دستگاه اثر انگشت

مشکل دایپل:  یک جعبه ی دو قسمتی

مثال مطرح شده در اینجا یک آنالیزگر اثر انگشت است. با این حال اصولی که در این بخش مطرح می شود به محصولات مشابه مکانیکی نیز قابل اعمال است. نحوه ی اتصالات در شکل نکاتی به خوبی نشان داده شده است. در واقع محصول نسبت به ESD بسیار حساس بود و تشعشعات بیش از حد استاندارد ایجاد میکرد.

دو نیم جعبه به صورت دایپل عمودی رفتار می کند دستگاه اثر انگشت

طراحی برد اصلی پردازنده با صفحات زمین و توان که روی یک PCB شش لایه قرار داشتند،

اساسا درست بود. اما لوازم جانبی مختلف که همگی روی نیمه ی بالائی جعبه قرار داشتند از طریق کانکتور و

سیم های سست برای تغذیه به برد اصلی متصل شده اند. به دلیل اینکه احتمال ایجاد مسائل EMC پیش بینی میشد؛

سازنده جعبه را از طریق پوشاندن بخش بالائی شیلد کرده بود و دو نیمه را با استفاده از سیم (زرد و سبز) زمین کرده بود.

حساسیت ESD از سه طریق آشکار شد:

• تخلیه ی هوا[1] به LED و LCD که هر دو از پنل جلوئی در دسترس بودند، به سرعت نمایشگر LCD را خراب کرد و پس از مدت نامشخصی پردازنده را از کار انداخت.

• تخلیه ی تماسی[2] به پد فینگر مبدل آنالوگ به دیجیتال(ADC) را خراب میکند.

• تخلیه ی هوا به لبه ی کارتCompact Flash (CF) حافظه ی CF را خراب کرده و پردازنده را نیز از کار می اندازد.

به علاوه، تشعشعات دستگاه در شرایط ساکن رضایت بخش بود اما زمانیکه کارت CFفراخوانی میشد،

این تشعشعات به مقدار بیش از حد استاندارد افزایش پیدا میکردند.

این مشکل به دلیل وجود سیگنال های روی سیم کانکتور کارت بود چرا که می توانستند

به صورت فرکانس کلاک مربوطه عمل کنند و باعث ایجاد نویز در ماژول CF شوند و

سپس به صورت خازنی به بخش فلزی بالای جعبه کوپل شود.

از آنجائیکه بالا و پایین از طریق دو سیم با طول یکسان به هم متصل بودند، این زوج سیم یک آنتن دایپل

تشعشعی در صفحه ی عمودی ایجاد کردند.

اندوکتانس سیم باعث تیون شدن بدترین رزونانس آنتن شد و میزان تشعشع را نیز بهتر نکرد.

راه حل:

تغییرات مختلفی که در طراحی ایجاد شد در شکل زیر نشان داده شده است.

برای حل مشکل تشعشع، موثرترین روش حذف شیلد بخش بالائی جعبه بود درحالیکه کابل های متصل

یه ماژول CF شیلد شدند. پوشش هادی نیمه ی پلاستیکی قسمت بالا حذف شد

( که اتفاقا باعث کاهش قیمت دستگاه شد و رضایتبخش بود). سیم های سست در یک پوشش فلزی قرار گرفت

که از یک طرف به صفحه ی صفر ولت برد اصلی قرار داشت وصل شده بود و از طرف دیگر به جعبه ی 

ماژول CF وصل شد. اینکار باعث شد نویز مد مشترک جریان یافته به ماژول CF کاهش یابد و

نبود شیلدینگ در نیمه ی بالائی باعث شد که اثر دایپل تشعشعی فقط به خود ماژول محدود شود و کل محفظه را درگیر نکند.

 تغییرات اصلاحی در جعبه دستگاه اثر انگشت

روش دیگر برای کاهش نویز ماژول CF طراحی طراحی مجدد اتصال کابل به ماژول به منظور کاهش امپدانس انتقال است.

اینکار با اتصالات چندگانه زمین یک ریبون و یا فلکسی صفحه ی زمین انجام می شود.

در موارد دیگر شیلدینگ کابل گزینه ی پیشنهادی بود.

اثر دیگر این تغییر در کابل، افزایش ایمنی ماژول CF نسبت به ESD بود.

نکته ی مهم دیگر این بود که شیلد کابل متصل به صفحه ی صفر ولت برد اصلی بسیار

نزدیک به اتصال زمین شاسی قرار بگیرد؛ در غیر اینصورت جریان تخلیه در صفحه ی

بزرگتر صفحه ی صفر ولت جاری شده و فشار بیشتری به عملکرد پردازنده وارد می کند.

حساسیت ESD مربوط به LED و LCD تا حد خوبی با استفاده از فریت دور کابل های سیم برد

اصلی کاهش پیدا کرد اما این مقدار کافی نبود. بهترین کار برای حل این موضوع اجتناب

از ایجاد تخلیه ی الکتریکی در این محل بود در نتیجه LED و LCD با استفاده

از پنجره ی پلاستیکی که در جلوی محفظه قرار گرفت، محافظت شدند.

حساسیت ESD مبدل آنالوگ به دیجیتال با روش کاملا متفاوتی حل شد به دلیل اینکه هیچ راهی برای اجتناب از ایجاد تخلیه ی الکتریکی در پد فینگر فلزی وجود نداشت. اینکار با انحراف جریان تخلیه بابا قرار دادن فلز ستونی[3] به جای پایه پلاستیکی و قرار دادن واریستور بین پد اتصال آنالوگ صفر ولتی و back plate فلزی متصل به شاسی انجام شد. به طور همزمان، حفاظت از ورودی مبدل ADC با استفاده از مقاومت های سری و جفت دیود های فرمان موازی تقویت شد. جریان تخلیه ی الکتریکی هم از طریق فلز ستونی با شاسی انجام شد به جای اینکه از ورودی ADC امپدانس بالا عبور کند و با این طریق مشکل جرقه های باقی مانده روی برد اصلی حل شد.

دستگاه اثر انگشت

[1]Air discharges

[2]Contact discharge

[3]Metal  Pillar