عنوان پایان‌نامه

بررسی اثر بسته بندی در آسیب پذیری الکترومغناطیسی مدارهای مجتمع به منظور تحلیل سازگاری الکترومغناطیسی بردهای مدار چاپی



    دانشجو در تاریخ ۲۸ شهریور ۱۳۹۵ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "بررسی اثر بسته بندی در آسیب پذیری الکترومغناطیسی مدارهای مجتمع به منظور تحلیل سازگاری الکترومغناطیسی بردهای مدار چاپی" را دفاع نموده است.


    رشته تحصیلی
    مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
    مقطع تحصیلی
    کارشناسی ارشد
    محل دفاع
    کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3149;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80047;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3149;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80047
    تاریخ دفاع
    ۲۸ شهریور ۱۳۹۵
    دانشجو
    فاطمه وفائی زنوز
    استاد راهنما
    ناصر معصومی
    چکیده
    لینک فایل چکیده
    امروزه استفاده‌ی انسان‌ها از دستگاه‌های پیچیده ی الکترونیکی افزایش چشمگیری داشته است. این دستگاه‌ها دارای تشعشات الکترومغناطیسی می‌باشند. بر این اساس محیط اطراف محیطی مملو از امواج الکترومغناطیسی می‌باشد. این امواج می‌توانند بر عملکرد تجهیزات الکترونیکی تأثیر بگذارند. از سوی دیگر، بوردهای مدارچاپی اجزای اصلی سامانه‌های الکترونیکی هستند که تعداد بسیار زیادی مدارهای مجتمع بر روی سطح آن‌ها قرار دارد. از این ‌رو، بررسی تأثیر امواج الکترومغناطیسی بیرونی بر عملکرد مدارهای مجتمع موجود بر روی بوردهای مدار چاپی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق تأثیر بسته‌بندی مدارهای مجتمع بر آسیب‌پذیری آن‌ها از جهات مختلف بررسی می‌گردد. به این منظور نیاز است آسیب‌پذیری مدار مجتمع به صورت کمی تعریف گردد. ولتاژ القایی بر پین مدار مجتمع ناشی از موج الکترومغناطیسی بیرونی نشان‌دهنده‌ی میزان اختلال ایجاد شده در عملکرد مدار مجتمع می‌باشد. بر این اساس، ابتدا روش‌های مدل‌سازی ولتاژ القایی بر خطوط انتقال و هم‌چنین انواع مدل‌سازیهای پین مدار مجتمع مرور و بررسی می‌شود. با استفاده از این مدل‌ها، یک رابطه‌ی فرم بسته برای ولتاژ القایی بر روی پین دیجیتال مدار مجتمع ناشی از موج بیرونی، برحسب میدان الکتریکی موج استخراج میشود؛ این رابطه تا فرکانس 1GHz از دقت بسیار بالایی برخوردار است. با استفاده از رابطه مزبور، تأثیر جهت تابش موج و پارامترهای بسته‌بندی بر ولتاژ القایی بررسی می‌شود. در ادامه تأثیر پنج نوع بسته‌بندی مختلف بر ولتاژ القایی مورد تحقیق قرار گرفته و مقایسه می‌شود. علاوه بر این، با استفاده از نرم‌افزار CST STUDIO SUITE، پاسخ فرکانسی ولتاژ القایی به صورت نقطه ‌به نقطه استخراج گردیده و تأثیر جهت تابش موج بررسی می‌شود. سپس، تأثیر آنتنی پایه بسته‌بندی با تأثیر آنتنی مسیر مورد مقایسه قرار می‌گیرد. هم‌چنین، این تحقیق به بررسی تأثیر امپدانس قرار گرفته در نقطه اتصال تراشه و پایه بسته‌بندی و تأثیر پایه و مسیر زمین شده‌ی مجاور می‌پردازد. در انتها، میدان الکتریکی مربوط به سه محیط آزمایشگاه AVLSI، آزمایشگاه ماشین و کارگاه AVLSI در دانشکده برق اندازه‌گیری شده است و میزان ولتاژ القایی بر پین مدار مجتمع در مدار مورد نظر، ناشی از این میدان‌ها استخراج گردیده است. مجموعه بررسی‌های تحقیقی، مدل‌سازی‌ها و نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده در این تحقیق، اهمیت تأثیر پایه هادی مدارهای مجتمع و بسته‌بندی‌های مختلف را بر میزان آسیب‌پذیری مدارهای مجتمع و رفتار و عملکرد عمومی (خطای گذرا و دائمی، اختلال و غیره) آن‌ها، خصوصاً در مقایسه با اندازه‌ی سیم‌های متصل کننده بر روی لایه‌های مختلف بورد مدار چاپی یک سامانه نشان می‌دهد. این دستاورد تحقیقی مهم می‌تواند برای طراحان مدارهای پیچیده راه‌گشا بوده و برای بهبود عملکرد دستگاه‌های طراحی شده در محیط‌های مملو از امواج الکترومغناطیسی نکات و قواعد طراحی را توصیه نماید.
    Abstract
    Today, the use of complicated electronic devices is ever increasing. These devices radiate electromagnetic waves which fill the surrounding environment. These waves can affect the performance of nearby devices. On the other hand, printed circuit boards (PCBs), where multiple integrated circuits (ICs) are mounted on, are principle and main part of electrical systems. As such, comprehensive investigation of the influence of external electromagnetic waves on the performance and functional reliability of ICs is crucial. In this research, the effects of IC package on the amount/reduction of radiated susceptibility of ICs is thoroughly investigated, for which a measurement and evaluation parameter is needed to be defined. The induced voltage on an IC pin shows the amount of disturbance caused by an external electromagnetic wave. Based on this, first several modeling methods of the induced voltage on transmission lines (wires) and impedance of IC pins are studied. Using these models, a closed form expression for the induced voltage versus the electric field for the frequency range up to 1 GHz is extracted. Using the proposed closed form expression, we also investigate the effect of wave orientation and several various package types on the induced voltage. Additionally, using the full wave tool CST STUDIO SUITE the frequency response of the induced voltage for a test circuit is extracted, and then the effect of wave orientation on the induced voltage is studied. Moreover, the antenna effect of the package leads and the PCB traces are extracted and the results are compared. Meanwhile, in this research we have studied the effects of the load impedance of a die connection to its package lead, GND lead, and GND trace on the amount of the induced voltage. Finally, the electric field of three different locations are measured (by NBM-550 device) and the induced voltage on the IC pin due to these fields are extracted. These locations include the Advanced VLSI lab and workshop, and the Machine Lab located in area of the ECE campus. The results of this research verify the effectiveness of package leads on IC susceptibility and its performance (such as transient and permanent faults, disturbance, etc.). This is particularly apparent when comparing with interconnect traces on different layers of PCBs. The design principles and suggestions deducted from this research can provide PCB designers important guidelines to improve the performance of electronic systems in surrounding environments with large amounts of electromagnetic waves. Key Words: Electromagnetic Susceptibility, Interconnects, IC package, PCBs, Induced Voltage, Package Lead, EMC, External Electromagnetic Wave