मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) वायरिंग हाई-स्पीड सर्किट में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, लेकिन यह अक्सर सर्किट डिजाइन प्रक्रिया के अंतिम चरणों में से एक है। हाई-स्पीड पीसीबी वायरिंग में कई समस्याएं हैं, और इस विषय पर बहुत सारा साहित्य लिखा गया है। यह लेख मुख्य रूप से व्यावहारिक दृष्टिकोण से हाई-स्पीड सर्किट की वायरिंग पर चर्चा करता है। मुख्य उद्देश्य नए उपयोगकर्ताओं को कई अलग-अलग मुद्दों पर ध्यान देने में मदद करना है जिन्हें हाई-स्पीड सर्किट पीसीबी लेआउट डिजाइन करते समय विचार करने की आवश्यकता है। एक अन्य उद्देश्य उन ग्राहकों के लिए समीक्षा सामग्री प्रदान करना है जिन्होंने कुछ समय से पीसीबी वायरिंग को नहीं छुआ है। सीमित लेआउट के कारण, यह आलेख सभी मुद्दों पर विस्तार से चर्चा नहीं कर सकता है, लेकिन हम उन प्रमुख भागों पर चर्चा करेंगे जिनका सर्किट प्रदर्शन में सुधार, डिज़ाइन समय को छोटा करने और संशोधन समय बचाने पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है।

यद्यपि यहां मुख्य फोकस हाई-स्पीड ऑपरेशनल एम्पलीफायरों से संबंधित सर्किट पर है, यहां चर्चा की गई समस्याएं और विधियां आम तौर पर अधिकांश अन्य हाई-स्पीड एनालॉग सर्किट में उपयोग की जाने वाली वायरिंग पर लागू होती हैं। जब ऑपरेशनल एम्पलीफायर बहुत उच्च रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) फ्रीक्वेंसी बैंड में काम करता है, तो सर्किट का प्रदर्शन काफी हद तक पीसीबी लेआउट पर निर्भर करता है। उच्च-प्रदर्शन सर्किट डिज़ाइन जो "चित्र" पर अच्छे लगते हैं, केवल सामान्य प्रदर्शन प्राप्त कर सकते हैं यदि वे वायरिंग के दौरान लापरवाही से प्रभावित होते हैं। वायरिंग प्रक्रिया के दौरान महत्वपूर्ण विवरणों पर पूर्व-विचार और ध्यान अपेक्षित सर्किट प्रदर्शन सुनिश्चित करने में मदद करेगा।

योजनाबद्ध आरेख

हालाँकि एक अच्छी योजनाबद्धता अच्छी वायरिंग की गारंटी नहीं दे सकती, एक अच्छी वायरिंग एक अच्छी योजनाबद्धता से शुरू होती है। योजनाबद्ध आरेख बनाते समय सावधानी से सोचें, और आपको पूरे सर्किट के सिग्नल प्रवाह पर विचार करना चाहिए। यदि योजनाबद्ध में बाएं से दाएं सामान्य और स्थिर सिग्नल प्रवाह है, तो पीसीबी पर भी उतना ही अच्छा सिग्नल प्रवाह होना चाहिए। योजनाबद्ध तरीके से यथासंभव उपयोगी जानकारी दें। क्योंकि कभी-कभी सर्किट डिजाइन इंजीनियर वहां नहीं होता है, ग्राहक हमसे सर्किट समस्या को हल करने में मदद करने के लिए कहेंगे, इस काम में लगे डिजाइनर, तकनीशियन और इंजीनियर हमारे सहित बहुत आभारी होंगे।

सामान्य संदर्भ पहचानकर्ताओं, बिजली की खपत और त्रुटि सहनशीलता के अलावा, योजनाबद्ध में क्या जानकारी दी जानी चाहिए? सामान्य स्कीमैटिक्स को प्रथम श्रेणी स्कीमैटिक्स में बदलने के लिए यहां कुछ सुझाव दिए गए हैं। तरंगरूप, शेल के बारे में यांत्रिक जानकारी, मुद्रित रेखाओं की लंबाई, रिक्त क्षेत्र जोड़ें; इंगित करें कि किन घटकों को पीसीबी पर रखने की आवश्यकता है; समायोजन जानकारी, घटक मूल्य सीमाएँ, गर्मी अपव्यय जानकारी, नियंत्रण प्रतिबाधा मुद्रित लाइनें, टिप्पणियाँ और संक्षिप्त सर्किट कार्रवाई विवरण दें... (और अन्य)।
किसी पर विश्वास न करें

यदि आप स्वयं वायरिंग डिज़ाइन नहीं कर रहे हैं, तो वायरिंग करने वाले व्यक्ति के डिज़ाइन को सावधानीपूर्वक जांचने के लिए पर्याप्त समय देना सुनिश्चित करें। इस बिंदु पर एक छोटी सी रोकथाम उपाय से सौ गुना अधिक मूल्यवान है। यह अपेक्षा न करें कि वायरिंग करने वाला व्यक्ति आपके विचारों को समझेगा। वायरिंग डिज़ाइन प्रक्रिया के शुरुआती चरणों में आपकी राय और मार्गदर्शन सबसे महत्वपूर्ण हैं। आप जितनी अधिक जानकारी प्रदान कर सकते हैं, और जितना अधिक आप पूरी वायरिंग प्रक्रिया में हस्तक्षेप करेंगे, परिणामी पीसीबी उतना ही बेहतर होगा। अपनी इच्छित वायरिंग प्रगति रिपोर्ट के अनुसार वायरिंग डिज़ाइन इंजीनियर-त्वरित जांच के लिए एक अस्थायी समापन बिंदु निर्धारित करें। यह "बंद लूप" विधि वायरिंग को भटकने से रोकती है, जिससे दोबारा काम करने की संभावना कम हो जाती है।

वायरिंग इंजीनियर को दिए जाने वाले निर्देशों में शामिल हैं: सर्किट फ़ंक्शन का संक्षिप्त विवरण, इनपुट और आउटपुट स्थिति को दर्शाने वाला पीसीबी का एक योजनाबद्ध आरेख, पीसीबी स्टैकिंग जानकारी (उदाहरण के लिए, बोर्ड कितना मोटा है, कितनी परतें हैं) प्रत्येक सिग्नल परत और ग्राउंड प्लेन-फ़ंक्शन बिजली की खपत, ग्राउंड वायर, एनालॉग सिग्नल, डिजिटल सिग्नल और आरएफ सिग्नल के बारे में विस्तृत जानकारी है); प्रत्येक परत के लिए कौन से सिग्नल आवश्यक हैं; महत्वपूर्ण घटकों की नियुक्ति की आवश्यकता है; बाईपास घटकों का सटीक स्थान; कौन सी मुद्रित पंक्तियाँ महत्वपूर्ण हैं; मुद्रित लाइनों की प्रतिबाधा को नियंत्रित करने के लिए किन लाइनों की आवश्यकता होती है; किन पंक्तियों की लंबाई से मेल खाना आवश्यक है; घटकों का आकार; कौन सी मुद्रित लाइनें एक दूसरे से दूर (या करीब) होनी चाहिए; कौन सी रेखाएँ एक दूसरे से बहुत दूर (या करीब) होनी चाहिए; किन घटकों को एक दूसरे से दूर (या करीब) होना चाहिए; कौन से घटकों को पीसीबी के शीर्ष पर रखने की आवश्यकता है, कौन से को नीचे रखा गया है। कभी यह शिकायत न करें कि दूसरों के लिए बहुत अधिक जानकारी है-बहुत कम? क्या यह बहुत ज़्यादा है? ऐसा न करें।

एक सीखने का अनुभव: लगभग 10 साल पहले, मैंने एक मल्टीलेयर सतह माउंट सर्किट बोर्ड डिजाइन किया था - बोर्ड के दोनों तरफ घटक हैं। बोर्ड को गोल्ड-प्लेटेड एल्यूमीनियम शेल में ठीक करने के लिए बहुत सारे स्क्रू का उपयोग करें (क्योंकि इसमें बहुत सख्त एंटी-कंपन संकेतक होते हैं)। बायस फीडथ्रू प्रदान करने वाले पिन बोर्ड से होकर गुजरते हैं। यह पिन सोल्डरिंग तारों द्वारा पीसीबी से जुड़ा होता है। यह एक बहुत ही जटिल उपकरण है. बोर्ड पर कुछ घटकों का उपयोग परीक्षण सेटिंग (SAT) के लिए किया जाता है। लेकिन मैंने इन घटकों के स्थान को स्पष्ट रूप से परिभाषित किया है। क्या आप अनुमान लगा सकते हैं कि ये घटक कहाँ स्थापित हैं? वैसे, बोर्ड के नीचे. जब उत्पाद इंजीनियरों और तकनीशियनों को पूरे उपकरण को अलग करना पड़ा और सेटिंग्स पूरी करने के बाद उन्हें फिर से जोड़ना पड़ा, तो वे बहुत नाखुश लग रहे थे। तब से मैंने यह गलती दोबारा नहीं की।

पद

पीसीबी की तरह ही, स्थान ही सब कुछ है। पीसीबी पर सर्किट कहाँ लगाना है, इसके विशिष्ट सर्किट घटकों को कहाँ स्थापित करना है, और अन्य आसन्न सर्किट क्या हैं, ये सभी बहुत महत्वपूर्ण हैं।

आमतौर पर, इनपुट, आउटपुट और बिजली आपूर्ति की स्थिति पूर्व निर्धारित होती है, लेकिन उनके बीच के सर्किट को "अपनी रचनात्मकता को चलाने" की आवश्यकता होती है। यही कारण है कि वायरिंग विवरण पर ध्यान देने से भारी रिटर्न मिलेगा। मुख्य घटकों के स्थान से प्रारंभ करें और विशिष्ट सर्किट और संपूर्ण पीसीबी पर विचार करें। शुरुआत से ही प्रमुख घटकों और सिग्नल पथों का स्थान निर्दिष्ट करने से यह सुनिश्चित करने में मदद मिलती है कि डिज़ाइन अपेक्षित कार्य लक्ष्यों को पूरा करता है। पहली बार सही डिज़ाइन प्राप्त करने से लागत और दबाव कम हो सकता है और विकास चक्र छोटा हो सकता है।

बाईपास शक्ति

शोर को कम करने के लिए एम्पलीफायर के पावर पक्ष पर बिजली की आपूर्ति को बायपास करना पीसीबी डिजाइन प्रक्रिया में एक बहुत ही महत्वपूर्ण पहलू है - जिसमें उच्च गति परिचालन एम्पलीफायर या अन्य उच्च गति सर्किट शामिल हैं। हाई-स्पीड ऑपरेशनल एम्पलीफायरों को बायपास करने के लिए दो सामान्य कॉन्फ़िगरेशन विधियाँ हैं।

बिजली आपूर्ति टर्मिनल को ग्राउंड करना: यह विधि ज्यादातर मामलों में सबसे प्रभावी है, परिचालन एम्पलीफायर की बिजली आपूर्ति पिन को सीधे ग्राउंड करने के लिए कई समानांतर कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है। आम तौर पर, दो समानांतर कैपेसिटर पर्याप्त होते हैं-लेकिन समानांतर कैपेसिटर जोड़ने से कुछ सर्किट को फायदा हो सकता है।

विभिन्न कैपेसिटेंस मान वाले कैपेसिटर का समानांतर कनेक्शन यह सुनिश्चित करने में मदद करता है कि व्यापक आवृत्ति बैंड पर बिजली आपूर्ति पिन पर केवल कम प्रत्यावर्ती धारा (एसी) प्रतिबाधा देखी जा सकती है। यह परिचालन एम्पलीफायर बिजली आपूर्ति अस्वीकृति अनुपात (पीएसआर) की क्षीणन आवृत्ति पर विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। यह संधारित्र एम्पलीफायर के कम हुए पीएसआर की भरपाई करने में मदद करता है। कई दस-ऑक्टेव रेंज में कम प्रतिबाधा वाले ग्राउंड पथ को बनाए रखने से यह सुनिश्चित करने में मदद मिलेगी कि हानिकारक शोर ऑप amp में प्रवेश नहीं कर सकता है। चित्र 1 समानांतर में एकाधिक कैपेसिटर का उपयोग करने के फायदे दिखाता है। कम आवृत्तियों पर, बड़े कैपेसिटर कम प्रतिबाधा वाला ग्राउंड पथ प्रदान करते हैं। लेकिन एक बार जब आवृत्ति अपनी स्वयं की गुंजयमान आवृत्ति तक पहुंच जाती है, तो संधारित्र की धारिता कमजोर हो जाएगी और धीरे-धीरे प्रेरक दिखाई देगी। यही कारण है कि कई कैपेसिटर का उपयोग करना महत्वपूर्ण है: जब एक कैपेसिटर की आवृत्ति प्रतिक्रिया कम होने लगती है, तो दूसरे कैपेसिटर की आवृत्ति प्रतिक्रिया काम करना शुरू कर देती है, इसलिए यह कई दस-ऑक्टेव रेंज में बहुत कम एसी प्रतिबाधा बनाए रख सकता है।

ऑप amp के बिजली आपूर्ति पिन से सीधे प्रारंभ करें; सबसे छोटी कैपेसिटेंस और सबसे छोटे भौतिक आकार वाले कैपेसिटर को पीसीबी के ऑप amp के समान तरफ रखा जाना चाहिए - और जितना संभव हो एम्पलीफायर के करीब होना चाहिए। संधारित्र का ग्राउंड टर्मिनल सबसे छोटे पिन या मुद्रित तार के साथ सीधे ग्राउंड प्लेन से जुड़ा होना चाहिए। पावर टर्मिनल और ग्राउंड टर्मिनल के बीच हस्तक्षेप को कम करने के लिए उपरोक्त ग्राउंड कनेक्शन एम्पलीफायर के लोड टर्मिनल के जितना संभव हो उतना करीब होना चाहिए।

अगले सबसे बड़े कैपेसिटेंस मान वाले कैपेसिटर के लिए इस प्रक्रिया को दोहराया जाना चाहिए। 0.01 µF के न्यूनतम कैपेसिटेंस मान से शुरू करना और उसके करीब कम समकक्ष श्रृंखला प्रतिरोध (ESR) के साथ 2.2 µF (या बड़ा) इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर रखना सबसे अच्छा है। 0508 केस आकार वाले 0.01 µF संधारित्र में बहुत कम श्रृंखला अधिष्ठापन और उत्कृष्ट उच्च आवृत्ति प्रदर्शन है।

बिजली की आपूर्ति से बिजली की आपूर्ति: एक अन्य कॉन्फ़िगरेशन विधि परिचालन एम्पलीफायर के सकारात्मक और नकारात्मक बिजली आपूर्ति टर्मिनलों से जुड़े एक या अधिक बाईपास कैपेसिटर का उपयोग करती है। इस विधि का उपयोग आमतौर पर तब किया जाता है जब सर्किट में चार कैपेसिटर को कॉन्फ़िगर करना मुश्किल होता है। इसका नुकसान यह है कि संधारित्र के केस का आकार बढ़ सकता है क्योंकि संधारित्र पर वोल्टेज एकल-आपूर्ति बाईपास विधि में वोल्टेज मान से दोगुना है। वोल्टेज बढ़ाने के लिए डिवाइस के रेटेड ब्रेकडाउन वोल्टेज को बढ़ाने की आवश्यकता होती है, यानी आवास के आकार में वृद्धि होती है। हालाँकि, यह विधि पीएसआर और विरूपण प्रदर्शन में सुधार कर सकती है।

क्योंकि प्रत्येक सर्किट और वायरिंग अलग-अलग होती है, कैपेसिटर का कॉन्फ़िगरेशन, संख्या और कैपेसिटेंस मान वास्तविक सर्किट की आवश्यकताओं के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए।