مقدمه ای بر سازگاری الکترومغناطیس

استفاده گسترده از مدارات الکترونیکی در مخابرات، محاسبات، اتوماسیون و مقاصد دیگر موجب شده است

که این مدارات متضاد بنا به ضرورت در مجاورت هم کار کنند. این مدارات اغلب روی همدیگر اثرات منفی می‌گذارند.

امروزه تداخل الکترومغناطیسی یکی از مهم‌ترین مسائل طراحان مدار شده است و احتمالاً در آینده نیز شدیدتر خواهد شد.

یکی از دلایل این امر استفاده گسترده از دستگاه‌های الکترونیکی است. به علاوه استفاده از مدارات مجتمع در مقیاس بزرگ،

موجب کوچک شدن وسایل الکترونیکی شده است. با کوچک‌تر و پیچیده‌تر شدن مدارات،

تعداد زیادی مدار در فضای کوچکی قرار گرفته و موجب افزایش احتمال تداخل می‌شود.

امروزه، دستگاه‌های طراحی شده نه تنها در شرایط ایده‌آل آزمایشگاهی،  بلکه در دنیای واقعی و در کنار دیگر وسایل باید به درستی کار کنند.

این بدین معنی است که دستگاه نباید متأثر از منابع نویز خارجی باشد و از طرفی خود دستگاه هم نباید منبع نویز در محیط شود.

بنابراین سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) باید یکی از اهداف مهم طرح باشد. سازگاری الکترومغناطیس

در شکل 1،

نمودار بلوکی یک گیرنده رادیویی به عنوان نمونه‌ای از انواع تداخل‌هایی که ممکن است داخل دستگاه رخ دهند، نشان داده شده است.

سیم‌های بین طبقات مختلف، نویز را هدایت کرده و برخی طبقات باعث تشعشع نویز می شوند. به علاوه، عبور

جریان طبقات مختلف از امپدانس مشترک زمین، ولتاژ نویزی روی گذرگاه^[1] زمین ایجاد می‌کنند.

همچنین پیوند الکتریکی و مغناطیسی روی هادی‌های مختلف نیز نشان داده شده است.

این نویزها نمونه‌هایی از تداخلات داخلی دستگاه هستند و باید قبل از راه‌اندازی در آزمایشگاه،

برطرف شوند. ولی وقتی دستگاه وارد دنیای واقعی می شود با منابع دیگر نویز مطابق شکل 2 مواجه خواهد شد.

جریان‌های نویز از طریق خطوط توان AC به داخل رادیو وارد می‌شوند.

همچنین، رادیو با تشعشعات الکترومغناطیسی منابع مختلفی مواجه می‌شود.

در این حالت منابع نویز در کنترل طراح دستگاه نیستند ولی دستگاه باید طوری طراحی شود که در این شرایط به درستی کار کند.

سازگاری الکترومغناطیس

شکل 1- داخل دستگاهی مانند این رادیو، هر بخش مدار می‌تواند به روش‌های مختلفی با بخش‌های دیگر تداخل کند. سازگاری الکترومغناطیس

شکل 2- خارج از آزمایشگاه، دستگاه‌های الکترونیکی مانند این رادیو، در معرض منابع متعدد نویز الکترومغناطیسی هستند. بنابراین جهت اطمینان از سازگاری با محیط، طراحی دقیقی لازم است. سازگاری الکترومغناطیس

شکل 3 جنبه دیگری از مشکل نویز را نشان می‌دهد. در این حالت رادیو به عنوان منبع نویز درآمده و می‌تواند روی وسایل دیگر تداخل ایجاد کند.

بخش‌هایی از مدار، نویز را به طور مستقیم تشعشع کرده و کابل‌های تغذیه، نویز را به مدارات دیگر هدایت می‌کنند.

همچنین عبور جریان نویزی از هادی‌های تغذیه، موجب تشعشع نویز اضافی از آن‌ها می‌شود.

بنابراین اهمیت طراحی دستگاهی با کمترین مقدار نویز، درست به اندازه طراحی دستگاهی است که تأثیرپذیر از نویز نباشد.

شکل 3- دستگاه‌های الکترونیکی مانند این رادیو، می‌توانند باعث انتشار نویز و در نتیجه ایجاد تداخل با مدارات دیگر شوند. بنابراین رعایت مسائل مربوط به نویز در خلال طراحی، می‌تواند باعث اجتناب از این انتشارات شود. سازگاری الکترومغناطیس

هر نوع سیگنال الکتریکی نامطلوب در مدار را نویز می‌گویند. این تعریف در مورد اعوجاج‌های ناشی از غیرخطی بودن مدارها، به کار نمی‌رود^[2].

اگرچه این اعوجاج‌ها ممکن است مطلوب نباشند ولی تا وقتی که با بخش‌های دیگر مدار پیوند نداشته باشند، به عنوان نویز در نظر گرفته نمی‌شوند.

بنابراین حتی اگر سیگنال مطلوبی با بخش‌های دیگر، پیوند ایجاد کند، نویز به حساب خواهد آمد.

منابع نویز را به سه گروه می‌توان تقسیم کرد:

1- منابع نویز ذاتی، مانند نویز گرمایی و نویز ضربه‌ای که در اثر نوسانات تصادفی در سیستم‌های فیزیکی به وجود می‌آیند.

2- منابع نویز ساخت دست بشر، مانند نویز ناشی از موتورها، سوییچ‌ها، دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال و فرستنده‌های رادیویی.

3- نویزهای ناشی از غتشاشات طبیعی و جوی، مانند رعد و برق و تشعشعات خورشیدی.

تداخل، اثر نامطلوب نویز است. اگر ولتاژ نویز باعث عملکرد نادرست مدار شود، به آن تداخل می‌گویند.

نویز را نمی‌توان به طور کامل حذف کرد اما می‌توان دامنه آن را تا حدی که موجب تداخل نشود، کاهش داد. سازگاری الکترومغناطیس

• طراحی بر اساس سازگاری الکترومغناطیسی

سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)، توانایی یک سیستم الکترونیکی در

1- کارکرد درست در محیط الکترومغناطیسی مورد نظر و

2- تبدیل نشدن آن به منبع (نویزی) آلوده‌کننده محیط است.

محیط الکترومغناطیسی، ترکیبی از انرژی‌های هدایتی و تشعشعی است. بنابراین EMC دو جنبه دارد، انتشار^[3] و تأثیرپذیری^[4].

تأثیرپذیری،

توانایی یک دستگاه یا مدار در پاسخ به انرژی الکترومغناطیسی ناخواسته (نویز) است.

سطح تأثیرپذیری یک مدار یا دستگاه، محیط نویزیی است که در آن دستگاه می‌تواند

بدون تنزل و با یک حاشیه ایمنی تعریف شده، به صورت رضایت‌بخشی عمل کند.

نقطه مقابل تأثیرپذیری، ایمنی است. یکی از مشکلات در تعیین سطوح ایمنی (تأثیرپذیری) تعریف تنزل کارکرد دستگاه است.

انتشار،

به توانایی ایجاد تداخل یک محصول مرتبط است. هدف از کنترل انتشار، محدود کردن انرژی الکترومغناطیسی منتشرشده و

در نتیجه کنترل محیط الکترومغناطیسی است که محصولات دیگر باید در آن کار کنند. کنترل انتشار از یک محصول، می‌تواند

منجر به رفع مشکل تداخل برای بسیاری از محصولات دیگر شود. بنابراین کنترل انتشار، تلاشی برای ایجاد یک محیط سازگار الکترومغناطیسی است.

تأثیرپذیری، تا حدودی یک مسئله خودسامان^[5] است. اگر یک محصول، از محیط تأثیرپذیر باشد،

مشتری از آن آگاه شده و ممکن است از ادامه خرید منصرف شود.

در نقطه مقابل، انتشار معمولاً خودسامان نیستند. محصولی که خود منبع انتشار است، ممکن است متأثر از انتشار نباشد،

به همین دلیل مجموعه‌های نظارتی مختلف، استانداردهایی جهت کنترل انتشار گروه‌های معینی از محصولات را وضع کرده‌اند.

طراحی EMC به دو روش بحرانی و سیستمی امکان‌پذیر است.در روش بحرانی، طراح بدون توجه به EMC فرایند طراحی و

ساخت را انجام داده و آزمون را شروع می‌کند، یا در حالت بدتر، در تجربیات میدانی وجود مشکل گزارش می‌شود.

اجرای راه‌حل‌ها در این مراحل نهایی، معمولاً پرهزینه و شامل قطعات اضافی ناخواسته می‌شود. این حالت اغلب به روش چاره موقتی^[6] معروف است.

در طی مراحل پیشرفت کالا از طراحی تا آزمون و تولید، تعداد تکنیک‌های قابل دسترس برای کاهش نویز به شدت کاهش یافته و

  در مقابل، هزینه آن‌ها افزایش می‌یابد. این موضوع در شکل 4 نشان داده شده است. بنابراین رفع مشکلات تداخلی در مراحل اولیه، بهتر و ارزان‌تر خواهد بود.

شکل 4- با پیشرفت فرایند تولید دستگاه، تعداد راه‌های ممکن برای کاهش نویز کم شده و هزینه‌های آن افزایش می‌یابد.سازگاری الکترومغناطیس

در روش سیستمی،

EMC در تمام مراحل طرح در نظر گرفته می‌شود، طراحان، مشکلات EMC را در شروع فرایند طرح پیش‌بینی کرده و

بقیه مشکلات را در برد آزمایشگاهی و مراحل ساخت نمونه اولیه می‌یابند و سپس آزمون‌های تکمیلی EMC را برای نمونه‌های نهایی

تا حد امکان انجام می‌دهند. در این روش، EMC بخش مهمی در طراحی الکتریکی و مکانیکی محصول است و

در نتیجه EMC باید درون محصول طراحی شود، نه این‌که به آن اضافه شود و این روش به صرفه‌تر خواهد بود.

اگر حذف نویز برای یک طبقه یا بخشی از یک سیستم در زمان طراحی آن بخش مورد توجه قرار گیرد،

تکنیک‌های کاهش نویز بسیار ساده بوده و به راحتی انجام‌پذیر خواهند بود. تجربیات نشان می‌دهند

که در صورت حذف نویز در این مرحله، طراح قادر است بیش از %90 از مشکلات نویز را قبل از مرحله آزمون دستگاه برطرف کند.

از سوی دیگر، اگر سیستمی بدون توجه به مسئله حذف نویز طراحی شده باشد، در اغلب موارد، در مرحله آزمون، مشکل نویز خواهد داشت.

در این زمان پی بردن به این‌که کدام‌یک از راه‌های مختلف نویز در ایجاد این مشکل سهیم هستند،

آسان و واضح نخواهد بود. راه‌حل‌ها در این مرحله نهایی معمولاً منجر به اضافه کردن قطعاتی می‌شود

که جزء بخش‌های ضروری مدار نیستند. خسارات حاصله، شامل هزینه مهندسی و

هزینه قطعات اصلاحی و نصب آن‌ها خواهد بود که در مواقعی ممکن است منجر به تلفات توان و افزایش وزن و حجم دستگاه شود.

سازگاری الکترومغناطیس

مقررات EMC

با مروری بر مقررات و مشخصات وضع شده دولتی و نظامی در مورد EMC، نسبت به مسائل تداخلی و تعهدات طراح، دید بهتری پیدا می‌کنیم.

مقررات FCC

در ایالات متحده آمریکا، مقررات استفاده از سیستم‌های مخابرات سیمی و رادیویی توسط کمیسیون مخابراتی فدرال (FCC) وضع می‌شود

که بخش‌هایی از آن مربوط به کنترل تداخل است. سه بخش از قوانین و مقررات^[7] FCC، دارای الزامات قاب

ل اجرایی برای تجهیزات الکترونیکی بدون مجوز است که این سه بخش عبارتند از:

بخش 15 (در مورد وسایل فرکانس رادیویی)، بخش 18 (در مورد تجهیزات صنعتی، علمی و پزشکی) و بخش 68 (در مورد تجهیزات متصل به شبکه تلفن).

بخش 15 از قوانین و مقررات FCC، استانداردهای فنی و الزامات عملیاتی وسایل فرکانس رادیویی را بیان می‌کند.

وسیله فرکانس رادیویی به وسیله‌ای گفته می‌شود که به طور خواسته یا ناخواسته توانایی انتشار انرژی فرکانس رادیویی

را از طریق تشعشع، هدایت و راه‌های دیگر داشته باشد. انرژی فرکانس رادیویی در FCC به

صورت انرژی الکترومغناطیسی در بازه فرکانسی KHz10 تا GHz3 تعریف می‌شود.

این استانداردها دارای اهداف دوگانه‌ای هستند:

1- فراهم کردن شرایطی برای عملیات فرستنده‌های کم‌توان بدون مجوز ایستگاه رادیویی

2- کنترل تداخل سرویس‌های مخابراتی رادیویی دارای مجوز که ممکن است باعث

انتشار انرژی فرکانس رادیویی یا نویز به صورت یک محصول فرعی شوند. الکترونیک دیجیتال نیز در این گروه قرار می‌گیرد.

بخش 18 از قوانین و مقررات FCC، استانداردهای فنی و شرایط عملیاتی برای تجهیرات صنعتی، علمی و پزشکی^[8] را بیان می‌کند.

تجهیزات ISM طبق تعریف، وسایلی هستند که از امواج رادیویی برای عملیات صنعتی، علمی، پزشکی

یا اهداف دیگر (شامل انتقال انرژی توسط رادیو) استفاده می‌کنند، ولی جهت استفاده‌های مخابرات رادیویی به کار نمی‌روند.

تجهیزات گرمادرمانی پزشکی، تجهیزات گرمایشی صنعتی، دستگاه‌های جوش RF،

دستگاه‌های نوری RF، دستگاه‌هایی که جهت تغییرات فیزیکی مواد به کار می‌روند و دیگر دستگاه‌های غیرمخابراتی، در این گروه قرار می‌گیرند.

بخش 68 از قوانین و مقررات FCC، استانداردهای یکسانی را برای حفاظت از شبکه‌های تلفن در برابر خسارت ناشی

از اتصالات تجهیزات پایانه‌ای، شامل سیستم‌های تبادل انشعاب خصوصی^[9] و سیم‌کشی آن‌ها و

همچنین برای سازگاری سمعک با تلفن، برای اطمینان از دسترسی مناسب استفاده‌کنندگان از سمعک

به شبکه تلفن، فراهم می‌کند. خسارت‌های دیگر به شبکه‌های تلفن شامل آسیب‌های الکتریکی به کارکنان،

خسارت به تجهیزات، خرابی تجهیزات صدور صورت‌حساب و تنزل خدمات به اشخاص علاوه بر تجهیزات پایانه کاربری هستند.

سازگاری الکترومغناطیس

بخش 15 از FCC، زیربخش J

زیربخش J از بخش 15، قانون مفید و عمومی FCC است، زیرا این قانون تقریباً بر تمامی سیستم‌های الکترونیک دیجیتال اعمال می‌شود.

در سپتامبر 1979، FCC قوانینی را برای کنترل پتانسیل تداخلی سیستم‌های الکترونیک دیجیتال (که توسط FCC دستگاه‌های محاسبه‌گر نامیده شده‌اند) وضع کرد. این مقررات، «استانداردهای فنی تجهیزات محاسبه‌گر» (شماره ثبت20780)،

بخش 15 از قوانین FCC، مربوط به محدودیت دستگاه‌های تشعشعی را اصلاح کرد.

امروزه این مقررات در بخش 15، زیربخش J از فصل 47 مقررات فدرال ارائه شده‌اند.

مطابق این قوانین، محدودیت‌هایی بر بیشینه انتشار تشعشعی مجاز در بازه فرکانسی 30 تا MHz1000 و بیشینه

انتشار هدایتی مجاز بر خطوط توان AC در بازه فرکانسی 450/0 تا MHz30 مقرر می شود.

این مقررات در نتیجه افزایش اعتراضات به FCC در مورد تداخل گیرنده‌های تلویزیونی و رادیویی وضع شده

زیرا سیستم‌های الکترونیک دیجیتال به عنوان منشأ این تداخلات شناخته شده بودند. در این قوانین، FCC اعلام کرد:

گزارش شده است که رایانه‌ها باعث ایجاد تداخل در تقریباً تمامی سرویس‌های رادیویی،

به ویژه سرویس‌های با فرکانس کمتر از MHz200، مانند سرویس‌های انتظامی، هواپیمایی و خبری شده‌اند.

عوامل چندی در این موضوع دخالت دارند:

1- تجهیزات دیجیتالی در جامعه ما افزایش یافته و امروزه برای استفاده‌های خانگی به فروش می‌رسند.

2- فناوری باعث افزایش سرعت رایانه‌ها شده است به طوری که امروزه طراحان رایانه‌ای با مشکلات فرکانس رادیویی و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) مواجه‌اند، موضوعی که 15 سال پیش با آن روبه‌رو نبودند.

3- اقتصاد تولیدی نوین، جعبه‌های فلزی که پوشش خوبی در برابر انتشارات تشعشعی بودند را با جعبه‌های پلاستیکی که نقش حفاظتی ندارند جایگزین کرده است.

FCC، دستگاه محاسبه‌گر را به صورت زیر تعریف می‌کند:

هر دستگاه یا سیستم الکترونیکی که پالس‌های زمانی با نرخی بیشتر از 10000 پالس (دوره، چرخه)^[10] در ثانیه

تولید یا استفاده کند و تکنیک‌های دیجیتالی را به کار گیرد، مانند تجهیزات تلفن دیجیتال،

یا هر دستگاه یا سیستمی که انرژی فرکانس رادیویی را به منظور انجام عملیات پردازش

داده از قبیل محاسبات الکترونیکی، عملیات، تبدیل، ضبط، بایگانی، گروه بندی، ذخیره، بازیابی یا انتقال و… تولید یا استفاده کند.

در این تعریف عمداً دامنه وسیعی در نظر گرفته شده است تا در حد امکان محصولات

بیشتری را در بر گیرد. بنابراین، مطابق تعریف FCC اگر محصولی از مدارات دیجیتال استفاده کرده و

دارای فرکانس ساعت^[11] بیشتر از KHz10 باشد، دستگاه محاسبه‌گر به شمار می‌آید. این تعریف، بیشتر محصولات الکترونیکی دیجیتالی امروزی را شامل می‌شود.

مطابق این تعریف، دستگاه‌های محاسبه‌گر در دو گروه قرار می‌گیرند:

گروه A:

دستگاه محاسبه‌گری که برای استفاده در محیط‌های بازرگانی، صنعتی یا تجاری عرضه می‌شود.

 گروه B:

دستگاه محاسبه‌گری که با وجود مصارف بازرگانی، صنعتی یا تجاری در واقع برای استفاده در محیط‌های مسکونی عرضه می‌شود.

از آنجایی که دستگاه‌های گروه B^[12] بیشتر در مجاورت گیرنده‌های رادیویی و تلویزیونی قرار می‌گیرند، محدودیت‌های انتشاری آن‌ها در حدود dB10 بیشتر از دستگاه‌های گروه A است.

رعایت این استانداردهای فنی وظیفه سازنده یا واردکننده محصول است. برای اطمینان از تطابق محصول با این استانداردها،

FCC سازنده را ملزم می‌کند تا محصول خود را قبل از عرضه به بازار ایالات متحده مورد آزمون قرار دهد. مطابق FCC عرضه

محصول شامل حمل، فروش، پیشنهاد فروش، واردات و غیره است. از این رو تا زمانی که یک محصول در حال گذراندن قوانین است،

از نظر قانونی نمی‌تواند مورد تبلیغ قرار گیرد، زیرا این کار نوعی پیشنهاد فروش به حساب می‌آید. برای تبلیغ قانونی

یک محصول قبل از تطابق با قوانین FCC، تبلیغ باید شامل این جمله باشد: این دستگاه در

حال انطباق با قوانین FCC بوده و قبل از عرضه، کاملاً مطابق با استانداردهای آن خواهد بود.

در مورد رایانه‌های

شخصی و لوازم جانبی آن‌ها (زیرمجموعه‌ای از گروه B)، قبل از عرضه محصول به بازار، تولیدکننده

باید داده‌های آزمون آن را به FCC ارائه داده و گواهی تأیید FCC را کسب کند. در صورت تمایل،

کمیسیون می‌تواند قبل از ارائه تأییدیه، نمونه‌ای از محصول را جهت آزمون درخواست کند.

در مورد تمام محصولات دیگر (گروه A و B، غیر از رایانه‌های شخصی و وسایل جانبی آن‌ها) تولیدکننده باید

قبل از عرضه محصول، تطابق آن را با انجام آزمون، مورد بازبینی قرار دهد. بازبینی،

یک رویه تأییدی است که توسط خود تولیدکننده انجام می‌پذیرد و در آن هیچ سندی به FCC ارائه نمی‌شود،

مگر این‌که به طور خاص درخواست شده باشد، عملیات تطابق با نمونه‌برداری تصادفی از محصولات توسط FCC صورت می‌گیرد.

زمان لازم برای انجام آزمون‌های تطابق و انجام دوباره آزمون در صورت رد شدن محصول و

زمان لازم برای گرفتن تأییدیه از کمیسیون (در صورت نیاز) باید در جدول زمانی پیشرفت محصول درج شوند.

آزمون باید روی نمونه‌ای انجام شود که نماینده تمام بخش‌های تولیدی باشد و معمولاً یک مدل تولید یا پیش تولید را در بر می‌گیرد.

بنابراین آزمون تطابق باید یکی از آخرین موارد در جدول زمانی پیشرفت تولید کالا باشد.

این زمان غیرمنتظره نیست! اگر محصولی در مرحله آزمون رد شود، تغییرات در این مرحله دشوار و گران خواهد بود.

بنابراین بهتر است عملیات آمادگی برای آزمون نهایی قبل از آزمون تطابق نهایی محصول، با درجه اطمینان بالایی در پذیرفته شدن آن صورت گیرد.

این کار در صورتی اجرایی خواهد بود که:

1- اصول طراحی EMC مناسبی (به صورتی که در این کتاب توضیح داده شده است) در کل طرح استفاده شود.

2- آزمون انتشار مقدماتی روی مدل‌ها و قطعات اولیه انجام گیرد.

این قوانین نه تنها استانداردهای فنی (محدودیت‌های) الزامی یک محصول را تعیین می‌کنند،

بلکه رویه‌های اجرایی و روش‌های سنجش الزامی در فرایند تطابق محصول را نیز در بر می‌گیرند.

باید توجه داشت که محدودیت‌ها و رویه‌های سنجش به هم وابسته هستند و این محدودیت‌های به دست آمده بر پایه رویه‌های سنجش ویژه‌ای بوده‌اند.

بنابراین سنجش‌های تطابقی باید تابع روش‌های معین شده توسط FCC در MP-4 FCC/OST،

«روش‌های FCC در سنجش انتشار نویز رادیویی از دستگاه‌های محاسبه‌گر» باشند (به پیوست «و» مراجعه کنید).

آزمون‌ها باید روی سیستم کامل با تمام کابل‌های اتصالی و تنظیمات مناسبی که منجر به بیشینه انتشار می‌شود، صورت گیرند.

رویه سنجش در مورد انتشار تشعشعی، یک سنجش فضای باز (یا معادل آن) را روی صفحه زمین با آنتن

دوقطبی هماهنگ‌شده^[13] (یا دیگر قابلیت‌های همبستگی و قطبی‌شدگی خطی آنتن) تعیین می‌کند. این موضوع در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5-آزمون انتشار تشعشعی FCC در فضای باز، دستگاه مورد آزمون (EUT) روی میز دوار سازگاری الکترومغناطیس

در جدول 1 محدودیت‌های انتشار تشعشعی، برای محصول گروه A با فاصله اندازه‌گیری 30 متر و این محدودیت‌ها برای محصول گروه B با فاصله اندازه‌گیری 3 متر در جدول 2 ارائه شده‌اند.

جدول 1- محدودیت‌های انتشار تشعشعی محصول گروه A در FCC

جدول 2- محدودیت‌های انتشار تشعشعی محصول گروه B در FCC

مقایسه بین محدودیت‌های گروه A و B باید از فاصله یکسانی صورت گیرد.

بنابراین در صورتی که محدودیت‌های گروه A از فاصله 3 متری (با استفاده از برونیابی 1/r) برونیابی شوند،

در این صورت این دو گروه محدودیت‌ها می‌توانند به صورتی که در شکل 6 نشان داده شده با هم مقایسه شوند.

همان طور که دیده می‌شود، محدودیت‌های گروه B، در حدود 3 برابر (dB10) بیشتر هستند.

شکل 6- محدودیت انتشار هدایتی از فاصله m3 (بخش 15 از FCC، زیربخش J) سازگاری الکترومغناطیس

محدودیت‌های انتشار هدایتی در قوانین مشخص می‌شوند، زیرا FCC معتقد است که در فرکانس‌های کمتر از 30 مگاهرتز،

عامل اولیه تداخلات مخابراتی، هدایت انرژی RF روی خطوط توان AC بوده که منجر به تشعشع از آن خطوط می‌شود.

جدول 3 محدودیت‌های انتشار هدایتی هر دو گروه A و B را نشان می‌دهد.

این سنجش‌ها مربوط به ولتاژهای مد مشترک (سیم گرم و سیم خنثی به زمین) روی خطوط توان AC هستند،

که با استفاده از یک شبکه تثبیت امپدانس خط^[14] μH50/Ω50 مطابق رویه‌ها (پیوست و)، اندازه‌گیری می‌شوند.

شکل 7 نمونه‌ای از چیدمان آزمون انتشار هدایتی FCC را نشان می‌دهد.

جدول 3-محدودیت‌های انتشار هدایتی FCC

شکل 7- چیدمان آزمون FCC برای سنجش انتشار هدایتی سازگاری الکترومغناطیس

یک دستگاه نه‌تنها باید جهت تطابق با استانداردهای فنی مورد آزمون واقع شود، بلکه باید برچسب توان خورده و

اطلاعات پتانسیل تداخلی آن در اختیار کاربران قرار گیرد.

علاوه بر مشخصات فنی یاد شده، این قوانین شامل الزامات غیرتداخلی است که مطابق آن اگر استفاده از محصول موجب

تداخلات مضری شود، کاربر موظف به توقف عملیات دستگاه است. به تفاوت مسئولیت بین مشخصات فنی و الزامات غیرتداخلی توجه کنید.

ارائه مشخصات فنی جزء وظایف تولیدکننده یا واردکننده محصول بوده، و مسئولیت الزامات غیرتداخلی با مصرف‌کننده محصول است.

علاوه بر تایید یا بازبینی اولیه محصول بر اساس قوانین، تولیدکننده مسئول تطابق تجهیزات تولیدی بعدی با استاندارد است.

اگر تغییری در محصول تطابق یافته صورت گیرد، تولیدکننده و واردکننده موظف هستند مشخص کنند که آیا آن تغییر بر تطابق محصول تأثیر داشته است یا خیر. FCC به تولیدکنندگان اخطار داده است (اخطار عمومی 3281 در 7 آوریل 1982) که:

بسیاری از تغییرات که در ظاهر بی‌اهمیت به نظر می‌آیند در حقیقت بسیار مهم هستند. در واقع یک تغییر در طرح‌بندی برد

مدار، افزودن، برداشتن، یا حتی تغییری در مسیر یک هادی یا منطق مدار، به طور حتم باعث تغییر مشخصات انتشاری دستگاه خواهد شد.

با آزمون مجدد می‌توان تعیین کرد که آیا این تغییر مشخصات موجب خارج ساختن محصول از مرحله تطابق شده است یا خیر.

در جولای ۱۹۸۷، FCC

به طور موقت پنج زیرمجموعه از دستگاه‌های دیجیتالی را از رعایت استانداردهای فنی لازم معاف کرد که عبارتند از:

1- دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال به کار رفته در وسایل حمل و نقل از طریق اتومبیل، هواپیما یا قایق.

2- سیستم‌های کنترل صنعتی مورد استفاده در ماشین‌آلات صنعتی، کارخانه‌ها یا مصارف عمومی.

3- تجهیزات آزمون صنعتی، تجاری و پزشکی.

4- وسایل کنترل‌شونده توسط ریزپردازنده‌ها از قبیل ماشین ظرفشویی، خشک‌کن لباس یا ابزار برقی.

5- دستگاه‌های پزشکی خاص، که معمولاً با راهنمایی یا نظارت یک متخصص مراقبت‌های پزشکی استفاده می‌شوند.

هر یک از این دستگاه‌ها مشمول الزامات غیرتداخلی قوانین وضع شده هستند. از آنجایی که معافیت‌های یادشده موقتی هستند،

می‌توانند از هرگونه رویه قانونگذاری جدید وضع شده توسط FCC معاف باشند. این موضوع می‌تواند در قالب انتشار اطلاعیه‌ای

در مورد وضع قانون پیشنهادی انجام گیرد که در آن از صنایع نظرخواهی می‌شود، پس از بررسی نظرات، یک قانون منتشر شده و

اگر هر یک از محصولات معاف شده عامل ایجاد تداخل باشند، ممکن است قانون جدیدی وضع شود. بنابراین شرط احتیاط

برای تولیدکننده، طراحی تمام تجهیزات مطابق الزامات فنی قوانین است.

خلاصه جامعع از این مقررات در نشریه  FCC/OST 62  در سال 1984 گردآوری شده است.

از آنجایی که FCC در بر گیرنده انواع متعددی از محصولات الکترونیکی شامل دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال است،

بنابراین سازمان توسعه و طراحی باید مجموعه کامل و به‌روزی از قوانین FCC متناسب با محصولات تولیدی خود را داشته باشند.

در خلال طراحی باید به این قوانین مراجعه شود تا در صورت نیاز به اثبات تطابق، مشکلی پیش نیاید.

هماهنگ‌سازی بین‌المللی^[15]

بهتر است به جای وضع استانداردهای ملی مختلف، یک استاندارد بین‌المللی برای انتشار مجاز از محصولات الکترونیکی وجود داشته باشد.

در این صورت تولیدکننده می‌تواند محصول خود را مطابق یک استاندارد EMC طراحی و آزمایش کند که در سطح جهانی قابل قبول باشد.

مناسب‌ترین نهاد برای اجرای این هدف، کمیته ویژه بین‌المللی تداخل رادیویی (CISPR) است. (CISPR از سرنام فرانسوی آن گرفته شده است).

CISPR در سال ۱۹۳۴ تأسیس شد تا محدودیت‌ها و روش‌های اندازه‌گیری تداخل فرکانس رادیویی را به منظور تسهیل تجارت جهانی تعیین کند.

CISPR قدرت و اختیار تنظیم قوانین را ندارد ولی در صورتی که استانداردهای آن مورد قبول دولت باشد، استانداردهای ملی محسوب می‌شوند.

CISPR در سال ۱9۸۵، مجموعه جدیدی از استانداردهای انتشار (نشریه ۲۲) را برای تجهیزات فناوری اطلاعات (دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال) ارائه کرد.

بسیاری از کشورهای اروپایی این قوانین را به عنوان استاندارد ملی پذیرفته‌اند و انتظار می‌رود در آینده کشورهای بیشتری آن را بپذیرند.

ایالات متحده به عنوان یکی از اعضای رأی‌دهنده CISPR، به این استاندارد جدید رأی مساعد داد.

این کار فشار زیادی به FCC برای پذیرش آن استانداردها وارد کرد. از این رو محدودیت‌های تعیین شده

در نشریه ۲۲ این کمیته، احتمالاً به عنوان استاندارد بین‌المللی به شمار خواهند آمد.

شکل 8

مقایسه‌ای بین استاندارد جدید انتشار تشعشعی CISPR و استاندارد کنونی FCC انجام داده است. در این مقایسه، م

حدودیت‌های FCC به فاصله ۱۰ متر برون‌یابی شده‌اند و همان‌طور که دیده می‌شود، محدودیت‌های CISPR در بازه فرکانسی ۸۸ تا MHz۲۳۰،

بسیار محدودتر هستند. محدودیت گروه A در CISPR از ۸۸ تا MHz۲۱۶، dB5/3 و از 216 تا MHz230، dB5/6 محدودتر از الزامات کنونی FCC است.

شکل ۹ استاندارد جدید انتشارات هدایتی باند باریک CISPR را با استانداردهای کنونی FCC مقایسه می‌کند. مهم‌ترین تفاوت آنها در این است

که CISPR در بازه فرکانسی 1۵۰ تا MHz۴۵۰ اعمال محدودیت می‌کند در حالی که در FCC در حال حاضر چنین محدودیتی وجود ندارد.

در استاندارد CISPR، محصولات گروه A از 6/1 تا MHz30، dB5/9 و محصولات گروه B از 5/0 تا MHz5، dB2 محدودتر هستند.

شکل 8- زیربخش J از بخش 15 FCC، و نشریه 22 از CISPR، محدودیت‌های انتشار تشعشعی از فاصله 10 متری. سازگاری الکترومغناطیس

شکل 9- زیربخش J از بخش 15 FCC و نشریه 22 از CISPR، محدودیت‌های انتشار هدایتی باند باریک. سازگاری الکترومغناطیس

تأثیرپذیری

در آگوست ۱۹۸۲، کنگره آمریکا مصوبه ارتباطاتی 1934 (House Bill #3239) را اصلاح کرد و به FCC این اختیار را داد

تا قانون تاثیرپذیری وسایل و سیستم‌های الکترونیکی خانگی را تنظیم کند. نمونه‌هایی از این وسایل الکتریکی

خانگی شامل دستگاه‌های رادیو و تلویزیون، دزدگیر و سیستم‌های حفاظتی خانگی، درب‌بازکن‌های خودکار گاراژ،

اعضای بدن الکترونیکی، صفحات گردان ضبط و سیستم‌های تقویت‌کننده با کیفیت عالی استریو هستند.

اگرچه این قانون عمدتاً برای سیستم‌ها و تجهیزات خانگی تصویب شده است، ولی مانعی برای تطابق

استانداردهای FCC برای دستگاه‌ها با مصارف غیرخانگی ایجاد نمی‌کند. با این وجود، FCC تاکنون بر اساس

این اختیارات عمل نکرده است. هرچند FCC در مورد مشکل تداخل فرکانس رادیویی در تجهیزات الکترونیکی،

یک استعلام منتشر کرد، (دفتر ثبت عمومی شماره 78-369) ولی هنوز به قوانین وضع شده توسط مراکز

صنعتی استناد می‌کند. اگر صنعت در این مورد سهل‌انگاری کند، FCC ممکن است از اختیارات قانونی خود استفاده کند.

تحقیقات درباره محیط‌های الکترومغناطیسی (1976 Heirman، 1977 Janes) نشان داده است که شدت

میدان بیشتر از V/m2 تقریباً در 1% موارد رخ می‌دهد و از آنجایی که الزامات تأثیرپذیری قانونی، برای تجهیزات

تجاری وجود ندارد، سطح قابل قبول ایمنی را می‌توان همان V/m2 در نظر گرفت.

دولت کانادا یک نشریه رسمی مشاوره‌ای در مورد سازگاری الکترومغناطیسی منتشر (EMCAB 1) و در آن

سه سطح یا درجه ایمنی را برای تجهیزات الکترونیکی تعریف کرده است:

1- در مورد محصولات سطح 1 (V/m 1) احتمال تنزل کارکرد وجود دارد.

2- در مورد محصولات سطح 2 (V/m 3) احتمال تنزل کارکرد وجود ندارد.

3- در مورد محصولات سطح 3 (V/m 10) احتمال تنزل کارکرد تنها در شرایط بسیار سخت وجود دارد.

سازگاری الکترومغناطیس

[1]. Bus

[2]. در واقع اعوجاج مسئله طراحی بوده و مسئله نویز مدار نیست

[3]. Emission

[4]. Susceptibility

[5]. Self – regulating

[6]. Band – aid

[7]. Code of Federal Regulation, Title 47.  

[8]. ISM: Industrial Scientific Medical

[9]. PBX: Private Branch Exchange

[10]. Cycle

[11]. Clock

[12]. این وسایل به علت رعایت سبکی و زیبایی ظاهری دارای محافظ‌های لازم (مانند پوشش فلزی ضخیم یا صافی‌های بزرگ) نیستند؛ بنابراین محدودیت‌های انتشاری در مورد آن‌ها سخت‌گیرانه‌تر است.

[13]. Tune

[14]. LISN: Line Impedance Stabilization Network

[15]. International Harmonization