شماره تماس شرکت کتمپیوتری سپند

جمعه 30 شهريور 1397

روش های حذف نویز الکتریکی

یکی از مشکلات عمده ای که دستگاه های الکترونیکی با آن مواجه هستند ، مسئله نویز می باشد. به خصوص الان که انواع وسایل الکتریکی ، الکترونیکی و مکانیکی در فضای کوچکی در کنار یگدیگر مشغول به کار بوده و به سادگی می توانند روی یکدیگر اثر بگذارند. بنابراین باید مسئله نویز در ساخت ، مونتاژ ، نصب و سرویس دستگاه مورد توجه قرار گیرد. حل مشکل نویز نیاز به اطلاعات کافی درباره ی ماهیت نویز، راه های ورود نویز و روش های کاهش نویز دارد.

 

نویز از این جهت که محدوده اساسی عملکرد طبیعی تمام سیستم ها و جریانات الکترونیکی را تعیین می کند. نویز زمانی از اهمیت برخوردار است که با سیگنال های ضعیف سروکار داشته باشیم. اما دقیق تر زمانی باید به نویز توجه داشت که نوسانات سیگنال های پردازش شده مشابه نوسانات نویز موجود باشد. در صورتیکه نویز ذاتی ( نویز در نهاد دستگاه باشد ) تنها احتمال خطر از دست دادن محتوای اطلاعات سیگنال های خیلی ضعیف در یک محیط نویزی وجود دارد و اطلاعات موجود در سیگنال با دامنه بالا از بین نخواهد رفت. اکنون فرض کنید که یک نویز خارجی نیز در نظر گرفته می شود. به این دلیل که نوسانات آن به طور قابل توجهی بیش تر از نوسانات نویز درونی است حتی سیگنال های قوی نیز از شر نویز خارجی مصون نخواهند بود.
آنچه که اهمیت دارد سطح سیگنال نیست بلکه نسبت دامنه سیگنال به دامنه نویز می باشد. نسبت های پایین سیگنال به نویز آسیب پذیری بیش تری را نشان می دهند . در حالی که نسبت های بالای سیگنال به نویز نشان دهنده مصونیت در برابر نویز هستند.
یکی از مهم ترین تلاش های مهندسان کوچک کردن دستگاه ها و سیستم ها می باشدکه منجر به کار کردن اجزا و عناصر آن ها در فضای کوچک تری می شود . حال استفاده ی گسترده از سیستم های اکترونیکی ، الکتریکی و مکانیکی در نزدیکی و کنار هم باعث ایجاد پدیده نویز می شود که در نتیجه آن عدم رسیدن به اهداف طراحی شده برای سیستم می باشد.
حال راه حل هایی وجود دارند که می توانند اثر نویز را روی سیستم ها کاهش دهند و یا حتی حذف کنند. البته به عنوان اولین قدم در مسیر کاهش نویز باید سه فاکتور مشترک در تمام سیستم هایی که دارای مشکل نویز هستند را مشخص کنیم : منبع نویز ، راه های انتقال نویز از منبع به گیرنده و گیرنده ی نویز.

1. منبع نویز

عامل به وجود آورنده ی نویز را منبع نویز گویند. نویز ایجاد شده توسط منبع می تواند از یک سیستم به سیستم دیگر و یا در یک سیستم مثلا از یک طبقه مدار به طبقه دیگر مدار انتقال یابد. کلا برای کاهش نویز ، منبع فاکتور خوبی می باشد. که اگر بتوان آن را از لحاظ سیگنال های نویزی از سایر قسمت های مدار ایزوله کرد کار شایانی در راستای کاهش و یا حتی حذف نویز صورت گرفته است.

2. راه های انتقال نویز

• کوپلاژ هدایتی نویز

یکی از راه های بدیعی ولی غالبا دور از توجه ، انتقال نویز از طریق سیم ای رابط می باشد. ک سیم می تواند از محیط اطراف نویز دریافت کرده و به داخل و یا قسمت های دیگر دستگاه هدایت کند و بدین ترتیب موجب تداخل شود. حال این وظیفه ی طراح است که قبل از طراحی سیستم ، فکر جلوگیری از انتقال نویز از طریق سیم های رابط را بکند.

• کوپلاژ از طریق امپدانس مشترک

ایننوع کوپلاژ زمانی رخ می دهد که جریان های دومدار مختلف از امپدانس مشترکی عبور کنند. در این حالت افت ولتاژ روی امپدانس مشترک ، از طرف هر دو مدار دیده می شود.

نویز

به عنوان مثال در شکل بالا جریان زمینه هر دو مدار از مقاومت مشترک زمین عبور می کند. از آن جایی که ولتاژ زمین مدار 1 با ولتاژ ناشی از عبور جریان مدار2 از امپدانس مشترک ، مدوله می شود بنابراین هر تغییر در جریان مدار2 به صورت نویزی در ورودی مدار1 ظاهر می شود.

• میدان های الکتریکی و مغناطیسی

تشعشع میدان های مغناطیسی و الکتریکی نوع دیگری از کوپلاژ نویز را تشکیل می دهند. تمام المان های مدار هنگام عبور بار الکتریکی از آنها تشعشع می کنند . علاوه بر این تشعشع غیر عمدی ، تشعشع ایستگاه های رادیویی و مخابراتی نیز وجود دارد . این تشعشعات ممکن است الکتریکی ، مغناطیسی یا از هر دو مورد باشد. نکته ی مهی که برای بررسی نویز وجود دارد این است که اگر منبع تشعشع از گیرنده فاصله داشته باشد، حاصل ترکیب این دو میدان ، به صورت الکترومغناطیسی ، ایجاد نویز خواهد نمود و در نتیجه باید به صورت الکترومغناطیسی بررسی شود.

3. گیرنده ی نویز

به سیستمی که نویز محیط اطراف می تواند روی آن تاثیر بگذارد گیرنده گویند. شناخت و بررسی گیرنده از آن جهت اهمیت دارد که ما می توانیم با کاهش حساسیت گیرنده به نویز موجب کم شدن اثر نویز روی سیستم شویم. در نتیجه می توانیم شاهد کار کردن سیستم طراحی شده در یک محیط به مراتب بالاتری از لحاظ سطح نویز باشیم.
می دانیم که برای تولید یک سیستم سه مرحله وجود دارد. اول طراحی سیستم و مدارات می باشد. بهترین زمان برای پرداختن به مساله ی نویز مرحله ی تست سیستم و تولید می باشد. برای بررسی نویز سیستم تست های زیادی وجود دارد که یکی از مهم ترین آن ها EMC(electromagnetic compatibility) یا سازگاری الکترومغناطیسی است که عبات است از توانایی دستگاه در انجام دادن کار صحیح خود در داخل میدان مغناطیسی محیط. این تست ها باید در مرحله ی طراحی دستگاه انجام پذیرد. درصورت نادیده گرفتن تست ها در این مرحله ، مشکل نویز در مرحله ی دوم یعنی تست دستگاه ظاهر شده و حل ان در این مرحله گران تمام می شود و رضایت بخش هم نخواهد بود. در طی سه مرحله ی طراحی ، تست و تولید روش های موجود در جهت حذف نویز به ترتیب کاهش و در مقابل هزینه ی آن ها افزایش یابند.

نویز

بنابراین هر قدر مساله تداخل را زودتر مورد توجه قرار دهیم حل آن بهتر و ارزان تر خواهد بود . مثلا آزمایش نشان می دهد که در صورتیکه جلوگیری از نویز در مرحله ی طراحی انجام شود، طرح قادر است 80 تا 90درصداز مساله ی نویز را قبل از مرحله تست دستگاه حل نماید. در غیر این صورت اگر سیستمی بدون توجه به مساله جلوگیری از نویز ، طراحی شده باشد، به احتمال زیاد این مساله در مرحله تست بروز می کند.
دراین زمان پیدا کردن اینکه کدام یک از عوامل نویز در ایجاد این مشکل سهیم هستند آسان و واضح نخواهد بود.اغلب راه حل ها در این مرحله شامل اضافه کردن بخش هایی می شودکه جزو لازمه ی مدار نیستند.خسارات ناشی از آن نه تنها در اتلاف بیش تر وقت مهندسان است بلکه موجب مصرف بیش تر اجزا و حتی به هم زدن تاسیسات دستگاه نیز خواهد بود و حتی منجر به ازدیاد تلفات توان و افزایش وزن و حجم دستگاه شود.
به علاوه به حداقل رساندن نویزی که دستگاه می تواند تولید کند، باید به موقع مورد توجه قرار گیرد. چون نویز آن ممکن است روی وسایل دیگر موجب بروز اغتشاش و تداخل شود. همیشه کنترل نویز در منبع تا حد امکان مطوب تر است. چون می تواند مانع از به وجود آمدن مشکل نویز در تعداد بی شماری از وسایل دیگر شود. بنابراین یک سیستم باید طوری طراحی شود که نه تنها محیط روی آن اثر نگذارد بلکه دستگاه هم روی محیط اطراف خود تاثیر منفی نگذارد. این مساله به قدری مهم است که برخی کشورهای پیشرفته به تدوین قوانینی در این رابطه پرداخته اند. پس اهمیت طرح دستگاهی که حداقل نویز را ایجاد کند درست به اندازه ی طرح دستگاهی است که حداقل حساسیت به نویز را داشته باشد. نهایتا هدف اصلی از لحاظ نویز در طراحی سیستم ها بالا نگهداشتن هرچه بیش تر نسبت توان سیگنال مطلوب به توان نویز است.
در ذیل به مجموعه ای از عبارات جزئی می پردازیم. که نشان می دهد چگونه نویز می تواند عملکرد سیستم های الکترونیکی را تحت تاثیر قرار دهد:
حداقل سیگنال مطلوب در جریان آنالوگ توسط نویزی که به صورت داخلی و خارجی ایجاد می شود، محدود می گردد. اگر از تقویت کننده استفاده می کنید سطح نویز طبق قدرت آمپلی فایر محدوده بالاتری را مشخص می کند. از این رو در صورتیکه قدرت افزایش یابد،آمپلی فایر اشباع می شود.
در مدارهای آنالوگ دامنه ی داینامیکی زیاد به این معنی است که به وجود نوسان زیاد و نویز پایین نیاز است.
نویز، محدوده حداقل سیگنال قابل ردیابی را در آشکارسازها و رسیورها معین می کند.
نویز می تواند منجر به وقوع اشتباهاتی در فاز سیگنال اندازه گیری شده، گردد. این مساله می تواند صحت تخمین مسافت را در سیستم هایی که از تکنیک پالس اکو استفاده می کنند تحت تاثیر قرار دهد.
نویز می تواندداده ی دودویی ذخیره شده در حافظه ها را نیز مختل کند، 0 به طور تصادفی تبدیل به 1 می شود و بلعکس.
گرچه مدارهای منطقی ترکیبی ، بیش تر در برابر نویز مصون هستند ، لازم است که در تکنولوژی میکروالکترونیک مربوط به افزایش فرکانس های عامل ، نویز به عنوان عنصری کلیدی در فرایند طراحی در نظر گرفته شود.