود.

انتقال نویز از طریق سیم‌های تغذیه، یکی از مثال‌های بارز در این مورد است. اگر طراح مدار، کنترلی روی منبع تغذیه نداشته باشد یا دستگاه‌های دیگری هم به تغذیه متصل باشند، قبل از ورود نویز به مدار، باید نویز روی سیم‌ها پیوندزدایی شود.

پیوند از طریق امپدانس مشترک

این نوع پیوند زمانی رخ می‌دهد که جریان‌های دو مدار مختلف، از امپدانس مشترکی عبور کنند. در این حالت افت ولتاژ روی امپدانس مشترک، از طرف هر دو مدار دیده می‌شود. مثال بارز این نوع پیوند در شکل 15-1 نشان داده شده است. در این مثال جریان‌های زمین هر دو مدار از امپدانس مشترک زمین عبور می‌کنند. از دید مدار 1، پتانسیل زمین آن توسط جریان زمین مدار 2 در امپدانس زمین مشترک مدوله می‌شود بنابراین بخشی از سیگنال نویز از مدار 2 به مدار 1 از طریق این امپدانس زمین مشترک پیوند می‌شود.

شکل 15- وقتی دو مدار زمین مشترکی داشته باشند، ولتاژ زمین هر یک، متأثر از جریان زمین مدار دیگر خواهد بود.

مثال دیگری از این نوع پیوندها، مدار توزیع ولتاژ تغذیه شکل 16 است. هر تغییری در جریان تغذیه مورد نیاز مدار 2 بر ولتاژ مدار 1 تأثیر خواهد گذاشت که این ناشی از امپدانس مشترک خطوط تغذیه و امپدانس داخلی منبع تغذیه است. برای اصلاح این مدار می‌توان سیم‌های مدار 2 را به پایانه خروجی منبع تغذیه نزدیک کرد که با این روش امپدانس مشترک خط کاهش خواهد یافت. ولی در این حالت هنوز هم پیوند ناشی از امپدانس داخلی منبع تغذیه که در هر دو مدار مشترک است، وجود دارد.

شکل 16- وقتی دو مدار از منبع تغذیه مشترکی استفاده کنند، جریان هر یک، روی ولتاژ مدار دیگر تأثیر خواهد گذاشت.

میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی

تشعشع میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی یکی دیگر از راه‌های پیوند نویز است. تمام عناصر مدار از جمله هادی‌ها، هنگام عبور بار الکتریکی، میدان‌های الکترومغناطیسی تشعشع می‌کنند. علاوه بر این تشعشع غیرعمدی، مشکل تشعشع عمدی از منابعی مانند ایستگاه‌های فرستنده و فرستنده‌های راداری نیز وجود دارد. وقتی گیرنده، نزدیک به منبع باشد (میدان نزدیک)، میدان الکتریکی و مغناطیسی جداگانه در نظر گرفته می‌شوند. ولی وقتی گیرنده از منبع دور باشد (میدان دور)، حاصل ترکیب این دو میدان، یعنی تشعشع الکترومغناطیسی، در نظر گرفته خواهد شد.

سایر منابع نویز

فعالیت گالوانیکی

اگر از فلزات نامشابه در مسیر سیگنال مدار سطح پایین استفاده شود، ممکن است در اثر فعالیت گالوانیکی، ولتاژ نویزی بین دو فلز به وجود آید، وجود رطوبت یا بخار آب در محل اتصال، یک سلول مرطوب شیمیایی تشکیل می‌دهد. ولتاژ ایجاد شده به جنس دو فلز و موقعیت آن‌ها در سری گالوانیکی مطابق جدول 5 بستگی دارد. بدین صورت که هرچه محل قرارگیری دو فلز در جدول گالوانیکی 5 از هم دورتر باشد، ولتاژ ایجاد شده بیشتر خواهد بود. بنابراین در صورت یکسان بودن دو فلز، ولتاژ نویزی به وجود نمی‌آید.

اتصال دو فلز مختلف، علاوه بر ایجاد ولتاژ نویز، موجب خوردگی تدریجی محل اتصال نیز می‌شود. خوردگی گالوانیکی موجب انتقال یون‌های مثبت از یک فلز به فلز دیگر شده و این موجب از بین رفتن تدریجی فلز آند می‌شود. سرعت خوردگی گالوانیکی به میزان رطوبت محیط و فاصله دو فلز در سری گالوانیکی بستگی دارد. هر چه فلزات در این سری از هم دورتر باشند سرعت انتقال یون‌ها بیشتر خواهد بود. یکی از اتصالات نامطلوب ولی معمول، اتصال بین آلومینیوم و مس است. در اثر این اتصال در نهایت آلومینیوم خورده شده و از بین خواهد رفت. اما اگر مس با​​ قلع و​​ سرب لحیم‌کاری²²​​ روکش شود، به دلیل نزدیکی آلومینیوم به قلع و سرب لحیم‌کاری در جدول گالوانیکی، این خوردگی بسیار کندتر خواهد شد.

برای شروع فعالیت گالوانیکی چهار عامل زیر لازم هستند:

1- فلز آند (ردیف بالاتر در جدول 5)

2- الکترولیت (معمولاً به صورت رطوبت موجود است)

3- فلز کاتد (ردیف پایین‌تر در جدول 5)

4- اتصال الکتریکی رسانا بین دو فلز آند و کاتد (معمولاً به صورت مسیر نشتی ظاهر می‌شود).

جدول 5- سری گالوانیکی

* غیرفعال شدن در اثر داخل شدن به محلول اسیدی با اکسیدکننده قوی

فعالیت گالوانیکی حتی زمانی که رطوبتی بین آند و کاتد وجود ندارد نیز به وجود می‌آید. تنها مقداری رطوبت روی سطح، جایی که دو فلز مطابق شکل 17 به هم متصل می‌شوند، لازم است.

همان‌طور که در جدول 5 دیده می‌شود، فلزات سری گالوانیکی به پنج گروه تقسیم می‌شوند. در صورتی که ناچار به اتصال فلزات مختلف به هم باشیم، بهتر است که این فلزات از یک گروه انتخاب شوند.

شکل 17- در صورت اتصال دو فلز غیرمشابه و وجود رطوبت روی سطح آن‌ها، فعالیت گالوانیکی رخ می‌دهد.

فعالیت الکترونیکی

دومین نوع خوردگی تدریجی به دلیل فعالیت الکترولیتی است که در اثر عبور جریان مستقیم از دو فلز و الکترولیت بین آن‌ها (می‌تواند اندکی رطوبت اسیدی محیط باشد) ایجاد می‌شود. این نوع خوردگی بستگی به جنس دو فلز ندارد و حتی برای دو فلز یکسان نیز رخ می‌دهد. سرعت خوردگی به مقدار جریان و هدایت الکترولیت بستگی دارد.

اثر تریبوالکتریک

اگر دی‌الکتریک کابلی از هادی داخل آن جدا شود، در آن محل مقداری بار الکتریکی روی دی‌الکتریک، داخل کابل به وجود می‌آید که به آن اثر تریبوالکتریک​​ (Triboelectric)​​ یا الکتریسیته مالشی می‌گویند. این مسئله معمولاً در اثر خمش‌های مکانیکی کابل رخ می‌دهد. بار ایجاد شده به صورت منبع ولتاژ نویزی داخل کابل عمل خواهد کرد. برای کاهش این اثر باید تا حد امکان از حرکت کابل و خم کردن تیز آن اجتناب شود. نوعی کابل «کم‌نویز» نیز وجود دارد که در آن از طریق شیمیایی، امکان جمع شدن چنین باری را روی دی‌الکتریک، کاهش داده‌اند.

حرکت سیم

اگر سیمی داخل میدان مغناطیسی حرکت کند، ولتاژی دو سر آن القا خواهد شد. به دلیل وجود خطوط تغذیه و مداراتی که جریان زیادی از آن‌ها عبور می‌کند، میدان‌های مغناطیسی پراکنده در اغلب محیط‌ها وجود دارد. اگر سیمی با یک سیگنال سطح پایین، در این میدان حرکت کند، ​​ ولتاژ نویزی روی این سیم القا می‌شود. این مسئله بخصوص در محیط‌های مرتعش مشکل‌ساز است. راه حل این مسئله بسیار ساده است و فقط باید توسط بست کابل و دیگر وسایل مهارکننده از حرکت سیم جلوگیری کنیم.

روش‌های حذف تداخل

به طور کلی روش‌های اساسی در مقابله با تداخل، عبارتند از:

• پوشش کردن

• زمین کردن

• متعادل کردن

• صافی کردن

• عایق کردن

• جداسازی و جهت دادن

• کنترل سطح امپدانس مدار

• طراحی کابل

• تکنیک‌های حذف (در حوزه زمان یا فرکانس)

باید یادآور شویم که حتی با استفاده از تمام این روش‌های قابل دسترس، نمی‌توان نویز را حذف کرد، بلکه تنها آن را به قدری کاهش می‌دهیم که موجب تداخل نشود.

در اغلب موارد، راه حل یکتایی برای کاهش نویز وجود ندارد. تعیین این‌که کدام یک از راه‌های مختلف، بهترین تأثیر را دارد، می‌تواند مورد اختلاف نظر باشد. در این گونه موارد نیاز به​​ مصالحه²³​​ است. انتخاب روش مناسب برای هر حالت خاص بر عهده مهندس طراح سیستم خواهد بود.

خلاصه

• اهمیت طراحی دستگاه‌هایی که مولد نویز نباشند، به اندازه اهمیت طراحی دستگاه‌هایی است که تأثیرپذیر از نویز نباشند.

• جهت اقتصادی بودن، حذف نویز باید از ابتدای طراحی مورد توجه قرار گیرد.

• منابع نویز به سه گروه تقسیم می‌شوند:

1- منابع نویز ذاتی

2- منابع نویز ساخت بشر

3- منابع نویز ناشی از اغتشاشات طبیعی

• اغلب دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال باید قوانین​​ FCC​​ در مورد دستگاه‌های محاسبه‌گر را قبل از عرضه به بازار ایالات متحده، برآورده سازند.

• معافیت‌های موقتی الزامات​​ FCC​​ عبارتند از:

• دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتالی به کار رفته در وسایل نقلیه

• سیستم‌های کنترل صنعتی

• تجهیزات آزمون

• وسایل برقی خانگی

• دستگاه‌های پزشکی تخصصی

• سازگاری الکترومغناطیسی، توانایی سیستم الکترونیکی در کارکرد مناسب در محیط‌های الکترومغناطیسی مورد نظر است.

• سازگاری الکترومغناطیسی دارای دو جنبه است: انتشار و تأثیرپذیری.

• سازگاری الکترومغناطیسی باید یکی از اهداف مهم طراحی باشد.

• سه عامل در ایجاد مشکل نویز لازم است:

• منبع نویز

• مجرای پیوند

• گیرنده تأثیرپذیر

• سه راه مهم پیوند نویز عبارتند از:

• پیوند هدایتی

• پیوند امپدانس مشترک

• پیوند از طریق میدان‌های الکترومغناطیسی تشعشعی

• هادی‌های الکتریکی متصل به هم باید تطابق گالوانیکی داشته باشند.

• تکنیک‌های مختلفی برای کاهش نویز سیستم‌های الکترونیکی موجود است، ولی در اغلب موارد روش یکتایی وجود ندارد.