Kararlı Çalışmayan Elektronik Kartlar

Geçenlerde arduinom kararlı çalışmıyor kendini kendini resetliyor diye bir konu görmüştüm. Elektronik kartların her şey yolunda olmasına rağmen neden kararlı çalışmadıklarından bahsedelim.

Bazen saatlerce süren hesaplamalar sonucu simülasyonda çalıştırdığımız devrelerin pcb tasarımını yaparız ve plakete işler dizgisini yaparız. Daha sonra ortada hata yok iken ve simülasyonda harika çalışıyorken devrede ters giden bir şeyler vardır. Amatör elektronikçiler yada elektronik öğrencilerinin başına gelen bu durumlarda suç genelde kötü yapılan baskı devre yollarına yda lehimlere atılır. Birkaç kez de bir şeyleri yakma patlatma olayı yaşadıysanız tamamdır. 🙂 Evet bu saydıklarımızdan dolayı problemler çıkabilir ancak atladığımız bir kısım daha var. Kartlarımızı EMI, EMC standartlarına uygun tasarlıyor muyuz? Nedir bunlar inceleyim:

EMI: Electro Magnetic Interference  (Elektromanyetik Girişim)

Bir elektromanyetik işaretin başka bir elektromanyetik işaretle etkileşimi diyebiliriz. Örnek olarak günlük hayatta cep telefonuna mesaj gidecekken yakınındaki bir hoparlörün cızırtı yapması şeklinde rastlanabilir.

Girişimi engellemek aşağıdaki adımların uygulanması ile münkün olabilir:

• Kaynağın etkisini azaltarak
• Transfer ortamını etkisiz hale getirerek(kuplaj)
• Alıcı duyarlılığını azaltarak(diğer cihaz girişimlerine karşı bağışıklılık)

EMC: Electro Magnetic Compatibility  (Elektromanyetik Uyumluluk)

EMC ise, kısaca bir cihaz veya sistemin elektromanyetik ortamda, bir girişime neden olmadan ve bir girişimden etkilenmeden çalışmaya devam etmesidir.

Elektromanyetik Uyumluluk Testi

Elektronik sistemlerin çalışmasını negatif yönde etkileyebilecek bozucu girişimlere karşı olan bağışıklık düzeyini ve çalışma sahasında bulunan diğer cihazların fonksiyonelliğini ne oranda etkilediğini ifade etmek için kullanılmaktadır.

EMC uygunluğu Avrupa, ABD, Çin, Kore gibi ülkelerde zorunlu bir test haline gelmiştir. Ülkemizde ise askeri ve sivil alanlarda bu testler son yıllarda çok daha fazla önem kazanmıştır. Testlerin önemi ve talebi karşılamak için TÜBİTAK ve üniversitelerin laboratuvarlarının yanında birçok özel test laboratuvarlarında sektörün talebinin karşılamaya çalışmaktadır.

(EMC Testi), CE belgesi için gerekli olan ve elektrikle çalışan her türlü ekipmana, makineye veya cihaza yapılabilir.

PCB üzerinde alınabilecek önemler:

Devre şeması içerisinde;

• Opamplar, Komparatörler
• (Saat Darbesi üreteçleri(Clock Pulse, PLL), I2C, SPI, UART, CAN hatları
• Mosfet, IGBT vb. sürücü entegreleri, Snubber devreleri
• (Optik Çiftler, İzolasyon Trafoları
• AC-DC veya DC – DC Buck, Boost, Buck – Boost Çeviriciler vb.)

Sistemin fiziksel şartları göz önünde bulundurularak karşılıklı gürültü kaynakları gibi davranmayacakları noktalara yerleştirilmelidir.

1.  Baskı devre üzerindeki veri güç iletim yolları elektron akışına en az miktarda direnç gösterecek şekilde çizilmelidir. Hatların dönüş yaptığı noktalarda geniş açılı kıvrımlar tercih edilmelidir. Bu şekilde elektron akışının dar kesimlerden geçişi esnasında ortaya çıkan ısının farklı tipte metallerin bulunduğu PCB üzerinde Termoelektrik bir etkinlik göstermesinin önüne geçilmiş olur. (Seebeck Etkisi)
2.  Yüksek akım taşımakta olan PCB hatları mümkün olduğunca geniş tutulmalıdır. Dar kesitli bir iletken geniş kesitli bir iletkene kıyasla akıma karşı daha yüksek direnç gösterir. Dolayısıyla üzerinde çokça ısı enerji ortaya çıkar.
3.  Veri ileti gerçekleştiren devre yollarının empedansı mümkün olduğunca eşitlenmelidir. Bunun için yılan kavi PCB izleri tercih edilebilir. Veri iletim hatlarının empedans eşitlendiği taktirde hatlar üzerinde oluşan elektromanyetik alanlar eşit şiddet oluşacak ve aralarında çapraz iletim (Cross Talk) sorunlarının meydana gelme olasılığı azalacaktır.

1.  Aralarında belirli bir mesafe olan ve içerisinden akım akmakta olan iki devre yolu kapasitör davranışı sergileyerek devre üzerinde kontrolsüz elektrik alanlarının oluşmasına veya komponentlere gerilim enjeksiyonuna sebebiyet verebilir. Bu tarz durumlar kapasitif kuplaj olarak adlandırılır ve ortaya çıkan bu elemanlara parazitik kapasitans adı verilmektedir.
2.  İçerisinde farklı frekanslarda alternatif akım akmakta olan bir tel bobin davranışı sergileyebilmektir. Sinyalin dalga boyunun 1/20’sinden uzun her yol anten davranışı sergileyebilir ve çevresinde bileşenlere gerilim indükleyebilir. Bu yolla oluşan girişimler indüktif kuplaj olarak isimlendirilir. Anten davranışı sergileyen bu yollara ise parazitik indüktanslar denmektedir.
3.  İndüktif ve kapasitif kuplaj mekanizmalarını en aza indirebilmek için PCB’nin ön tasarım aşamasına yeterli zaman ayrılmalıdır.

1.  Devresini tamamlamak üzere toprağa akmakta olan sinyalin yolculuğunu en kısa mesafede sonlandırmak önemlidir. Güç veya veri sinyalleri taşıyan hatların PCB etrafında çevrelediği bölgelerde akım döngüleri ve manyetik alanlar meydana gelir.
2.  Akım döngülerini minimuma indirmek adına baskı devre tasarımında Toprak Düzlemleri (Ground Planes) kullanılmaktadır. PCB üzerinde uygun boşluklar yekpare bakır yüzeyler doldurulur. Devre elemanlarının toprak hattı bağlantıları da bu düzlemlere en yakın noktalara yerleştirilir.
3.  Devre tasarımı içerisinde yüksek frekanslı yayın yapan devrelerin bulunduğu kısımlar PCB uygulamalarına özel olarak tasarlanmış Faraday kafesleri vasıtasıyla devre içi girişimlere engel olacak şekilde kullanılabilir.

PCB seviyesinde elektromanyetik girişimin engellenmesinde, kullanılan komponentlerin kılıf tipleri de etkili olmaktadır.

•  Örneğin SMD tipte yüzey montajlı komponentlerin yüzeye sayesinde yakınlığı elektromanyetik girişimlerin toprak hattı düzlemine aktarılması kolaylaşmaktadır.
•  SMD devre elemanlarının büyük çoğunluğu seramik içerdiğinden iyi EMI izolasyonu sağlar.
•  Parazitik kapasitans ve Endüktans miktarları düşüktür.
•  Çeşitli avantajları olmakla beraber SMD komponentlerin büyük çoğunluğu yüksek güç uygulamalarında kullanılamamaktadır.

KAYNAKLAR:

Elektromanyetik Uyumluluk (EMC) ve PCB Uygulamaları FATİH SERDAR SAYIN

Elektrik mühendisleri odası EMC/EMI

Wikipedia

Yaptığınız baskı devrenin çıktısını almak için PCBWAY’i kullanabilirsiniz. Oldukça uygun fiyatlara, hızlı ve kaliteli çözüm 🙂 5$ ödeyip 10 PCB alabiliyorsunuz. Her yeni üye de 5$ bonus kazanıyor. Hızlı gönderi seçeneği ile 1-2 güç içerisinde PCB’niz hazır olabiliyor.