हाय-स्पीड सर्किट्समध्ये प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) वायरिंग महत्त्वाची भूमिका बजावते, परंतु सर्किट डिझाइन प्रक्रियेतील ती बहुतेक वेळा शेवटची पायरी असते. हाय-स्पीड पीसीबी वायरिंगमध्ये अनेक समस्या आहेत आणि या विषयावर बरेच साहित्य लिहिले गेले आहे. हा लेख प्रामुख्याने व्यावहारिक दृष्टीकोनातून हाय-स्पीड सर्किट्सच्या वायरिंगवर चर्चा करतो. नवीन वापरकर्त्यांना हाय-स्पीड सर्किट पीसीबी लेआउट्स डिझाइन करताना विचारात घेणे आवश्यक असलेल्या अनेक समस्यांकडे लक्ष देण्यास मदत करणे हा मुख्य उद्देश आहे. ज्या ग्राहकांनी काही काळ PCB वायरिंगला स्पर्श केला नाही त्यांच्यासाठी पुनरावलोकन सामग्री प्रदान करणे हा दुसरा उद्देश आहे. मर्यादित मांडणीमुळे, हा लेख सर्व मुद्द्यांवर तपशीलवार चर्चा करू शकत नाही, परंतु आम्ही मुख्य भागांवर चर्चा करू ज्याचा सर्किट कार्यप्रदर्शन सुधारणे, डिझाइन वेळ कमी करणे आणि बदल वेळ वाचवणे यावर सर्वात जास्त परिणाम होतो.

जरी येथे मुख्य फोकस हाय-स्पीड ऑपरेशनल ॲम्प्लिफायर्सशी संबंधित सर्किट्सवर आहे, परंतु येथे चर्चा केलेल्या समस्या आणि पद्धती सामान्यतः इतर हाय-स्पीड ॲनालॉग सर्किट्समध्ये वापरल्या जाणाऱ्या वायरिंगला लागू होतात. जेव्हा ऑपरेशनल ॲम्प्लिफायर अतिशय उच्च रेडिओ फ्रिक्वेन्सी (RF) फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये काम करतो, तेव्हा सर्किटचे कार्यप्रदर्शन मुख्यत्वे PCB लेआउटवर अवलंबून असते. उच्च-कार्यक्षमता सर्किट डिझाईन्स जे “रेखांकन” वर चांगले दिसतात ते फक्त वायरिंग दरम्यान निष्काळजीपणामुळे प्रभावित झाल्यास सामान्य कामगिरी मिळवू शकतात. संपूर्ण वायरिंग प्रक्रियेत महत्त्वाच्या तपशीलांकडे पूर्व-विचार आणि लक्ष दिल्यास सर्किटची अपेक्षित कामगिरी सुनिश्चित करण्यात मदत होईल.

योजनाबद्ध आकृती

जरी चांगली योजना चांगली वायरिंगची हमी देऊ शकत नाही, परंतु चांगली वायरिंग चांगल्या योजनाबद्धतेने सुरू होते. योजनाबद्ध रेखाचित्र काढताना काळजीपूर्वक विचार करा आणि आपण संपूर्ण सर्किटच्या सिग्नल प्रवाहाचा विचार केला पाहिजे. योजनाबद्ध मध्ये डावीकडून उजवीकडे सामान्य आणि स्थिर सिग्नल प्रवाह असल्यास, पीसीबीवर समान चांगला सिग्नल प्रवाह असावा. योजनाबद्ध वर शक्य तितकी उपयुक्त माहिती द्या. काहीवेळा सर्किट डिझाइन अभियंता नसल्यामुळे, ग्राहक आम्हाला सर्किट समस्या सोडविण्यास मदत करण्यास सांगतील, आमच्यासह या कामात गुंतलेले डिझाइनर, तंत्रज्ञ आणि अभियंते खूप आभारी असतील.

सामान्य संदर्भ अभिज्ञापक, वीज वापर आणि त्रुटी सहिष्णुता व्यतिरिक्त, योजनाबद्ध मध्ये कोणती माहिती दिली पाहिजे? सामान्य स्कीमॅटिक्सला फर्स्ट क्लास स्कीमॅटिक्समध्ये बदलण्यासाठी येथे काही सूचना आहेत. वेव्हफॉर्म्स, शेलबद्दल यांत्रिक माहिती, मुद्रित रेषांची लांबी, रिक्त क्षेत्रे जोडा; पीसीबीवर कोणते घटक ठेवणे आवश्यक आहे ते दर्शवा; समायोजन माहिती द्या, घटक मूल्य श्रेणी, उष्णता अपव्यय माहिती, नियंत्रण प्रतिबाधा मुद्रित ओळी, टिप्पण्या, आणि संक्षिप्त सर्किट क्रिया वर्णन… (आणि इतर).
कोणावरही विश्वास ठेवू नका

जर तुम्ही स्वतः वायरिंगची रचना करत नसाल, तर वायरिंगच्या व्यक्तीचे डिझाइन काळजीपूर्वक तपासण्यासाठी पुरेसा वेळ द्या. एक लहान प्रतिबंध या टप्प्यावर उपाय शंभर पट किमतीची आहे. वायरिंग करणाऱ्या व्यक्तीने तुमच्या कल्पना समजून घ्याव्यात अशी अपेक्षा करू नका. वायरिंग डिझाइन प्रक्रियेच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात तुमचे मत आणि मार्गदर्शन सर्वात महत्त्वाचे आहे. तुम्ही जितकी अधिक माहिती देऊ शकता आणि वायरिंगच्या संपूर्ण प्रक्रियेत तुम्ही जितका जास्त हस्तक्षेप कराल तितका परिणाम पीसीबी होईल. वायरिंग डिझाइन अभियंता-त्वरित तपासणीसाठी तात्पुरता पूर्णता बिंदू सेट करा तुम्हाला पाहिजे असलेल्या वायरिंग प्रगती अहवालानुसार. ही “बंद लूप” पद्धत वायरिंगला चुकीच्या मार्गावर जाण्यापासून प्रतिबंधित करते, ज्यामुळे पुन्हा काम करण्याची शक्यता कमी होते.

वायरिंग इंजिनीअरला दिलेल्या सूचनांमध्ये हे समाविष्ट आहे: सर्किट फंक्शनचे लहान वर्णन, इनपुट आणि आउटपुट पोझिशन्स दर्शविणारा पीसीबीचा योजनाबद्ध आकृती, पीसीबी स्टॅकिंग माहिती (उदाहरणार्थ, बोर्ड किती जाड आहे, किती स्तर प्रत्येक सिग्नल लेयर आणि ग्राउंड प्लेन-फंक्शन पॉवर वापर, ग्राउंड वायर, ॲनालॉग सिग्नल, डिजिटल सिग्नल आणि आरएफ सिग्नल याबद्दल तपशीलवार माहिती आहे; प्रत्येक लेयरसाठी कोणते सिग्नल आवश्यक आहेत; महत्त्वपूर्ण घटकांची नियुक्ती आवश्यक आहे; बायपास घटकांचे अचूक स्थान; कोणत्या छापील ओळी महत्त्वाच्या आहेत; कोणत्या रेषांना प्रतिबाधा मुद्रित रेषा नियंत्रित करणे आवश्यक आहे; कोणत्या रेषा लांबीशी जुळणे आवश्यक आहे; घटकांचा आकार; कोणत्या मुद्रित ओळी एकमेकांपासून दूर (किंवा जवळ) असणे आवश्यक आहे; कोणत्या रेषा एकमेकांपासून दूर (किंवा जवळ) असणे आवश्यक आहे; कोणते घटक एकमेकांपासून दूर (किंवा जवळ) असणे आवश्यक आहे; पीसीबीच्या वर कोणते घटक ठेवणे आवश्यक आहे, कोणते घटक खाली ठेवले आहेत. कधीही तक्रार करू नका की इतरांसाठी खूप माहिती आहे-खूप कमी? ते खूप आहे का? करू नका.

शिकण्याचा अनुभव: सुमारे 10 वर्षांपूर्वी, मी मल्टीलेअर सरफेस माउंट सर्किट बोर्ड डिझाइन केले होते-बोर्डच्या दोन्ही बाजूंना घटक आहेत. सोन्याचा मुलामा असलेल्या ॲल्युमिनियमच्या शेलमध्ये बोर्ड फिक्स करण्यासाठी भरपूर स्क्रू वापरा (कारण तेथे कंपन-विरोधी संकेतक खूप कडक आहेत). बायस फीडथ्रू देणाऱ्या पिन बोर्डमधून जातात. ही पिन पीसीबीला सोल्डरिंग वायरने जोडली जाते. हे एक अतिशय क्लिष्ट उपकरण आहे. बोर्डवरील काही घटक चाचणी सेटिंग (SAT) साठी वापरले जातात. परंतु मी या घटकांचे स्थान स्पष्टपणे परिभाषित केले आहे. तुम्ही अंदाज लावू शकता की हे घटक कुठे स्थापित केले आहेत? तसे, बोर्ड अंतर्गत. जेव्हा उत्पादन अभियंते आणि तंत्रज्ञांना संपूर्ण डिव्हाइस वेगळे करावे लागले आणि सेटिंग्ज पूर्ण केल्यानंतर ते पुन्हा एकत्र करावे लागले, तेव्हा ते खूप नाराज दिसले. त्यानंतर मी पुन्हा ही चूक केलेली नाही.

स्थिती

पीसीबी प्रमाणे, स्थान सर्वकाही आहे. पीसीबीवर सर्किट कुठे लावायचे, त्याचे विशिष्ट सर्किटचे घटक कुठे बसवायचे आणि त्याच्या लगतची सर्किट्स कोणती, या सर्व गोष्टी अतिशय महत्त्वाच्या आहेत.

सहसा, इनपुट, आउटपुट आणि पॉवर सप्लायची पोझिशन्स पूर्वनिर्धारित असतात, परंतु त्यांच्यामधील सर्किटला "स्वतःची सर्जनशीलता प्ले करणे" आवश्यक असते. म्हणूनच वायरिंगच्या तपशिलांकडे लक्ष दिल्यास मोठा परतावा मिळेल. मुख्य घटकांच्या स्थानापासून प्रारंभ करा आणि विशिष्ट सर्किट आणि संपूर्ण पीसीबीचा विचार करा. सुरुवातीपासूनच प्रमुख घटक आणि सिग्नल पथांचे स्थान निर्दिष्ट केल्याने हे सुनिश्चित करण्यात मदत होते की डिझाइन अपेक्षित कार्य उद्दिष्टे पूर्ण करते. प्रथमच योग्य डिझाईन मिळवणे खर्च आणि दबाव कमी करू शकते-आणि विकास चक्र लहान करू शकते.

बायपास पॉवर

आवाज कमी करण्यासाठी ॲम्प्लिफायरच्या पॉवर साइडवरील वीज पुरवठा बायपास करणे हे पीसीबी डिझाइन प्रक्रियेतील एक अतिशय महत्त्वाचा पैलू आहे- ज्यामध्ये हाय-स्पीड ऑपरेशनल ॲम्प्लीफायर्स किंवा इतर हाय-स्पीड सर्किट्स समाविष्ट आहेत. हाय-स्पीड ऑपरेशनल ॲम्प्लिफायर्सना बायपास करण्यासाठी दोन सामान्य कॉन्फिगरेशन पद्धती आहेत.

पॉवर सप्लाय टर्मिनल ग्राउंडिंग: ऑपरेशनल ॲम्प्लीफायरच्या पॉवर सप्लाय पिनला थेट ग्राउंड करण्यासाठी एकाधिक समांतर कॅपेसिटर वापरून ही पद्धत बहुतेक प्रकरणांमध्ये सर्वात प्रभावी आहे. साधारणपणे बोलायचे झाल्यास, दोन समांतर कॅपेसिटर पुरेसे आहेत-परंतु समांतर कॅपेसिटर जोडल्याने काही सर्किट्सचा फायदा होऊ शकतो.

वेगवेगळ्या कॅपॅसिटन्स मूल्यांसह कॅपॅसिटरचे समांतर कनेक्शन हे सुनिश्चित करण्यात मदत करते की विस्तृत वारंवारता बँडवर पॉवर सप्लाय पिनवर फक्त कमी अल्टरनेटिंग करंट (AC) प्रतिबाधा दिसतो. ऑपरेशनल ॲम्प्लिफायर पॉवर सप्लाय रिजेक्शन रेशो (PSR) च्या क्षीणन वारंवारतेवर हे विशेषतः महत्वाचे आहे. हे कॅपेसिटर ॲम्प्लिफायरच्या कमी झालेल्या PSR ची भरपाई करण्यास मदत करते. अनेक दहा-ऑक्टेव्ह श्रेणींमध्ये कमी प्रतिबाधा ग्राउंड पाथ राखणे हे सुनिश्चित करण्यात मदत करेल की हानिकारक आवाज op amp मध्ये प्रवेश करू शकत नाही. आकृती 1 समांतर मध्ये एकाधिक कॅपेसिटर वापरण्याचे फायदे दर्शविते. कमी फ्रिक्वेन्सीवर, मोठे कॅपेसिटर कमी प्रतिबाधा ग्राउंड पथ प्रदान करतात. परंतु वारंवारता त्यांच्या स्वतःच्या रेझोनंट फ्रिक्वेंसीपर्यंत पोहोचल्यानंतर, कॅपेसिटरची क्षमता कमकुवत होईल आणि हळूहळू प्रेरक दिसू लागेल. यामुळे अनेक कॅपेसिटर वापरणे महत्त्वाचे आहे: जेव्हा एका कॅपेसिटरचा वारंवारता प्रतिसाद कमी होऊ लागतो, तेव्हा दुसऱ्या कॅपेसिटरचा वारंवारता प्रतिसाद काम करू लागतो, त्यामुळे ते अनेक दहा-ऑक्टेव्ह श्रेणींमध्ये खूप कमी AC प्रतिबाधा राखू शकते.

op amp च्या वीज पुरवठा पिनसह थेट प्रारंभ करा; सर्वात लहान कॅपॅसिटन्स आणि सर्वात लहान भौतिक आकाराचा कॅपेसिटर PCB च्या त्याच बाजूला op amp-आणि ॲम्प्लिफायरच्या शक्य तितक्या जवळ ठेवावा. कॅपेसिटरचे ग्राउंड टर्मिनल सर्वात लहान पिन किंवा मुद्रित वायरसह थेट ग्राउंड प्लेनशी जोडलेले असावे. पॉवर टर्मिनल आणि ग्राउंड टर्मिनलमधील हस्तक्षेप कमी करण्यासाठी वरील ग्राउंड कनेक्शन ॲम्प्लीफायरच्या लोड टर्मिनलच्या शक्य तितक्या जवळ असले पाहिजे.

पुढील सर्वात मोठ्या कॅपेसिटन्स मूल्यासह कॅपेसिटरसाठी ही प्रक्रिया पुनरावृत्ती केली पाहिजे. 0.01 µF च्या किमान कॅपॅसिटन्स मूल्यासह प्रारंभ करणे आणि त्याच्या जवळ कमी समतुल्य मालिका प्रतिरोध (ESR) असलेले 2.2 µF (किंवा मोठे) इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर ठेवणे सर्वोत्तम आहे. 0508 केस आकारासह 0.01 µF कॅपेसिटरमध्ये खूप कमी मालिका इंडक्टन्स आणि उत्कृष्ट उच्च वारंवारता कार्यप्रदर्शन आहे.

पॉवर सप्लायला पॉवर सप्लाय: दुसरी कॉन्फिगरेशन पद्धत ऑपरेशनल ॲम्प्लिफायरच्या पॉझिटिव्ह आणि निगेटिव्ह पॉवर सप्लाय टर्मिनल्समध्ये जोडलेले एक किंवा अधिक बायपास कॅपेसिटर वापरते. सर्किटमध्ये चार कॅपेसिटर कॉन्फिगर करणे कठीण असताना ही पद्धत सहसा वापरली जाते. त्याचा तोटा असा आहे की कॅपेसिटरच्या केस आकारात वाढ होऊ शकते कारण कॅपेसिटरमधील व्होल्टेज सिंगल-सप्लाय बायपास पद्धतीमध्ये व्होल्टेज मूल्यापेक्षा दुप्पट आहे. व्होल्टेज वाढवण्यासाठी डिव्हाइसचे रेट केलेले ब्रेकडाउन व्होल्टेज वाढवणे आवश्यक आहे, म्हणजेच, गृहनिर्माण आकार वाढवणे. तथापि, ही पद्धत PSR आणि विकृती कार्यप्रदर्शन सुधारू शकते.

प्रत्येक सर्किट आणि वायरिंग भिन्न असल्यामुळे, कॅपेसिटरचे कॉन्फिगरेशन, संख्या आणि कॅपॅसिटन्स मूल्य वास्तविक सर्किटच्या आवश्यकतेनुसार निर्धारित केले पाहिजे.