نویز در برد الکترونیکی به چه معناست؟
در سیگنال‌هایی که ممکن است بر برد الکترونیکی اثر منفی داشته باشند در این بخش به نویز الکترونیکی اشاره خواهیم کرد. نویز الکترونیکی یک سیگنال مخرب با منشا‌های متفاوت است که با سیگنال اصلی جمع شده و در خروجی‌ها و عملکرد برد الکترونیکی خلل ایجاد می‌کند. وجود نویز در سیستم‌های الکتریکی نه تنها باعث می‌شود که درست عمل نکند بلکه گاهی باعث آسیب رسیدن به سیستم الکتریکی می‌شود.
سطح سیگنال نویز می‌تواند از مقدار بسیار کم تا مقدار زیاد بسته به نوع آن و سیستم الکترونیکی مورد نظر مانند سیستم‌های قدرت یا سیستم های مخابراتی دیده شود. هنگام طراحی برد و هنگام کار با سیستم‌های مختلف یکی از اصلی‌ترین کار ایجاد تمهیداتی است که نویز را به مقدار حداقل برساند. باید توجه داشت که نمی‌توان نویز را به صورت کامل از برد الکترونیکی حذف کرد.
منشا نویز در برد الکترونیکی
نویز الکترونیکی می تواند در داخل یا خارج از سیستم الکترونیکی ایجاد شود، این نویز الکترونیکی بر سیگنال‌های موجود در تجهیزات تأثیر می‌گذارد که منجر به خطا یا نقص سیگنال می‌شود. علاوه بر این، نویز ایجاد شده در داخل سیستم می تواند بر سایر تجهیزات و سیستم‌های متصل به هم در تأثیر بگذارد. نویز الکترونیکی در سیستم های آنالوگ و دیجیتال رخ می‌دهد و می تواند کیفیت سیگنال ها یا داده های مفید را کاهش دهد. تأثیر نویز الکتریکی به ماهیت نویز و مدار بستگی دارد.
انواع نویز الکترونیکی
نویز در برد الکترونیکی می‌تواند از چندین منبع مختلف آمده باشد. برخی از انواع نویز الکتریکی عبارتند از:
نویز حرارتی
ناشی از حرارت مولکول‌ها در مدارات الکترونیکی این نویز ناشی از حرکت تصادفی ذرات باردار در مدار الکترونیکی است این حرکت تصادفی باعث به وجود آمودن سیگنال کوچکی می‌شود که نویز حرارتی نام دارد؛ مانند نویز مقاومتی که در مقاومت‌های الکتریکی ایجاد می‌شود. برای کاهش نویز حرارتی در برد الکترونیکی می‌توان از سیستم خنک کننده بهینه یا مواد عرایق حرارتی مناسب در طراحی ساختار سیستم الکترونیکی بهره برد. تهویه مناسب به خوبی می‌تواند اثر این نویز را کاهش دهد اما نمی‌تواند آن را به صفر برساند. برای آشنایی با مقاومت چیست مقاله قرار گرفته در سایت را مطالعه کنید.
نویز اختلال الکترومغناطیسی EMI
این نویز که به آن تداخل الکترومغناطیس هم گفته می‌شود از دستگاه‌ها، سیم‌های برق، یا دیگر منابع فیزیکی که امواج الکترومغناطیسی تولید می‌کنند، منشأ می‌گیرد. نویز الکترومغناطیس بر اثر فعالیت الکتریکی دستگاه‌ها در فرکانس‌های مختلف و به صورت موج الکترومغناطیسی تولید می‌شود. این موج می‌تواند روی سایر سیستم‌های مجاور نیز تاثیر مخرب بگذراد.
برای کاهش این نویز در برد الکترونیکی راه‌هایی وجود دارد از قبیل: استفاده از شیلیدینگ یا پوشش مناسب برد روی سیم‌ها قطعات برد الکترونیکی تا مانع از جذب یا انتشار امواج الکترومغناطیسی شود. همچنین منظم کردن قطعات در طراحی و رعایت اصول طراحی درست برای کاهش تداخل الکترومغناطیسی و تنظیم و کنترل قدرت و فرکانس.
نویز شات Shot Noise
ناشی از جریان الکترون‌ها که به دلیل تناوب گسیل ناپیوسته الکترون‌ها در یک سیستم الکتریکی ایجاد می‌شود. منشا این نویز در برد الکترونیکی تغییرات تصادفی در جریان الکترون‌ها است که به دلیل تفاوت زمانی در حرکت این ذرات حامل انرژی در سیستم الکترونیکی رخ می‌دهد. برای کاهش اثر نویز شات در برد‌های الکترونیکی می‌توان از کاهش جریان، استفاده از منابع تغذیه پایدار‌تر و کاهش نوسانات ولتاژي ، استفاده از قطعات با نویز کمتر و بهینه سازیمدارات الکترونیکی در طراحی‌های الکترونیکی بهره برد.
نویز ترانزیستوری
نویزی که در اثر عملکرد ترانزیستور‌ها و دیودها به وجود می‌آید. این نویز معمولاً با نویز حرارتی ترکیب می‌شود. منشا این نویز در مدار الکترونیکی ایجاد جریانات تصادفی و ناپیوسته توسط ترانزیستور‌ها به دلیل سوییچ زنی و ... است. از راه‌های کاهش اثر نویز ترانزیستوری در برد الکترونیکی می‌توان به انتخاب ترانزیستور مناسب با کمتری نویز، کنترل دمای برد الکترونیکی و استفاده از مدارات و فیلترهای مخصوص اشاره کرد.
نویز متغیر Flicker Noise
یا نویز فرکانس پایین که در فرکانس‌های پایین تر از فرکانس‌های معمولی مثلا ۱۰۰۰۰ هرتز دیده می‌شود که در فرکانس‌های پایین‌تر و برای سیگنال‌های الکتریکی با امپدانس‌های بالا بیشتر اثرگذار است. این نوع نویز وابسته به مقدار فرکانس بوده منشا این نویز می‌تواند نویز حرارتی یا ویژگی ناهمگونی المان‌های مدار الکترونیکی باشد. و برای کاهش آن می‌توان از قطعات مناسب و با کیفیت و استفاده از فیلترهای مخصوص نویز فرکانس پایین استفاده کرد. طراحی بهینه مدار الکترونیکی نیز می‌تواند تا حد خوبی در کاهش این نویز در مدار الکترونیکی موثر باشد.
نویز برق شهر
یا نویز جریان متناوب به دلیل عبور جریانات در سیستم‌هایی که با برق شهری کار می‌کنند به وجود می‌آید. مولفه این نویز در فرکانس برق شهر معمولا ۵۰ هرتز در مدار الکترونیکی دیده می‌شود. این نویز به وسیله شیلدینگ مناسب، فیلترنیگ خوب و طراحی بهینه و استفاده از قطعات مناسب قابل کاهش یافتن است. هر یک از این انواع نویز ممکن است در سیستم‌های الکترونیکی مختلف اثرات مخربی داشته باشند و برای کاربردهای حساس به دقت، مشکلاتی ایجاد کنند.
موارد قابل ملاحظه برای کاهش نویز در طراحی الکترونیکی
برای یک طراح برد‌های الکترونیکی طراحی بهینه برای کاهش اثر نویز الکترونیکی در برد الکترونیکی اهمیت بسیار بالایی دارد. رعایت برخی ملاحظات می‌تواند به خوبی به کاهش نویز در این برد‌های الکترونیکی بیانجامد. برخی از کار‌های معمول هنگام طراحی برد‌های الکترونیکی عبارتند از:
پلیگان گراند
اتصال زمینه‌ی برد الکترونیکی به زمین یا گراند مدار باعث کاهش سیگنال‌های نویز مخصوصا نویز‌های تداخلی در برد الکترونیکی می‌شود.
ترک کشی مناسب
بسیار مهم است که نقشه‌ی ترک‌های برد الکترونیکی به گونه‌ای باشد اثر نویز تا حد امکان کاهش شاید برای مثال ترم‌های تغذیه با جریان بالا از کنار ترم‌های سیگنال با جریان پایین به درستی و با فاصله مناسب قرار گیرند. یا در برد‌ّای فرکانس بالا ترک‌کشی ها در مکان‌های خم شدن ترک به صورت منحنی باشد
استفاده از سوکت‌های مناسب
برای برد‌هایی که سیم به داخل آن می‌اید یا از آن خارج می‌شود قرار گرفتن سوکت‌ها در جای مناسب و نوع مناسب می‌تواند باعث کاهش نویز در برد الکترونیکی شود.
استفاده از قطعات مناسب
بسیار مهم است که یک طراح برد الکترونیکی هنگام طراحی مدار الکترونیکی از قطعات با ویژگی‌های مورد اطمینان بسته به اهمیت محل قرار گیری استفاده کند. برای مثال از اپ امپ یا ترانزیستور در بخش‌های فرکانس بالا با ویژگی نویز فرکانسی مناسب بهره بگیرد.
جمع‌بندی
نویز در سیستم‌های الکتریکی یک عامل ناخواسته در برد‌های الکترونیکی است که به صورت یک سیگنال مخرب در عملکرد سیگنال اصلی تداخل ایجاد می‌کند. شناسایی منشا نویز در برد الکترونیکی و تلاش برای کاهش آن در طراحی یا بهره گیری از یک برد الکترونیکی لازم و ضروری است. به‌عنوان یک مهندس الکترونیک لازم است تا با انواع نویزالکتریکی آشنا باشید.
