اتصال کوتاه

.

.

حد و مرز جریان در نوارهای مسی فیبر مدار چاپی چقدر است؟ یک مسیر مسی طولانی چه اثری در یک مدار فرکانس بالا دارد؟ آیا ظرفیت خازنی مسیرهای مسی موضوع قابل اعتنایی است؟ در این نوشتار به پاسخ پرسش‌هایی از این دست پرداخته‌ابم.

.

الف) ضخامت لایه و پهنای مسیرهای مسی

در طراحی هر فیبر مدار چاپی باید ضخامت یا به عبارتی کُلُفتی لایه‌ی مسین حامل جریان مد نظر قرار داشته باشد تا از پیش آمدن گرمای بیش‌تر از حد مجاز در لایه‌ی مس و سوختن یا اکسیدشدن آن پیش‌گیری گردد. رابطه‌ی زیر  بر این اساس نوشته شده که دمای مسیر مسی از 65 درجه‌ی سانتی‌گراد بالاتر نرود:

در این رابطه داریم:

مقدار u از جدول زیر برداشت می‌شود:

مثال: پهنای مسیر 1 میلی‌متر، ضخامت لایه 35 میکرومتر (0/035 میلی‌متر)

در تصویر بالا مدار معادل یک مسیر مسی رسم شده است. در آن برای مسیر مسی یک مقاومت اهمی و یک اندوکسیون فرض شده است.

.

ب) مقاومت اهمیِ مسیر مسی

مقاومت اهمیِ مسیر مسی فیبر مدار چاپی از فرمول زیر حساب می‌شود:

که در آن:

مثال: طول مسیر مسی 5 سانتی‌متر، ضخامت لایه‌ی مس 35 میکرومتر، پهنای مسیر مس 1 میلی‌متر

به طور کلی برای یک مسیر مسی به پهنای 2 میلی‌متر داریم:

.

پ) خودالقاییِ مسیر مسی

هنگام کاربرد فیبرهای مدار چاپی در فرکانس‌های بالا اندوکسیونی که بابت طول هر مسیر مسی پدیدار می‌شود، حایز اهمیت است. این خودالقایی در تصویر 1 ترسیم شده است. برای تخمین مقدار این خودالقایی از رابطه‌ی تقریبی زیر استفاده می‌شود:

در این رابطه L بر حسب نانوهانری و l بر حسب سانتی‌متر است و تا هنگامی معتبر است که در آن 1) طول مسیر مسی از پهنای آن خیلی بیش‌تر باشد، و 2) ضخامت لایه‌ی مسی در بازه‌ی 35 تا 100 میکرومتر قرار داشته باشد.

مثال: طول مسیر مسی 5 سانتی‌متراست. مقدار اندوکتانس بر اساس رابطه‌ی بالا: 40 نانوهانری = 5 × 8 .

با دقت در تصویرهای 1و 2 ملاحظه می‌شود که پدیده‌ی «کوپلاژ اندوکتیو» در مدارهای الکترونیکی موضوعی نیست که بتوان از آن به سادگی چشم‌پوشی کرد. اهمیت این تزویج (کوپلاژ) به ویژه هنگامی خودنمایی می‌کند که در این مسیرها سیگنال‌های پر سرعت با لبه‌های تیز تردد داشته باشند. امپدانسِ کوپلاژ گالوانیک-اندوکتیو یک مسیر مسی که در تصویر 1 به صورت یک مقاومت اهمی و یک اندوکتور (خودالقا) ترسیم شده است، برابر است با:

در کل، می‌توان از مقدار مقاومت اهمی صرف‌نظر کرد، زیرا مقدار آن نسبت به مقاومت القایی مسیر مسی بسیار ناچیز است.

ولتاژی که در این مسیر مسی بر اثر تغییرات ناگهانی جریان (لبه‌های بالارونده با پایین‌رونده‌ی پالس‌ها) افت می‌کند (U_K) برابر است با:

با نادیده انگاشتن R_K این فرمول به صورت زیر درمی‌آید:

مثال: طبق رابطه‌ی L =  8 x l ، با فرض 25 سانتی‌متر برای طول یک مسیر مسی، مقدار اندوکتانس این مسیر 200 نانوهانری حساب خواهد شد. رفتار این مسیر مسی در برابر یک سیگنال سریع گذرنده که جریان 50 میلی‌آمپری آن در 25 نانوثانیه تغییر کند، یا به زبان ریاضی di = 50mA و dt = 25ns باشد، به چه صورت است؟ با قرار دادن مقدارهای معلوم در رابطه‌ی بالا نتیجه می‌گیریم که در این مسیر مسی افت ولتاژی در  سیگنال خروجی نسبت به دامنه سیگنال ورودی پیدا می‌شود که در حدود نیم ولت است:

این مقدار افت ولتاژ می تواند در بسیاری از مدارهای الکترونیکی به اختلال‌های شدید منجر شود و از کارکرد صحیح مدار جلوگیری کند، به ویژه هنگامی که چندین طبقه در یک مدار دارای زمین مشترک یا خط تغذیه‌ی مشترک باشند و در یکی از این طبقات چنین ولتاژ نامطلوبی پیدا شود. نصب صحیح یک ظرفیت خازنی مسدودکننده از نوع سرامیکی و با ظرفیتی در حدود 100 نانوفاراد می‌تواند این ولتاژ اختلالی را تا حد بسیار خوبی سرکوب کند و مانع گسترش آن در کلّ مدار شود.

.

ت) ظرفیت خازنی مسیرهای مسی

در فن‌آوری پالس و در مدارهای فرکانس بالا ظرفیت خازنی مسیرهای مسی هم نقش مهمی بازی می‌کند و باید در طراحی فیبر مدار چاپی مورد توجه قرار گیرد.

برای محاسبه‌ی تجربی و سرانگشتی مقدار این ظرفیت، می‌توان از رابطه‌ی زیر بهره برد:

که در آن:

.

با توجه به تصویر 4 درمی‌یابیم که مثلاً با دو برابر کردن پهنای مسیر مسی b فاصله‌ی مسیرهای مجاور هم باید کمینه دو برابر شوند تا کوپلاژ خازنی تقریباً ثابت باقی بماند.

بر اساس تصویر 3 برای تزویج یا کوپلاژ خازنی داریم:

اگر داشته باشیم که b = 0/2cm و l = 5cm ، و ماده‌ی پایه‌ی فیبر مدار چاپی اپوکسی- فیبر شیشه یاشد، ظرفیت خازنی این مسیر مسی عبارت خواهد بود از:

با قرار دادن یک مسیر مسی متصل به خط زمین مدار میان دو مسیر مسی مجاور هم، این ظرفیت خازنی را می توان در حالت بهینه تا 5 برابر کاهش داد. یادآور می‌شود که مسیر مسی حامل خط زمین باید به طور تقریبی سه برابر پهن‌تر از مسیرهای سیگنال باشد و فاصله‌های آنها نیز از یکدیگر باید برابر پهنای مسیرهای سیگنال باشند.

.

.

مطالب مرتبط:

تعیین پهنای مسیرهای مسی روی فیبرهای مدار چاپی

خازن‌‌های ضداختلال، خازن‌های مسدودکننده

زمین، بدنه، ارت، شاسی، گراوند

.

.

.