คราบบนบอร์ดทำให้วงจรความต้านทานสูงอ่านเพี้ยนอย่างไร

ในวงจรที่อ่านสัญญาณกระแสต่ำ พื้นผิวบอร์ดไม่ใช่ฉนวนที่ไม่มีผลต่อวงจรอย่างสมบูรณ์ คราบ ความชื้น และสิ่งปนเปื้อนอาจสร้างทางรั่วระหว่างลายที่ต่างศักย์ กระแสที่เล็กมากเมื่อเทียบกับภาคจ่ายไฟอาจใหญ่เมื่อเทียบกับสัญญาณที่กำลังวัด การเปลี่ยนออปแอมป์โดยไม่ตรวจทางรั่วจึงอาจไม่แก้สาเหตุ บทนี้ใช้ตัวต้านทานจำลองทางรั่วบนวงจร 5 โวลต์ แทนการทำบอร์ดจริงให้สกปรกหรือเปียก

กระแสรั่วต้องเทียบกับสัญญาณและความต้านทานแหล่งกำเนิด

ทางรั่วจากรางหนึ่งไปยังจุดสัญญาณประมาณได้ด้วยความต้านทานขนานในแบบจำลองอย่างง่าย เมื่อมีความต่างแรงดัน กระแสไหลผ่านทางนี้และทำให้แรงดันจุดสัญญาณเปลี่ยนตามความต้านทานของแหล่งที่ขับอยู่ ยิ่งแหล่งสัญญาณมีความต้านทานสูง กระแสแปลกปลอมเล็กน้อยยิ่งทำให้แรงดันขยับได้มาก จึงต้องประเมินเป็นอัตราส่วนกับสัญญาณเป้าหมาย ไม่ตัดสินว่าระดับนาโนแอมป์ไม่มีผลเสมอไป

ถ้าทางรั่วเข้าสู่จุดรวมกระแสของวงจรขยายกระแส ความคลาดเอาต์พุตอาจประมาณจากกระแสรั่วคูณตัวต้านทานป้อนกลับ แต่ตำแหน่งและทิศทางสำคัญ ทางรั่วจากไฟบวกกับทางรั่วลงกราวด์อาจทำให้ค่าขยับคนละทิศ การวาดทางกระแสต้องเริ่มจากลายจริงที่อยู่ใกล้กัน แล้วใช้ศักย์ของแต่ละจุด ไม่ใส่ตัวต้านทานรั่วลงกราวด์ทุกจุดตามความเคยชิน

1. 1
   ลายต่างศักย์

   รางไฟกับจุดสัญญาณมีความต่างแรงดันที่ขับกระแสผ่านทางรั่ว

2. 2
   กระแสแปลกปลอม

   ทางรั่วเข้าสู่จุดอ่านทำให้กระแสไหลผ่านความต้านทานแหล่งกำเนิด

3. 3
   แรงดันคลาด

   แหล่งความต้านทานสูงเกิดแรงดันเปลี่ยนมากกว่าสำหรับกระแสรั่วใกล้กัน

4. 4
   การ์ดช่วยลด

   ลายการ์ดศักย์ใกล้จุดอ่านและขับด้วยอิมพีแดนซ์ต่ำลดแรงดันที่ขับทางรั่วผิวบางเส้นทาง

ขนาดความคลาดขึ้นกับทั้งกระแสรั่วและความต้านทานแหล่งสัญญาณ

สถานการณ์สมมติ: หนึ่งกิกะโอห์มยังทำให้ค่าขยับได้

สมมติแหล่งสัญญาณ 1.00 โวลต์มีความต้านทานอนุกรม 1 เมกะโอห์ม และจุดอ่านมีทางรั่วจำลอง 1 กิกะโอห์มไปยังราง 5.00 โวลต์ โดยเครื่องอ่านกินกระแสเล็กจนละเลย กระแสจากราง 5 โวลต์ผ่านทางรั่วและแหล่งสัญญาณเป็น (5 − 1) / (1000 + 1) เมกะโอห์ม หรือประมาณ 3.996 นาโนแอมป์ แรงดันที่เพิ่มบนความต้านทานแหล่ง 1 เมกะโอห์มจึงประมาณ 3.996 มิลลิโวลต์

จุดอ่านจะเป็นประมาณ 1.003996 โวลต์ คลาดสูงจากสัญญาณหนึ่งโวลต์ประมาณ 0.40 เปอร์เซ็นต์ แม้ทางรั่วมีความต้านทานสูงถึงหนึ่งกิกะโอห์ม ถ้าลดความต้านทานแหล่งเหลือ 10 กิโลโอห์มโดยเงื่อนไขอื่นเดิม ความคลาดจะเหลือประมาณ 40 ไมโครโวลต์ ตัวอย่างนี้แสดงว่าความรุนแรงขึ้นกับทั้งทางรั่วและความแข็งของแหล่งสัญญาณ ไม่สามารถตั้งเกณฑ์ความต้านทานฉนวนค่าเดียวให้ทุกวงจร

วงแหวนป้องกันลดความต่างแรงดันที่ขับกระแสรั่ว

วงแหวนป้องกันหรือการ์ดเป็นลายที่จัดรอบบริเวณไวต่อการรั่วและขับให้มีศักย์ใกล้กับจุดสัญญาณด้วยแหล่งอิมพีแดนซ์ต่ำ เมื่อศักย์ใกล้กัน แรงดันที่ขับกระแสรั่วผ่านพื้นผิวระหว่างการ์ดกับจุดสัญญาณจะเล็กลง ส่วนกระแสจากลายภายนอกถูกพาไปยังการ์ดแทน การ์ดจึงไม่ใช่วงกราวด์ที่ใช้ได้กับทุกจุด หากจุดสัญญาณไม่ได้อยู่กราวด์ การต่อการ์ดลงกราวด์อาจไม่ลดความต่างตามที่ต้องการ

การ์ดต้องออกแบบตามโครงสร้างวงจรและคำแนะนำผู้ผลิต ทั้งตำแหน่ง ด้านของแผ่นวงจร และสภาพผิวลาย ไม่ใช่วาดเส้นล้อมให้ครบแล้วถือว่าทำงาน การ์ดยังไม่ทดแทนความสะอาดและวัสดุฉนวนที่เหมาะสม เพราะกระแสรั่วอาจผ่านใต้ชิ้นส่วน ภายในวัสดุ หรือผ่านสิ่งปนเปื้อนที่ข้ามโครงสร้างการ์ดได้ การเลือกตำแหน่งขาและพื้นที่ห่างระหว่างลายจึงยังมีความสำคัญ

1. 1
   แรงดันขับทางรั่ว

   ผลต่างระหว่างรางกับแหล่งสัญญาณเป็น 5 − 1 = 4 โวลต์

2. 2
   กระแส

   4 โวลต์ / 1001 เมกะโอห์ม ≈ 3.996 นาโนแอมป์

3. 3
   แรงดันเพิ่ม

   กระแสนี้ผ่านความต้านทานแหล่ง 1 เมกะโอห์ม ทำให้แรงดันเพิ่มประมาณ 3.996 มิลลิโวลต์

4. 4
   ผลอ่าน

   จุดอ่านประมาณ 1.003996 โวลต์ สูงกว่าสัญญาณประมาณ 0.40% เมื่อไม่คิดภาระเครื่องอ่าน

ตัวอย่างสมมติแหล่ง 1 โวลต์ผ่าน 1 เมกะโอห์ม และทางรั่ว 1 กิกะโอห์มไปไฟ 5 โวลต์

วิธีนำไปใช้แยกผลของบอร์ดออกจากชิ้นส่วน

1. ระบุจุดที่มีความต้านทานแหล่งสูงและสัญญาณต่ำ แล้วเขียนลายข้างเคียงพร้อมศักย์ที่อาจสร้างทางรั่ว
2. คำนวณกระแสแปลกปลอมสูงสุดที่ยอมรับจากความคลาดสัญญาณ เพื่อเห็นว่าต้องควบคุมฉนวนถึงระดับใด
3. ใช้ตัวต้านทานค่าที่ทราบจำลองทางรั่วบนบอร์ดสาธิตแยก และเปรียบเทียบความคลาดกับแบบจำลอง
4. ตรวจภาระของเครื่องมือ สาย และหัวต่อก่อนวัดกระแสเล็ก เพราะส่วนเหล่านี้อาจครองความคลาดแทนบอร์ด
5. ประเมินการทำความสะอาดและการ์ดตามวัสดุและโครงสร้างจริง พร้อมเก็บผลก่อนหลังโดยไม่เปลี่ยนหลายปัจจัยพร้อมกัน

ข้อผิดพลาดของการทำให้ชื้นเพื่อเร่งหาอาการ

การพ่นน้ำหรือเป่าลมหายใจบนบอร์ดที่มีไฟทำให้เกิดหลายปัจจัยพร้อมกัน ทั้งอุณหภูมิ ความชื้น และสิ่งปนเปื้อน จึงไม่ใช่วิธีแยกสาเหตุที่ควบคุมได้ และอาจทำให้เกิดความเสียหายใหม่ หากต้องทดสอบสภาพแวดล้อมควรใช้กระบวนการและอุปกรณ์ที่เหมาะสม โดยกำหนดช่วงที่ชิ้นส่วนรองรับ บทสาธิตนี้ใช้ตัวต้านทานจำลองแทนเพื่อให้ตรวจสมการได้โดยไม่สร้างการปนเปื้อนจริง

มิเตอร์ที่มีอินพุต 10 เมกะโอห์มอาจเป็นโหลดใหญ่เมื่อเทียบกับแหล่ง 1 เมกะโอห์มในโจทย์ จึงไม่ควรต่อวัดแล้วคาดว่าค่าจะตรงกับแบบจำลองเครื่องอ่านอุดมคติ ต้องเลือกวิธีวัดที่มีภาระเล็กพอหรือรวมค่าภาระลงสมการ สายวัดที่สกปรกและขั้วต่อที่ชื้นก็เพิ่มทางรั่วได้เช่นกัน การตรวจบอร์ดอย่างเดียวจึงไม่พอหากไม่ควบคุมชุดวัด

ตรวจสอบผลจากทิศทางและขนาดของความคลาด

ในตัวอย่างทางรั่วไปไฟ 5 โวลต์ จุดอ่านควรสูงกว่าสัญญาณ 1 โวลต์ หากทดลองแล้วกลับต่ำลง ให้ตรวจภาระเครื่องอ่านและทางรั่วลงกราวด์เพิ่มเติม เมื่อถอดตัวต้านทานรั่วโดยตัดไฟก่อน ค่าควรกลับใกล้สัญญาณเดิมตามภาระที่เหลือ การสอดคล้องทั้งทิศทางและขนาดมีน้ำหนักกว่าการบอกว่าล้างแล้วดีขึ้นเพียงอย่างเดียว แต่ยังไม่ยืนยันความทนชื้นระยะยาวซึ่งต้องประเมินกระบวนการแยกต่างหาก

หากเลือกใช้การ์ด ให้ตรวจว่าแรงดันการ์ดติดตามจุดที่ต้องป้องกันจริงภายใต้ช่วงสัญญาณที่สนใจ และแหล่งขับการ์ดไม่สั่นจากภาระความจุ การวัดที่ดีควรระบุทั้งจุดอ้างอิง อุณหภูมิ และวิธีจัดสาย เพื่อให้การเปรียบเทียบก่อนหลังไม่ปะปนกับเงื่อนไขที่เปลี่ยนไป ผลที่ได้คือขอบเขตความคลาดของวงจรสาธิต ไม่ใช่การรับรองว่าคราบทุกชนิดมีความต้านทานเท่าตัวต้านทานจำลอง