अभियांत्रिकी क्षेत्रातील डिजिटल डिझाइनर आणि डिजिटल सर्किट बोर्ड डिझाइन तज्ञांची संख्या सतत वाढत आहे, जे उद्योगाच्या विकासाचा कल प्रतिबिंबित करते. जरी डिजिटल डिझाइनवर जोर देण्यात आला असला तरी इलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांमध्ये मोठ्या घडामोडी घडल्या आहेत, तरीही ती अस्तित्त्वात आहे आणि तेथे काही सर्किट डिझाइन असतात जे अ‍ॅनालॉग किंवा वास्तविक वातावरणासह इंटरफेस करतात. अ‍ॅनालॉग आणि डिजिटल फील्डमधील वायरिंगच्या रणनीतींमध्ये काही समानता आहेत, परंतु जेव्हा आपल्याला चांगले परिणाम मिळवायचे असतील तेव्हा त्यांच्या वायरिंगच्या वेगवेगळ्या रणनीतीमुळे, साध्या सर्किट वायरिंग डिझाइन यापुढे इष्टतम समाधान होणार नाही.
या लेखात बायपास कॅपेसिटर, वीजपुरवठा, ग्राउंड डिझाइन, व्होल्टेज त्रुटी आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेप (ईएमआय) च्या पीसीबी वायरिंगमुळे होणार्‍या मूलभूत समानता आणि एनालॉग आणि डिजिटल वायरिंगमधील फरक याबद्दल चर्चा केली आहे.
अभियांत्रिकी क्षेत्रातील डिजिटल डिझाइनर आणि डिजिटल सर्किट बोर्ड डिझाइन तज्ञांची संख्या सतत वाढत आहे, जे उद्योगाच्या विकासाचा कल प्रतिबिंबित करते. जरी डिजिटल डिझाइनवर जोर देण्यात आला असला तरी इलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांमध्ये मोठ्या घडामोडी घडल्या आहेत, तरीही ती अस्तित्त्वात आहे आणि तेथे काही सर्किट डिझाइन असतात जे अ‍ॅनालॉग किंवा वास्तविक वातावरणासह इंटरफेस करतात. अ‍ॅनालॉग आणि डिजिटल फील्डमधील वायरिंगच्या रणनीतींमध्ये काही समानता आहेत, परंतु जेव्हा आपल्याला चांगले परिणाम मिळवायचे असतील तेव्हा त्यांच्या वायरिंगच्या वेगवेगळ्या रणनीतीमुळे, साध्या सर्किट वायरिंग डिझाइन यापुढे इष्टतम समाधान होणार नाही.
या लेखात बायपास कॅपेसिटर, वीजपुरवठा, ग्राउंड डिझाइन, व्होल्टेज त्रुटी आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेप (ईएमआय) च्या पीसीबी वायरिंगमुळे होणार्‍या मूलभूत समानता आणि एनालॉग आणि डिजिटल वायरिंगमधील फरक याबद्दल चर्चा केली आहे.
सर्किट बोर्डवर बायपास किंवा डिकॉपलिंग कॅपेसिटर जोडणे आणि बोर्डवर या कॅपेसिटरचे स्थान डिजिटल आणि अ‍ॅनालॉग डिझाइनसाठी सामान्य ज्ञान आहे. पण विशेष म्हणजे कारणे भिन्न आहेत.
अ‍ॅनालॉग वायरिंग डिझाइनमध्ये, बायपास कॅपेसिटर सामान्यत: वीजपुरवठ्यावर उच्च-वारंवारता सिग्नल बायपास करण्यासाठी वापरले जातात. बायपास कॅपेसिटर जोडले गेले नसल्यास, हे उच्च-वारंवारता सिग्नल वीजपुरवठा पिनद्वारे संवेदनशील अ‍ॅनालॉग चिप्समध्ये प्रवेश करू शकतात. सर्वसाधारणपणे सांगायचे तर, या उच्च-वारंवारतेच्या सिग्नलची वारंवारता उच्च-फ्रिक्वेन्सी सिग्नल दडपण्यासाठी अ‍ॅनालॉग डिव्हाइसच्या क्षमतेपेक्षा जास्त आहे. जर बायपास कॅपेसिटर एनालॉग सर्किटमध्ये वापरला गेला नाही तर सिग्नल मार्गात आवाज सादर केला जाऊ शकतो आणि अधिक गंभीर प्रकरणांमध्ये, यामुळे कंप देखील होऊ शकते.
अ‍ॅनालॉग आणि डिजिटल पीसीबी डिझाइनमध्ये, बायपास किंवा डिकॉपलिंग कॅपेसिटर (0.1UF) शक्य तितक्या डिव्हाइसच्या जवळ ठेवावे. सर्किट बोर्डच्या पॉवर लाइन प्रवेशद्वारावर वीजपुरवठा डिकॉपलिंग कॅपेसिटर (10 यूएफ) ठेवावा. सर्व प्रकरणांमध्ये, या कॅपेसिटरचे पिन लहान असले पाहिजेत.
आकृती 2 मधील सर्किट बोर्डवर, पॉवर आणि ग्राउंड वायरला मार्ग देण्यासाठी भिन्न मार्ग वापरले जातात. या अयोग्य सहकार्यामुळे, सर्किट बोर्डवरील इलेक्ट्रॉनिक घटक आणि सर्किट्स इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेपाच्या अधीन असण्याची शक्यता असते.
आकृती 3 च्या एकाच पॅनेलमध्ये, सर्किट बोर्डवरील घटकांना पॉवर आणि ग्राउंड वायर एकमेकांच्या जवळ आहेत. आकृती 2 मध्ये दर्शविल्यानुसार या सर्किट बोर्डमधील पॉवर लाइन आणि ग्राउंड लाइनचे जुळणारे प्रमाण योग्य आहे. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेप (ईएमआय) च्या अधीन असलेल्या सर्किट बोर्डमधील इलेक्ट्रॉनिक घटक आणि सर्किटची संभाव्यता 679/12.8 वेळा किंवा सुमारे 54 वेळा कमी झाली आहे.
कंट्रोलर आणि प्रोसेसर सारख्या डिजिटल डिव्हाइससाठी, डिकॉपलिंग कॅपेसिटर देखील आवश्यक आहेत, परंतु भिन्न कारणांसाठी. या कॅपेसिटरचे एक कार्य म्हणजे “सूक्ष्म” चार्ज बँक म्हणून काम करणे.
डिजिटल सर्किट्समध्ये, गेट स्टेट स्विचिंग करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात करंटची आवश्यकता असते. सर्किट बोर्डद्वारे स्विचिंग आणि प्रवाह दरम्यान चिपवर स्विचिंग ट्रान्झिएंट प्रवाह व्युत्पन्न केल्यामुळे अतिरिक्त “अतिरिक्त” शुल्क असणे फायदेशीर आहे. स्विचिंग अ‍ॅक्शन करत असताना पुरेसे शुल्क नसल्यास, वीजपुरवठा व्होल्टेज मोठ्या प्रमाणात बदलेल. जास्त व्होल्टेज बदलामुळे डिजिटल सिग्नल पातळी अनिश्चित स्थितीत प्रवेश करेल आणि डिजिटल डिव्हाइसमधील राज्य मशीन चुकीच्या पद्धतीने ऑपरेट करू शकते.
सर्किट बोर्ड ट्रेसमधून वाहणारे स्विचिंग चालू केल्यामुळे व्होल्टेज बदलू शकेल आणि सर्किट बोर्ड ट्रेसमध्ये परजीवी प्रेरणा आहे. व्होल्टेज बदलाची गणना करण्यासाठी खालील सूत्र वापरले जाऊ शकते: v = ldi/dt. त्यापैकी: व्ही = व्होल्टेज बदल, एल = सर्किट बोर्ड ट्रेस इंडक्टन्स, डीआय = ट्रेसद्वारे वर्तमान बदल, डीटी = वर्तमान बदल वेळ.
म्हणूनच, बर्‍याच कारणांमुळे, वीज पुरवठा किंवा सक्रिय उपकरणांच्या वीजपुरवठा पिनवर बायपास (किंवा डिकॉपलिंग) कॅपेसिटर लागू करणे चांगले.
पॉवर कॉर्ड आणि ग्राउंड वायर एकत्र केले पाहिजे
विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेपाची शक्यता कमी करण्यासाठी पॉवर कॉर्ड आणि ग्राउंड वायरची स्थिती चांगली जुळली आहे. जर पॉवर लाइन आणि ग्राउंड लाइन योग्यरित्या जुळत नसेल तर सिस्टम लूपची रचना केली जाईल आणि आवाज तयार होईल.
पीसीबी डिझाइनचे एक उदाहरण जेथे पॉवर लाइन आणि ग्राउंड लाइन योग्यरित्या जुळत नाहीत ती आकृती 2 मध्ये दर्शविली आहे. या सर्किट बोर्डवर, डिझाइन केलेले लूप क्षेत्र 697 सेमी आहे. आकृती 3 मध्ये दर्शविलेल्या पद्धतीचा वापर करून, लूपमध्ये व्होल्टेज प्रेरणा देणारी सर्किट बोर्ड चालू किंवा बाहेर रेडिएटेड आवाजाची शक्यता मोठ्या प्रमाणात कमी केली जाऊ शकते.
अ‍ॅनालॉग आणि डिजिटल वायरिंग धोरणांमधील फरक
Ground ग्राउंड प्लेन ही एक समस्या आहे
सर्किट बोर्ड वायरिंगचे मूलभूत ज्ञान एनालॉग आणि डिजिटल सर्किट दोन्हीसाठी लागू आहे. अंगठ्याचा मूलभूत नियम म्हणजे अखंडित ग्राउंड प्लेन वापरणे. या सामान्य ज्ञानामुळे डिजिटल सर्किट्समधील डीआय/डीटी (वेळेसह बदल) प्रभाव कमी होतो, ज्यामुळे ग्राउंड संभाव्यता बदलते आणि आवाज एनालॉग सर्किटमध्ये प्रवेश करते.
डिजिटल आणि एनालॉग सर्किटसाठी वायरिंग तंत्र मुळात एक अपवाद वगळता समान आहेत. अ‍ॅनालॉग सर्किट्ससाठी, आणखी एक मुद्दा लक्षात घेता आहे, म्हणजेच, डिजिटल सिग्नल ओळी आणि लूप्स शक्य तितक्या एनालॉग सर्किटपासून दूर असलेल्या ग्राउंड प्लेनमध्ये ठेवा. हे एनालॉग ग्राउंड प्लेनला सिस्टम ग्राउंड कनेक्शनला स्वतंत्रपणे जोडून किंवा सर्किट बोर्डच्या अगदी शेवटी एनालॉग सर्किट ठेवून प्राप्त केले जाऊ शकते, जे ओळीचा शेवट आहे. हे सिग्नल मार्गावर बाह्य हस्तक्षेप कमीतकमी कमी करण्यासाठी केले जाते.
डिजिटल सर्किट्ससाठी हे करण्याची आवश्यकता नाही, जे ग्राउंड प्लेनवर समस्यांशिवाय बरेच आवाज सहन करू शकते.
आकृती 4 (डावीकडे) एनालॉग सर्किटमधून डिजिटल स्विचिंग क्रिया वेगळी करते आणि सर्किटचे डिजिटल आणि एनालॉग भाग वेगळे करते. (उजवीकडे) उच्च वारंवारता आणि कमी वारंवारता शक्य तितक्या वेगळे केले जावे आणि उच्च वारंवारता घटक सर्किट बोर्ड कनेक्टरच्या जवळ असले पाहिजेत.
आकृती 5 लेआउट पीसीबीवर दोन जवळचे ट्रेस, परजीवी कॅपेसिटन्स तयार करणे सोपे आहे. या प्रकारच्या कॅपेसिटन्सच्या अस्तित्वामुळे, एका ट्रेसवर वेगवान व्होल्टेज बदल दुसर्‍या ट्रेसवर वर्तमान सिग्नल तयार करू शकतो.
आकृती 6 आपण ट्रेसच्या प्लेसमेंटकडे लक्ष न दिल्यास, पीसीबीमधील ट्रेस लाइन इंडक्टन्स आणि म्युच्युअल इंडक्टन्स तयार करू शकतात. डिजिटल स्विचिंग सर्किट्ससह सर्किट्सच्या ऑपरेशनसाठी हे परजीवी इंडक्टन्स खूप हानिकारक आहे.
Position घटक स्थान
वर नमूद केल्याप्रमाणे, प्रत्येक पीसीबी डिझाइनमध्ये, सर्किटचा आवाज भाग आणि “शांत” भाग (आवाज नसलेले भाग) विभक्त केले जावे. सर्वसाधारणपणे सांगायचे तर, डिजिटल सर्किट्स आवाजात “श्रीमंत” असतात आणि आवाजासाठी असंवेदनशील असतात (कारण डिजिटल सर्किट्समध्ये व्होल्टेज आवाजाचा मोठा सहनशीलता आहे); उलटपक्षी, एनालॉग सर्किट्सचे व्होल्टेज आवाज सहिष्णुता खूपच लहान आहे.
दोन पैकी एनालॉग सर्किट्स स्विचिंग आवाजासाठी सर्वात संवेदनशील आहेत. मिश्रित-सिग्नल सिस्टमच्या वायरिंगमध्ये, आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, हे दोन सर्किट्स वेगळे केले पाहिजेत.
पीसीबी डिझाइनद्वारे व्युत्पन्न केलेले paraparasitic घटक
समस्या उद्भवू शकणार्‍या दोन मूलभूत परजीवी घटक पीसीबी डिझाइनमध्ये सहजपणे तयार होतात: परजीवी कॅपेसिटन्स आणि परजीवी इंडक्टन्स.
सर्किट बोर्ड डिझाइन करताना, एकमेकांच्या जवळ दोन ट्रेस ठेवल्यास परजीवी कॅपेसिटन्स तयार होईल. आपण हे करू शकता: दोन भिन्न थरांवर, दुसर्‍या ट्रेसच्या वर एक ट्रेस ठेवा; किंवा त्याच थरावर, आकृती 5 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, दुसर्‍या ट्रेसच्या पुढे एक ट्रेस ठेवा.
या दोन ट्रेस कॉन्फिगरेशनमध्ये, एका ट्रेसवर कालांतराने व्होल्टेज (डीव्ही/डीटी) मध्ये बदल दुसर्‍या ट्रेसवर चालू होऊ शकतात. जर दुसरा ट्रेस उच्च प्रतिबाधा असेल तर विद्युत क्षेत्राद्वारे व्युत्पन्न केलेले वर्तमान व्होल्टेजमध्ये रूपांतरित केले जाईल.
फास्ट व्होल्टेज ट्रान्झियंट्स बहुतेकदा अ‍ॅनालॉग सिग्नल डिझाइनच्या डिजिटल बाजूला आढळतात. जर वेगवान व्होल्टेज ट्रान्झियंट्ससह ट्रेस उच्च-इम्पेडन्स एनालॉग ट्रेसच्या जवळ असतील तर ही त्रुटी अ‍ॅनालॉग सर्किटच्या अचूकतेवर गंभीरपणे परिणाम करेल. या वातावरणात, अ‍ॅनालॉग सर्किट्सचे दोन तोटे आहेत: त्यांचे आवाज सहिष्णुता डिजिटल सर्किट्सच्या तुलनेत खूपच कमी आहे; आणि उच्च प्रतिबाधा ट्रेस अधिक सामान्य आहेत.
पुढील दोन तंत्रांपैकी एक वापरल्याने ही घटना कमी होऊ शकते. कॅपेसिटन्स समीकरणानुसार ट्रेस दरम्यान आकार बदलणे हे सर्वात सामान्यपणे वापरले जाणारे तंत्र आहे. बदलण्यासाठी सर्वात प्रभावी आकार म्हणजे दोन ट्रेसमधील अंतर. हे लक्षात घ्यावे की व्हेरिएबल डी कॅपेसिटन्स समीकरणाच्या विभागात आहे. डी जसजसे वाढत जाईल तसतसे कॅपेसिटिव्ह रिएक्टन्स कमी होईल. आणखी एक चल बदलू शकते म्हणजे दोन ट्रेसची लांबी. या प्रकरणात, लांबी एल कमी होते आणि दोन ट्रेसमधील कॅपेसिटिव्ह रिएक्टन्स देखील कमी होईल.
या दोन ट्रेस दरम्यान ग्राउंड वायर घालणे हे आणखी एक तंत्र आहे. आकृती 5 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, ग्राउंड वायर कमी प्रतिबाधा आहे आणि यासारखे आणखी एक ट्रेस जोडणे हस्तक्षेप इलेक्ट्रिक फील्ड कमकुवत करेल.
सर्किट बोर्डमध्ये परजीवी इंडक्टन्सचे तत्व परजीवी कॅपेसिटन्ससारखेच आहे. हे दोन ट्रेस देखील घालणे आहे. दोन वेगवेगळ्या थरांवर, दुसर्‍या ट्रेसच्या वर एक ट्रेस ठेवा; किंवा त्याच थरावर, आकृती 6 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, एक ट्रेस दुसर्‍याच्या पुढे ठेवा.
या दोन वायरिंग कॉन्फिगरेशनमध्ये, या ट्रेसच्या अंतर्भूततेमुळे, वेळेसह ट्रेसचा सध्याचा बदल (डीआय/डीटी) त्याच ट्रेसवर व्होल्टेज तयार करेल; आणि म्युच्युअल इंडक्टन्सच्या अस्तित्वामुळे, हे प्रमाणित प्रवाह दुसर्‍या ट्रेसवर तयार केले जाईल. पहिल्या ट्रेसवर व्होल्टेज बदल पुरेसा मोठा असल्यास, हस्तक्षेपामुळे डिजिटल सर्किटची व्होल्टेज सहिष्णुता कमी होऊ शकते आणि त्रुटी उद्भवू शकतात. ही घटना केवळ डिजिटल सर्किट्समध्येच होत नाही, परंतु डिजिटल सर्किट्समधील मोठ्या त्वरित स्विचिंग प्रवाहांमुळे डिजिटल सर्किटमध्ये ही घटना अधिक सामान्य आहे.
इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेप स्त्रोतांमधून संभाव्य आवाज दूर करण्यासाठी, गोंधळलेल्या I/O पोर्टपासून "शांत" एनालॉग लाइन वेगळे करणे चांगले. लो-इम्पेडन्स पॉवर आणि ग्राउंड नेटवर्क साध्य करण्याचा प्रयत्न करण्यासाठी, डिजिटल सर्किट वायरची प्रेरणा कमी केली पाहिजे आणि अ‍ॅनालॉग सर्किट्सचे कॅपेसिटिव्ह कपलिंग कमी केले पाहिजे.
03
निष्कर्ष
डिजिटल आणि एनालॉग श्रेणी निश्चित केल्यानंतर, यशस्वी पीसीबीसाठी काळजीपूर्वक मार्ग आवश्यक आहे. वायरिंगची रणनीती सामान्यत: प्रत्येकास अंगठ्याचा नियम म्हणून ओळखली जाते, कारण प्रयोगशाळेच्या वातावरणात उत्पादनाच्या अंतिम यशाची चाचणी घेणे कठीण आहे. म्हणूनच, डिजिटल आणि एनालॉग सर्किट्सच्या वायरिंग रणनीतींमध्ये समानता असूनही, त्यांच्या वायरिंगच्या धोरणामधील फरक ओळखले जाणे आवश्यक आहे आणि ते गांभीर्याने घेतले पाहिजे.