جدید الیکٹرانکس میں الیکٹرومیگنیٹک تداخل کا بدلتا ہوا چیلنج

آج کی الیکٹرانکس کو شدید بجلی مقناطیسی تداخل (EMI) کے مسائل کا سامنا ہے جو پچھلے چند سالوں میں کافی حد تک بڑھ گئے ہیں۔ 2023 کی تحقیقات ظاہر کرتی ہیں کہ 2018 کے مقابلے میں ان مسائل میں تقریباً 47 فیصد اضافہ ہوا ہے، خاص طور پر اس وجہ سے کہ آلات چھوٹے ہوتے جا رہے ہیں اور ساتھ ہی زیادہ وائی فائی صلاحیتیں شامل کی جا رہی ہیں۔ یہ صورتحال اس وقت مزید خراب ہوئی جب 5G ہر جگہ نافذ ہونا شروع ہوا، اسمارٹ آلات روزمرہ کی زندگی کا حصہ بن گئے، اور بجلی کے ذرائع پہلے سے کہیں زیادہ بلند فریکوئنسیز پر کام کرنے لگے۔ اس تمام صورتحال کا مطلب یہ ہے کہ آج کل نئی مصنوعات ڈیزائن کرتے وقت ڈیزائنرز کو EMI فلٹرنگ پر جدی توجہ دینے کی ضرورت ہوتی ہے۔

الیکٹرانک آلات میں بجلی مقناطیسی تداخل (EMI) کو سمجھنا

EMI اس وقت پیدا ہوتا ہے جب بجلی مقناطیسی تابکاری کسی آلات کے کام کو متاثر کرتی ہے، جس کا اظہار سگنل کی تشکیل، ڈیٹا کی تباہی، یا مکمل نظام کی ناکامی کے طور پر ہوتا ہے۔ دو اہم قسمیں EMI کی موجود ہیں:

• قدرتی ذرائع : کاسمک تابکاری، سورجی فلاز، اور ماحولیاتی توانائی
• انسانی ذرائع : سوئچ ماڈل پاور سپلائیز، وائرلیس ٹرانسمیٹرز، اور ہائی اسپیڈ ڈیجیٹل سرکٹس

ای م آئی سے متعلقہ آلات کی ناکامی کی عالمی لاگت سالانہ 740 بلین ڈالر سے تجاوز کر جاتی ہے (پونمون انسٹی ٹیوٹ، 2023)، جو مؤثر کمی کی حکمت عملیوں کی فوری ضرورت کو اجاگر کرتی ہے۔

سوئچ ماڈل پاور سپلائیز میں موصل اور رداسی ای م آئی

جدید سوئچ ماڈل پاور سپلائیز کو دوہرے ای م آئی چیلنجز کا سامنا ہے:

ای م آئی کی قسم	نقل و حمل کا راستہ	تعدد کی حد	عام کمی
موصل ای م آئی	پاور/گراؤنڈ لائنوں	150 کلو ہرٹز - 30 میگا ہرٹز	فیرائٹ چوکس
تشعشعی ای ایم آئی	برقناطیسی میدانات	30 میگا ہرٹز - 1 گیگا ہرٹز	شیلڈنگ کینز

حالیہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ بجلی کی فراہمی کی 68% ناکامیاں غیر کافی ای ایم آئی فلٹرنگ کی وجہ سے ہوتی ہیں (انٹیگریٹڈ ایکٹو فلٹرنگ تحقیق، 2023)، خاص طور پر کمپیکٹ ڈیزائن میں جہاں جزو کی قربت تداخل کے خطرات کو بڑھا دیتی ہے۔

اعلیٰ طاقت کی کثافت والی الیکٹرانکس کا ای ایم آئی کے چیلنجز پر اثر

چھوٹے اور زیادہ طاقتور آلات کی طرف بڑھنے کی وجہ سے 2015 کے بعد سے طاقت کی کثافت میں 300% اضافہ ہوا ہے، جس نے تین اہم ای ایم آئی چیلنجز پیدا کیے ہیں:

1. روایتی فلٹر جزو کے لیے جسمانی جگہ کم ہونا
2. مواد کی خصوصیات کو تبدیل کرنے والے زیادہ حرارتی بوجھ
3. تنگی سے بنے ہوئے سرکٹس میں پیراسائٹک کیپیسیٹنس میں اضافہ

اس کثافت سے بڑھے ہوئے EMI ماحول کو سگنل کی درستگی کو کارکردگی قربان کیے بغیر برقرار رکھنے کے لیے ایمبیڈیڈ پیسیوز اور موافقت پذیر فلٹرنگ الگورتھم جیسے نئے حل درکار ہوتے ہیں۔

سیمی کنڈکٹر ٹیکنالوجی اور EMI فلٹر انضمام میں ترقی

سیمی کنڈکٹرز میں نوڈ کے سائز میں کمی EMI کی حساسیت کو کیسے بڑھاتی ہے

سیمی کنڈکٹر نوڈس کو سب-10 نینومیٹر کے درجے تک محدود کرنا الیکٹرومیگنیٹک تداخل کے ساتھ غیر متوقع مسائل پیدا کر چکا ہے۔ جب یہ بہت چھوٹے اجزاء اتنے قریب قریب رکھے جاتے ہیں، تو ان کی برقی خصوصیات کے ساتھ عجیب و غریب چیزیں ہونا شروع ہو جاتی ہی ہیں۔ ان کے درمیان پیرازائٹک کیپیسیٹنس تھوڑے تھوڑے اینٹینا کی طرح کام کرنے لگتے ہیں، جبکہ انڈکٹو کپلنگ زیادہ فریکوئنسی پر شور کو بڑھانے والے آلے بن جاتے ہیں۔ IEEE EMC سوسائٹی کی گزشتہ سال شائع شدہ تحقیق کے مطابق، 28 نینومیٹر سے چھوٹے ہونے سے سرکٹس EMI کے مسائل کے مقابلہ میں تقریباً 20% زیادہ ناگوار ہو جاتے ہیں، کیونکہ غلطی کی حدود کے لیے کم جگہ ہوتی ہے اور ہر چیز بہت تیزی سے آن اور آف ہوتی ہے۔ اب صنعت کاروں کو ان انتہائی مختصر چپس کے باعث سگنل کے مسائل پیدا نہ ہونے دینے کے لیے خصوصی EMI فلٹرز شامل کرنے پر مجبور ہونا پڑ رہا ہے۔ کچھ ماہرین کا دعویٰ ہے کہ اسی وجہ سے ہم پیکیجنگ حل کے حوالے سے زیادہ توجہ دیکھ رہے ہیں۔

الیکٹرومیگنیٹک تداخل کم کرنے کے لیے سیمی کنڈکٹر حل میں صنعتی رجحانات

آج کل سازوسامان تیار کرنے والے ادارے مشترکہ پیکجوں میں جامع نظام کے ذریعے برقی مقناطیسی تداخل (EMI) کو کم کرنے کی طرف متوجہ ہو رہے ہیں، جس میں ترقی یافتہ فلٹرنگ مواد کو ذہین انداز میں نصب کیا جاتا ہے۔ حالیہ مارکیٹ تحقیق (2024) کے مطابق، تقریباً دو تہائی نئے جاری کردہ پاور مینجمنٹ آئی سیز میں کسی نہ کسی قسم کی خودکار EMI دبانے کی صلاحیت موجود ہوتی ہے۔ یہ تناسب صرف 2020 میں 40 فیصد سے تھوڑا زیادہ تھا، جو اب نمایاں اضافہ ہے۔ تازہ ترین کنٹرولر ڈیزائن اس سے بھی آگے بڑھ کر اپنے اندر فعال شور کی منسوخی کی ٹیکنالوجی کو شامل کرتے ہیں۔ ان یکسر حل کاروں کی مدد سے روایتی علیحدہ اجزاء کے مقابلے میں تقریباً 15 dB تک تداخل کم ہوتا ہے، جبکہ سرکٹ بورڈز پر تقریباً 30 فیصد کم جگہ لیتے ہیں۔ انجینئرز جو تنگ جگہ کی پابندیوں کے درمیان کام کر رہے ہوں، اس سے کارکردگی اور جگہ کے درمیان توازن میں حقیقی پیش رفت حاصل ہوتی ہے۔

سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز کے اندر EMI فلٹرنگ کا ادراج

EMI فلٹر کے استعمال کو دوبارہ تشکیل دینے والی تین اہم یکسر حکمت عملیاں ہیں:

1. چپ پر علیحدگی کے نیٹ ورک اعلیٰ خفہ دار مواد کا استعمال کرتے ہوئے
2. کرنٹ بیلنسنگ آرکیٹیکچرز ولٹیج ریگولیٹرز میں
3. فریکوئنسی سلیکٹو اتینوایشن کے لیے تطبیقی امپیڈنس میچنگ فریکوئنسی پر مبنی شور کو کم کرنے کے لیے

ان تمام ضم شدہ طریقوں سے پیرازائٹک نقصان میں کمی ہوتی ہے 45%روایتی خارجی EMI فلٹرز کے مقابلے میں جبکہ FCC Part 15 Class B اخراج معیارات کے ساتھ مطابقت برقرار رکھتے ہوئے۔ تاہم، حرارتی انتظام ان ڈیزائنز میں مشکل کام رہتا ہے جہاں فلٹرنگ کمپونینٹس زیادہ طاقت والے ٹرانزسٹرز کے ساتھ سلیکون کی جگہ شیئر کرتے ہیں۔

EMI فلٹر کی ترقی میں صغرنگاری اور ڈیزائن کی تخلیقی صلاحیت

جدید PCBs میں EMI فلٹر کی صغرنگاری اور جگہ بچانے والے ڈیزائن

جدید الیکٹرانکس اب وہ EMI فلٹرز مانگتی ہیں جو 2019 کے ڈیزائنز کے مقابلے میں 68% کم PCB جگہ لیتے ہیں، جس کی وجہ 5G انفراسٹرکچر کی ضروریات اور پہننے والی اشیاء کی پابندیاں ہیں۔ منفرد فلٹرنگ فنکشنز کے ساتھ ملٹی لیئر سرامک کیپسیٹرز کمپونینٹس کی تعداد میں 40% کمی کرتے ہیں جبکہ 100MHz فریکوئنسی پر 60dB شور کو دبانے کی صلاحیت برقرار رکھتے ہیں۔

چھوٹے EMI فلٹرز کو ممکن بنانے والی مواد کی سائنس کی ترقی

نانو کرسٹلین مرکزی مواد روایتی فیرائٹس کے مقابلے میں 92% تک شدّتِ شار کی بہتری حاصل کرتے ہیں، جس سے حرارتی استحکام کو قربان کیے بغیر 3mm² فلٹر کے نقشے ممکن ہوتے ہیں۔ حالیہ پیشرفتیں جو موصل پولیمر کمپوزٹس میں ہوئی ہیں وہ 1.2mm موٹی تشکیلات میں 0.1–6GHz رُخن کو 85% کی کارکردگی کے ساتھ دبانے کی اجازت دیتی ہیں۔

سائز میں کمی اور فلٹرنگ کی کارکردگی کے درمیان متوازن معاملات

فلٹر کے ابعاد کو چھوٹا کرنا عام طور پر نا خواستہ کیپیسیٹنس میں 15–25% تک اضافہ کر دیتا ہے، جس کی وجہ سے منفرد امپیڈنس میچنگ نیٹ ورکس کی ضرورت ہوتی ہے۔ ڈیزائنرز مندرجہ ذیل کے ذریعے معاوضہ دیتے ہیں:

• فریکوئنسی کے انتخاب والے شیلڈنگ لیئرز
• منسلک ڈیمپنگ سرکٹس
• 3D انڈکٹر وائنڈنگ ٹیکنیکس

کیس اسٹڈی: پہننے کی صارف الیکٹرانکس میں چھوٹے EMI فلٹرز

حال ہی میں ایک اسمارٹ واچ کے نفاذ میں 2.8mm³ کے EMI فلٹرز کو دکھایا گیا ہے جو PMIC ماڈیولز کی جانب سے سوئچنگ کے شور کو 73dBμV/m تک کم کر دیتے ہیں – EN 55032 کلاس B کی ضروریات کو پورا کرتے ہوئے، جبکہ پچھلی نسل کے مقابلے میں 35% کم بورڈ جگہ استعمال کرتے ہیں۔

ایکٹو اور پیسیو ای ایم آئی فلٹرنگ: کارکردگی، پیچیدگی، اور استعمال کے مقدمات

ایکٹو اور پیسیو ای ایم آئی فلٹرز کے درمیان بنیادی فرق

ای ایم آئی فلٹرز دو اہم اقسام میں آتے ہیں - ایکٹو اور پیسیو - اور یہ الیکٹرومیگنیٹک تداخل کو بالکل مختلف طریقوں سے حل کرتے ہیں۔ پیسیو فلٹرز غیر مطلوبہ فریکوئنسیز کو روکنے کے لیے رزلسترز، کیپس، اور کوائلز کو جوڑ کر کام کرتے ہیں۔ ان کا اچھا پہلو یہ ہے کہ انہیں کام کرنے کے لیے کسی خارجی بجلی کے ذریعہ کی ضرورت نہیں ہوتی۔ ایکٹو فلٹرز بالکل مختلف کہانی ہیں۔ یہ اوپ ایمپس کا استعمال کرتے ہیں اور تداخل کے سگنلز کے خلاف حملہ آور ہونے کے لیے خارجی بجلی کی ضرورت ہوتی ہے۔ پچھلے سال کی کچھ حالیہ ٹیسٹنگ کے مطابق، ان دونوں طریقوں کے درمیان کچھ اہم فرق نوٹ کرنے کے قابل ہیں۔

خصوصیت	ایکٹو فلٹرز	پیسیو فلٹرز
پاور ریکوائرمنٹ	ہاں	نہیں
تعدد کی حد	کم فریکوئنسیز کے لیے بہترین	زیادہ فریکوئنسیز پر مؤثر
سگنل گین	تجویز ممکن ہے	صرف کمی
لگام	15–30 فیصد زیادہ	اولیہ لاگت کم ہے

نویز کی منسوخی کے لیے بجلی کی ترسیل کے ڈیزائن میں ایکٹو EMI فلٹرز

بجلی کی ترسیل کی پیچیدہ صورتحال میں جہاں ناپسندیدہ شور کو ختم کرنا بہت اہم ہوتا ہے، وہاں ایکٹو فلٹرز واقعی نمایاں ہوتے ہیں۔ یہ آج کل ہم سب کو معلوم خاص قسم کے نویز کینسلنگ ہیڈ فونز کی طرح کام کرتے ہی ہیں، لیکن یہ صوتی لہروں کے بجائے برقی سگنلز سے نمٹتے ہیں۔ ان فلٹرز کا کام کرنے کا طریقہ مخالف فیز کے سگنلز خارج کرنا ہوتا ہے جو بنیادی طور پر تداخل کو منسوخ کر دیتے ہیں۔ اس شعبے کی بڑی کمپنیوں نے حال ہی میں اپنے انضمامی سرکٹس میں ذہین موافقت پذیر الگورتھم شامل کرنا شروع کر دیا ہے۔ رپورٹس کے مطابق اس سے خارجی فلٹرز کے لیے درکار جگہ تقریباً آدھی رہ گئی ہے، اور پھر بھی تمام چیزیں FCC Part 15B ضوابط کے اندر رہتی ہیں جو برقی مقناطیسی مطابقت کے لیے مقرر کیے گئے ہیں۔

فیڈ بیک کنٹرول کا استعمال کرتے ہوئے حقیقی وقت کے موافقت پذیر EMI فلٹرنگ سسٹمز

جدید ایکٹو فلٹرز مائیکرو سیکنڈ کے اندر فلٹرنگ کے پیرامیٹرز کو ڈھالنے کے لیے حقیقی وقت میں امپیڈنس مانیٹرنگ اور ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ (DSP) کا استعمال کرتے ہیں۔ صنعتی روبوٹکس اور 5G انفراسٹرکچر جیسی جگہوں پر، جہاں EMI خصوصیات تیزی سے بدل جاتی ہیں، یہ صلاحیت نہایت اہم ثابت ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، موافقت پذیر نظام سگنل کی سالمیت کو متاثر کیے بغیر 80 dBµV سے زائد عارضی شور کی لہروں کو دبانے کے قابل ہوتے ہیں۔

تبادلہ خیال: کیا ایکٹو فلٹرز کی پیچیدگی کی اضافی قیمت ادا کرنے کے قابل ہے؟

ایکٹو فلٹرز گھنے سرکٹ بورڈز کے لیے درکار اجزاء کو کم کر دیتے ہیں، لیکن ان کی قیمت متبادل اشیاء کے مقابلے میں تقریباً 1.5 سے 2 گنا زیادہ ہوتی ہے، جس کی وجہ سے انجینئرز کے درمیان کافی بحث چل رہی ہے۔ اب بھی بہت سے لوگ سوچتے ہیں کہ 500 کلو ہرٹز سے کم فریکوئنسی والے تجارتی استعمالات میں سات میں سے سات تک پاسیو آپشنز بخوبی کام کرتی ہیں۔ دوسری طرف، حامی لمبے عرصے کے فوائد کی نشاندہی کرتے ہیں۔ گزشتہ سال کی حالیہ تحقیق میں پتہ چلا کہ جب ان خصوصی EMI دبانے کی تکنیک کا استعمال کیا جاتا ہے تو میدان میں معاون نظام ڈرائیونگ کے ساتھ گاڑیوں میں 22 فیصد کم مسائل ہوتے ہیں۔ آخر کار، یہ بات اس بات پر منحصر ہوتی ہے کہ بہتر کارکردگی کے لیے زیادہ پیچیدہ ڈیزائن کے ساتھ نمٹنا قابلِ قبول ہے یا نہیں، جو اس بات پر منحصر ہے کہ ہم کس خاص منصوبے کی بات کر رہے ہیں۔

5G اور ہائی فریکوئنسی اطلاقات میں EMI فلٹرز کا سسٹم لیول انضمام

سگنل کی درستگی کے لیے سسٹم ڈیزائن میں EMI فلٹرز کا انضمام

تازہ ترین 5G سسٹمز کو واقعی ان خصوصی طور پر ڈیزائن کردہ EMI فلٹرز کی ضرورت ہوتی ہے اگر وہ ان بھرے ہوئے سرکٹس میں سگنلز کو صاف رکھنا چاہتے ہیں۔ 2024 کی کچھ صنعتی تحقیق کے مطابق، 5G RF آلات کے تقریباً ہر دس میں سے آٹھ مسائل دراصل تمام چیزوں کو اکٹھا کرتے وقت غیر مناسب EMC منصوبہ بندی تک محدود ہوتے ہیں۔ آج کل انجینئرز ان متعدد مرحلے والے فلٹر سیٹ اپس پر توجہ مرکوز کر رہے ہیں کیونکہ یہ نچلی فریکوئنسی کی چیزوں (تقریباً 30 MHz تک) اور 1 GHz سے زیادہ فریکوئنسی پر بلند ترین شور دونوں سے نمٹتے ہیں، جو طاقتور بیس بینڈ پروسیسرز کے لیے خاص طور پر اہم ہے۔ عملی طور پر اس کا مطلب یہ ہے کہ mmWave مواصلاتی سیٹ اپس میں پرانے ڈیزائنز کے مقابلے میں بِٹ غلطیاں تقریباً 40 سے 60 فیصد تک کم ہو جاتی ہیں، جو حقیقی دنیا کی کارکردگی میں بہت بڑا فرق ڈالتا ہے۔

eMI شیلڈنگ اور اعلیٰ فریکوئنسی فلٹرنگ کے لیے 5G ٹیکنالوجی کے چیلنجز

5 جی کی 3.5 تا 7.125 گیگا ہرٹز فریکوئنسی بینڈز میں منتقلی نے روایتی شیلڈنگ طریقوں میں اہم خامیاں بے نقاب کر دی ہیں۔ 28 گیگا ہرٹز مِلی میٹر ویو فریکوئنسیز پر، سکن ڈپتھ کے اثرات شیلڈنگ کی موثر صلاحیت کو سب-6 گیگا ہرٹز اطلاقات کے مقابلے میں 72 فیصد تک کم کر دیتے ہیں (انڈسٹری رپورٹ 2024)۔ انجینئرز اس کا مقابلہ ہائبرڈ حل کے ذریعے کرتے ہیں:

• 6 گیگا ہرٹز پر 80 ڈی بی تخفیف کے ساتھ موصل گسکٹس
• سمتی شیلڈنگ کے لیے فریکوئنسی منتخب سطحیں (ایف ایس ایس)
• حقیقی وقت میں امپیڈنس میچنگ کا استعمال کرتے ہوئے موافقت پذیر ای ایم آئی دبانے والے الگورتھم

آر ایف کثیر ماحول میں ای ایم آئی فلٹرز کے لیے زیادہ فریکوئنسی رینج کی ضروریات

نئی وائی فائی 7 (5.925 تا 7.125 گیگا ہرٹز) اور سیٹلائٹ کمیونیکیشن (12 تا 40 گیگا ہرٹز) معیارات ای ایم آئی فلٹرز کو روایتی حدود سے آگے دھکیل رہے ہیں۔ موجودہ تحقیق و ترقی کا مرکزِ توجہ ہے:

پیرامیٹر	قدیم فلٹرز	اگلی نسل کی ضرورت
تعدد کی حد	ڈی سی – 6 گیگا ہرٹز	ڈی سی – 40 گیگا ہرٹز
اندراج کی زیادی	< 1 dB @ 2 GHz	< 0.8 dB @ 28 GHz
کامن ماڈ ریجیکشن	30 ڈی بی	45 dB

نکل-زنک فیرائٹس اور لیکوئڈ کرسٹل پولیمر سبسٹریٹس جیسے مواد اب 24 GHz پر قریبی میدان کی کپلنگ میں 91% تک کمی ممکن بناتے ہیں، جو فیزڈ ارے اینٹینا ماڈیولز میں تداخل کا حل فراہم کرتے ہیں (میٹیریل سائنس ایڈوانسس 2023)

بار بار پوچھے جانے والے سوالات (FAQs)

برقی مقناطیسی تداخل (EMI) کیا ہے؟

برقی مقناطیسی تداخل (EMI) وہ خلل ہے جو برقی مقناطیسی تابکاری الیکٹرانک اشیاء کی کارکردگی میں پیدا کرتی ہے، جس کے نتیجے میں سگنل کی تشکیل متاثر ہوتی ہے، ڈیٹا تباہ ہوتا ہے، یا نظام ناکام ہو سکتا ہے۔

حالیہ سالوں میں EMI کا مسئلہ بڑھنے کی وجہ کیا ہے؟

EMI کے مسائل میں اضافہ بنیادی طور پر اشیاء کی چھوٹی شکل، وائرلیس صلاحیتوں میں اضافہ، اور 5G ٹیکنالوجی اور اسمارٹ اشیاء جیسی زیادہ فریکوئنسی والی پاور سپلائی کی وجہ سے ہوا ہے۔

ایکٹو اور پیسیو EMI فلٹرز میں کیا فرق ہے؟

ایکٹو فلٹرز کو بیرونی طاقت کی ضرورت ہوتی ہے اور وہ سگنلز کو تقویت دینے کے قابل ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے وہ کم فریکوئنسی کے درخواستوں کے لیے زیادہ مناسب ہوتے ہی ہیں۔ پیسیو فلٹرز کو بیرونی طاقت کی ضرورت نہیں ہوتی اور وہ زیادہ فریکوئنسی پر مؤثر ہوتے ہیں، لیکن وہ صرف کمزور پڑنے (اتینوایشن) کی سہولت فراہم کرتے ہیں۔

سیمی کنڈکٹر ٹیکنالوجی میں EMI فلٹرنگ کیوں اہم ہے؟

جیسے جیسے سیمی کنڈکٹر نوڈس ذیلِ 10 نینومیٹر کے پیمانے تک چھوٹتے ہیں، اجزاء کی برقی خصوصیات EMI کے ساتھ چیلنجز پیدا کرتی ہیں۔ اس قسم کے محدود ماحول میں رُخ کی روک تھام کے لیے موثر فلٹرنگ نہایت ضروری ہوتی ہے۔

5G ٹیکنالوجی EMI کے معاملات پر کیسے اثر انداز ہوتی ہے؟

5G کی زیادہ فریکوئنسی اور گنجان ماحول روایتی EMI فلٹرنگ اور شیلڈنگ کی تکنیکوں کی حدود کو چیلنج کرتے ہیں، جس کی وجہ سے سگنل کی سالمیت برقرار رکھنے کے لیے جدید انجینئرنگ حل کی ضرورت ہوتی ہے۔