ריבוי קבלים תוצאות בדיקה מאת: קרלוס גררו. מחלקת בדיקות EMC 1. ריבוי קבלים תוצאות בדיקה: לקחנו מעגל HLXC ובדקנו את סינון המתח על רכיב. HLX מעגל הסינון בנוי משלוש קבלים של, 0.1uF כל קבל מחובר לארבע פיני מתח. תוצאות הבדיקה בודקות את רמת השתנות המתח כתוצאה מהשתנות מרכיבי מעגל הסינון. 0.1uF 0.1uF 0.1uF בכל התוצאות אנו בדקנו את השתנות יציבות המתח בנקודה עם סקופ. על-מנת לזהות שינויים מהותיים בכל תחום התדרים נעשה פעולת FFT על תוצאת דגימת המתח. תוצאת פעולת FFT על דגימת המתח, נותנת לנו שני פרמטרים חשובים, עוצמתם ומיקומם, על-פני ספקטרום התדרים, של מרכיבי צריכת הזרם השונים של הרכיב הנבדק. 1.1. תוצאות ניסויי מספר 1: תוצאה של המעגל ללא שינוי בערכי הקבלים וה-. 1
1.1.1. שינוי/ בדיקה: 0.1uF 0.1uF 0.1uF לא נעשה שום שינוי בערכי המעגל. 1.1.2. הסבר תוצאות: מהתוצאה אנו רואים שערכי הקבלים שנבחרו לסינון לא הכי אופטימליים. הסיבה לכך היא, שצריכת הזרם של הרכיב היא גדולה יותר מצריכת הזרם שחושבה בהתחלה. מגרף ה- FFT אנו יכולים לראות שהתוצאות הבעייתיות ביותר הינן בתדרים 155MHz ו- 311MHz. אנו למדים מכך שרוב פעילות הזרם של הרכיב הינה בסביבות תדרים אלו כתוצאה משעונים פנימיים או מידע הזורם דרכו. בתחום התדרים 30-150 MHz אנו רואים שישנה פעילות רחבה של צריכת זרם, בד"כ בתחום תדרים אלו צריכת הזרם נובעת מפעילויות של פרוססור. לדוגמא, העברת מידע מהרכיב לפרוססור ולהיפך. בתחום התדרים 400-1000MHz אנו רואים שצריכת הזרם הולכת ודועכת ככל שאנו עולים עם התדר. הסיבה לכך היא, שרוב צריכות הזרם בתחום זה נובעות בעיקר ממיתוגי הטרנזיסטורים (לדוגמא באות שעון, בזמן מיתוג הטרנזיסטור צריכת הזרם היא נמוכה לעומת המצב היציב ), וגם מההרמוניות של השעונים ההולכים ונחלשים ככל שהתדר גדל. הנוסחה להמרת זמני מיתוג לתדר הינו: f = 1 π t כאשר t יכול להיות tr או. tf 2
ז( 1.2. תוצאות ניסויי מספר 2: 1.2.1. שינוי/ בדיקה: 0.1uF 0.1uF 0.1uF - הורדנו את ה- הטורי וקיצרנו את מיקומו. - ערכי הקבלים נשארו ללא שינוי 0.1uF. 1.2.2. הסבר תוצאות: תוצאה של המעגל ללא ה- וללא שינוי ערכי הקבלים מגרף ה- FFT אנו רואים שישנו שיפור קל בתדרים 155MHz ו- 311MHz לעומת תוצאות ניסויי מספר 1, הסיבה נובעת מכך שערכי הקבלים שנבחרו לא אופטימליים ולא יכולים לספק את כל צריכת הזרם שהרכיב נזקק. לכן, זרם זה חייב להיות מסופק לרכיב ע"י משטח ה- הכללי של הכרטיס. בניסוי הקודם ה- הפריד בין משטח ה- למעגל סינון המתח של הרכיב. תחום העבודה של ה- "א התחום בו האימפדנס שלו הוא הגבוהה ביותר), הוא בין 80-350, MHz ומסיבה זו קשה מאוד לספק זרם זה בתחום 155MHz ו- 311MHz. 3
לעומת הניסוי הקודם, בניסוי הנוכחי אין המתנגד למעבר זרם בתחום 155MHz ו- 311MHz ולכן רמת ה"רעש" בתחום תדרים אלו פחת. רואים זאת בעיקר בתדר 311 MHz שירד משמעותית. בתחום התדרים 30-150 MHz אנו רואים שישנה פעילות עירנית יותר לעומת ניסוי הקודם. הסיבה לכך היא ש"רעשים" אלו חדרו למעגל הסינון ממשטח ה- הכללי לאחר הורדת ה-. 1.3. תוצאות ניסויי מספר 3: 1.3.1. שינוי/ בדיקה: - הורדת הקבלים ממעגל הסינון. - רכיב ה- מורכב. 1.3.2. הסבר תוצאות: תוצאה של המעגל ללא קבלים וה- מורכב. 4
מתוצאות הניסוי אנו רואים שספקטרום הרעש גדל משמעותית. מגרף ה- FFT ניתן לראות שאמפליטודת תדר 155MHz גדלה ב 5-7 db בהשוואה לתוצאות הניסוי הקודם. הסיבה לכך, הורדת הקבלים ממעגל הסינון, לכן לרכיב אין שום מקור זרם קרוב שיוכל לספק את השתנות הזרם עקב פעילותו, זרם זה מסופק לרכיב ממשטח המתח הכללי של המעגל. ניתן לראות, בצורה יפה, את הרמוניות של תדר 155 MHz בכל תחום התדרים. 1.4. תוצאות ניסויי מספר 4: 1.4.1. שינוי/ בדיקה: 10 uf - החלפת הקבלים לקבל בודד אחד בעל ערך של 10uF. -הורדת רכיב ה-. 1.4.2. הסבר תוצאות: תוצאה של המעגל עם קבל בעל ערך של 10uF בלבד 5
מתוצאות הניסוי אנו רואים שספקטרום הרעש קטן משמעותית בהשוואה לתוצאות הבדיקות הקודמות (תוצאת גרף ה- FFT מתחיל מרמת מתח מסוימת ולא מאפס, עקב טעות). הסיבה להקטנת ה"רעש" מקווי המתח נובעת מהגדלת ערכו של קבל הסינון. בבדיקה זו, רוב הזרם שהרכיב צורך מסופק בעיקר מקבל הסינון ולא ממשטח ה-. 1.5. תוצאות ניסויי מספר :5 1.5.1. שינוי/ בדיקה: 10 uf - קבל בעל ערך של. 10uF - רכיב ה- מורכב. 1.5.2. הסבר תוצאות: תוצאה של המעגל עם קבל בעל ערך של 10uF וה- ההבדל בין תוצאת בדיקה זו לתוצאת בדיקה הקודמת בכך שהרעש בתחום משמעותי עקב חיבור ה-. התדרים זה, התנגדות גבוהה. הסיבה לכך, שרעש זה נמצא במשטח ה-, 30-200 MHz ירד באופן וה- מהווה, בתחום 6
ראינו איך רכיבים פרזיטיים פוגעים בתכונותיו ככל 2. מסקנות: מאמר זה מסכם את נחיצותו של הקבל בסינון מתחים, שהתדר עולה ואיך ניתן לתכנן את המעגל עם מגבלותיו. בדקנו בעזרת מעגל, את האפשרות של חיבור קבל בודד אחד במקום מספר קבלים במקביל לסינון פיני מתח. ראינו שככל שאנו מגדילים את הקיבול רמת הרעש קטן. תוצאה זו היא טובה למעגלים שבהם יש בעיית מקום לכן, במקום לחבר 4 קבלי-סינון מתח ניתן לחבר קבל אחד בעל ערך של לפחות פי 20 מערך הקבל המקורי. סיבת המכפלה הגבוהה היא מפני מיקום הקבל שיכול להיות רחוק מחלק מפיני המתח, המהווים השראות טורית גבוהה בזמן מיתוגי הזרם. מקורות: High-Speed Digital Design- Hand Book of Black Magic, Howard W. Johnson EMC and the Printed Circuit Board- Design, Theory, and Layout Made Simple, Mark I. Montrose. Decoupling: Basics, By rch Martin VX Cor 7