ඉංජිනේරු ක්ෂේත්‍රයේ ඩිජිටල් නිර්මාණකරුවන් සහ ඩිජිටල් පරිපථ පුවරු නිර්මාණ විශේෂඥයින් සංඛ්‍යාව නිරන්තරයෙන් වැඩි වන අතර එය කර්මාන්තයේ සංවර්ධන ප්‍රවණතාවය පිළිබිඹු කරයි. ඩිජිටල් නිර්මාණය පිළිබඳ අවධාරණය ඉලෙක්ට්‍රොනික නිෂ්පාදනවල ප්‍රධාන වර්ධනයන් ඇති කර ඇතත්, එය තවමත් පවතින අතර, ප්‍රතිසම හෝ සැබෑ පරිසරයන් සමඟ අතුරු මුහුණත් වන සමහර පරිපථ සැලසුම් සැමවිටම පවතිනු ඇත. ඇනලොග් සහ ඩිජිටල් ක්ෂේත්‍රවල වයරින් ක්‍රමෝපායන් යම් සමානකම් ඇත, නමුත් ඔබට වඩා හොඳ ප්‍රතිඵල ලබා ගැනීමට අවශ්ය වූ විට, ඒවායේ විවිධ රැහැන් උපක්‍රම නිසා, සරල පරිපථ රැහැන් නිර්මාණය තවදුරටත් ප්‍රශස්ත විසඳුම නොවේ.
මෙම ලිපියෙන් සාකච්ඡා කරනු ලබන්නේ බයිපාස් ධාරිත්රක, බල සැපයුම්, බිම් සැලසුම්, වෝල්ටීයතා දෝෂ සහ PCB වයරින් නිසා ඇති වන විද්යුත් චුම්භක බාධා කිරීම් (EMI) අනුව ඇනලොග් සහ ඩිජිටල් රැහැන් අතර මූලික සමානකම් සහ වෙනස්කම් ය.
ඉංජිනේරු ක්ෂේත්‍රයේ ඩිජිටල් නිර්මාණකරුවන් සහ ඩිජිටල් පරිපථ පුවරු නිර්මාණ විශේෂඥයින් සංඛ්‍යාව නිරන්තරයෙන් වැඩි වන අතර එය කර්මාන්තයේ සංවර්ධන ප්‍රවණතාවය පිළිබිඹු කරයි. ඩිජිටල් නිර්මාණය පිළිබඳ අවධාරණය ඉලෙක්ට්‍රොනික නිෂ්පාදනවල ප්‍රධාන වර්ධනයන් ඇති කර ඇතත්, එය තවමත් පවතින අතර, ප්‍රතිසම හෝ සැබෑ පරිසරයන් සමඟ අතුරු මුහුණත් වන සමහර පරිපථ සැලසුම් සැමවිටම පවතිනු ඇත. ඇනලොග් සහ ඩිජිටල් ක්ෂේත්‍රවල වයරින් ක්‍රමෝපායන් යම් සමානකම් ඇත, නමුත් ඔබට වඩා හොඳ ප්‍රතිඵල ලබා ගැනීමට අවශ්ය වූ විට, ඒවායේ විවිධ රැහැන් උපක්‍රම නිසා, සරල පරිපථ රැහැන් නිර්මාණය තවදුරටත් ප්‍රශස්ත විසඳුම නොවේ.
මෙම ලිපියෙන් සාකච්ඡා කරනු ලබන්නේ බයිපාස් ධාරිත්රක, බල සැපයුම්, බිම් සැලසුම්, වෝල්ටීයතා දෝෂ සහ PCB වයරින් නිසා ඇති වන විද්යුත් චුම්භක බාධා කිරීම් (EMI) අනුව ඇනලොග් සහ ඩිජිටල් රැහැන් අතර මූලික සමානකම් සහ වෙනස්කම් ය.
පරිපථ පුවරුවේ බයිපාස් හෝ විසංයෝජන ධාරිත්රක එකතු කිරීම සහ මෙම ධාරිත්රක පුවරුවේ පිහිටීම ඩිජිටල් සහ ඇනලොග් මෝස්තර සඳහා සාමාන්‍ය බුද්ධියකි. නමුත් සිත්ගන්නා කරුණ නම්, හේතු වෙනස් ය.
ඇනලොග් රැහැන් නිර්මාණයේදී, විදුලි සැපයුමේ අධි-සංඛ්‍යාත සංඥා මග හැරීමට සාමාන්යයෙන් බයිපාස් ධාරිත්රක භාවිතා වේ. බයිපාස් ධාරිත්රක එකතු නොකළහොත්, මෙම අධි-සංඛ්‍යාත සංඥා බල සැපයුම් කටු හරහා සංවේදී ඇනලොග් චිප්වලට ඇතුළු විය හැක. සාමාන්යයෙන් කතා කරන්නේ නම්, මෙම අධි-සංඛ්‍යාත සංඥා වල සංඛ්‍යාතය අධි-සංඛ්‍යාත සංඥා මැඩපැවැත්වීමට ඇනලොග් උපාංගවලට ඇති හැකියාව ඉක්මවා යයි. බයිපාස් ධාරිත්‍රකය ඇනලොග් පරිපථයේ භාවිතා නොකරන්නේ නම්, සංඥා මාර්ගයේ ශබ්දය හඳුන්වා දිය හැකි අතර වඩාත් බරපතල අවස්ථාවන්හිදී එය කම්පනය පවා ඇති කළ හැකිය.
ඇනලොග් සහ ඩිජිටල් PCB නිර්මාණයේදී, බයිපාස් හෝ විසංයෝජන ධාරිත්රක (0.1uF) උපාංගයට හැකි තරම් සමීපව තැබිය යුතුය. බල සැපයුම් විසංයෝජන ධාරිත්‍රකය (10uF) පරිපථ පුවරුවේ විදුලි රැහැන් පිවිසුමේ තැබිය යුතුය. සෑම අවස්ථාවකදීම, මෙම ධාරිත්රකවල අල්ෙපෙනති කෙටි විය යුතුය.
රූප සටහන 2 හි පරිපථ පුවරුවේ, බලය සහ බිම් වයර් ගමන් කිරීම සඳහා විවිධ මාර්ග භාවිතා කරනු ලැබේ. මෙම අනිසි සහයෝගීතාවය හේතුවෙන්, පරිපථ පුවරුවේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග සහ පරිපථ විද්යුත් චුම්භක මැදිහත්වීම් වලට ලක්වීමට ඇති ඉඩකඩ වැඩිය.
රූප සටහන 3 හි තනි පුවරුවේ, පරිපථ පුවරුවේ ඇති සංරචක සඳහා බලය සහ බිම් වයර් එකිනෙකට සමීප වේ. රූප සටහන 2 හි දැක්වෙන පරිදි මෙම පරිපථ පුවරුවේ ඇති විදුලි රැහැන් සහ බිම් රේඛාවේ ගැලපුම් අනුපාතය සුදුසු වේ. පරිපථ පුවරුවේ ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග සහ පරිපථ විද්යුත් චුම්භක බාධාවකට (EMI) ලක් වීමේ සම්භාවිතාව 679/12.8 ගුණයකින් අඩු වේ. 54 වතාවක් පමණ.
පාලක සහ ප්‍රොසෙසර වැනි ඩිජිටල් උපාංග සඳහා, විසංයෝජන ධාරිත්රක ද අවශ්ය වේ, නමුත් විවිධ හේතු නිසා. මෙම ධාරිත්රකවල එක් කාර්යයක් වන්නේ "කුඩා" ආරෝපණ බැංකුවක් ලෙස ක්‍රියා කිරීමයි.
ඩිජිටල් පරිපථ වලදී, ගේට් ස්ටේට් මාරු කිරීම සිදු කිරීම සඳහා සාමාන්යයෙන් විශාල ධාරාවක් අවශ්ය වේ. පරිපථ පුවරුව හරහා මාරුවීම සහ ප්රවාහය තුළදී චිපය මත මාරුවීමේ අස්ථිර ධාරා උත්පාදනය වන බැවින්, අතිරේක "අමතර" ගාස්තු තිබීම වාසිදායක වේ. මාරු කිරීමේ ක්රියාව සිදු කරන විට ප්රමාණවත් ආරෝපණයක් නොමැති නම්, බල සැපයුම් වෝල්ටීයතාවය විශාල වශයෙන් වෙනස් වේ. ඕනෑවට වඩා වෝල්ටීයතා වෙනස්වීමක් ඩිජිටල් සංඥා මට්ටම අවිනිශ්චිත තත්ත්වයකට ඇතුළු වීමට හේතු වන අතර, ඩිජිටල් උපාංගයේ රාජ්‍ය යන්ත්‍රය වැරදි ලෙස ක්‍රියා කිරීමට හේතු විය හැක.
පරිපථ පුවරුවේ ලුහුබැඳීම හරහා ගලා යන ස්විචින් ධාරාව වෝල්ටීයතාව වෙනස් වීමට හේතු වන අතර, පරිපථ පුවරුවේ ලුහුබැඳීම පරපෝෂිත ප්‍රේරණයක් ඇත. වෝල්ටීයතා වෙනස ගණනය කිරීම සඳහා පහත සූත්රය භාවිතා කළ හැක: V = LdI/dt. ඒවා අතර: V = වෝල්ටීයතා වෙනස්වීම, L = පරිපථ පුවරුව ට්රේස් ප්රේරණය, dI = ලුහුබැඳීම හරහා වත්මන් වෙනස, dt = වත්මන් වෙනස් කාලය.
එමනිසා, බොහෝ හේතු නිසා, බල සැපයුමේ හෝ ක්රියාකාරී උපාංගවල බල සැපයුම් පින්වල බයිපාස් (හෝ විසංයෝජනය) ධාරිත්රක යෙදීම වඩා හොඳය.
විදුලි රැහැන සහ බිම් වයරය එකට ගමන් කළ යුතුය
විද්යුත් චුම්භක බාධා ඇතිවීමේ හැකියාව අඩු කිරීම සඳහා විදුලි රැහැනේ පිහිටීම සහ බිම් වයරය හොඳින් ගැලපේ. විදුලි රැහැන සහ බිම් රේඛාව නිසි ලෙස නොගැලපේ නම්, පද්ධති ලූපයක් නිර්මාණය කර ශබ්දය ජනනය වීමට ඉඩ ඇත.
විදුලි රැහැන සහ බිම් රේඛාව නිසියාකාරව නොගැලපෙන PCB සැලසුමක උදාහරණයක් රූප සටහන 2 හි පෙන්වා ඇත. මෙම පරිපථ පුවරුවේ, සැලසුම් කර ඇති ලූප් ප්‍රදේශය 697cm² වේ. රූප සටහන 3 හි පෙන්වා ඇති ක්‍රමය භාවිතා කරමින්, ලූපයේ වෝල්ටීයතා ප්‍රේරක පරිපථ පුවරුවේ හෝ ඉන් පිටත විකිරණ සහිත ශබ්දයේ හැකියාව විශාල ලෙස අඩු කළ හැකිය.
ඇනලොග් සහ ඩිජිටල් රැහැන් උපාය මාර්ග අතර වෙනස
▍භූමි තලය ගැටලුවකි
පරිපථ පුවරු රැහැන් පිළිබඳ මූලික දැනුම ඇනලොග් සහ ඩිජිටල් පරිපථ දෙකටම අදාළ වේ. මූලික රීතියක් වන්නේ බාධාවකින් තොරව භූමි තලයක් භාවිතා කිරීමයි. මෙම සාමාන්‍ය බුද්ධිය ඩිජිටල් පරිපථවල dI/dt (කාලයත් සමඟ ධාරාව වෙනස් වීම) බලපෑම අඩු කරයි, එමඟින් භූ විභවය වෙනස් වන අතර ඇනලොග් පරිපථවලට ඇතුළු වන ශබ්දය ඇති කරයි.
ඩිජිටල් සහ ඇනලොග් පරිපථ සඳහා රැහැන් තාක්ෂණය එක් ව්යතිරේකයකින් මූලික වශයෙන් සමාන වේ. ඇනලොග් පරිපථ සඳහා, සටහන් කළ යුතු තවත් කරුණක් තිබේ, එනම්, බිම් තලයේ ඩිජිටල් සංඥා රේඛා සහ ලූප හැකිතාක් දුරට ඇනලොග් පරිපථවලින් ඈත් කර තබන්න. මෙය ප්‍රතිසම භූමි තලය පද්ධති භූගත සම්බන්ධතාවයට වෙන වෙනම සම්බන්ධ කිරීමෙන් හෝ රේඛාවේ කෙළවර වන පරිපථ පුවරුවේ ඈත කෙළවරේ ඇනලොග් පරිපථය තැබීමෙන් ලබා ගත හැකිය. සංඥා මාර්ගයේ බාහිර මැදිහත්වීම් අවම මට්ටමක තබා ගැනීම සඳහා මෙය සිදු කෙරේ.
ඩිජිටල් පරිපථ සඳහා මෙය සිදු කිරීම අවශ්ය නොවේ, ගැටළු නොමැතිව බිම තලයේ විශාල ශබ්දයක් ඉවසාගත හැකිය.
රූපය 4 (වමේ) ඇනලොග් පරිපථයෙන් ඩිජිටල් මාරු කිරීමේ ක්රියාව හුදකලා කර පරිපථයේ ඩිජිටල් සහ ප්‍රතිසම කොටස් වෙන් කරයි. (දකුණ) ඉහළ සංඛ්‍යාත සහ අඩු සංඛ්‍යාත හැකිතාක් වෙන් කළ යුතු අතර, අධි සංඛ්‍යාත සංරචක පරිපථ පුවරු සම්බන්ධකවලට සමීප විය යුතුය.
රූප සටහන 5 PCB හි සමීප හෝඩුවාවන් දෙකක් පිරිසැලසුම, පරපෝෂිත ධාරණාව සෑදීම පහසුය. මේ ආකාරයේ ධාරණාව පැවතීම නිසා එක් හෝඩුවාවක් මත වේගවත් වෝල්ටීයතා වෙනස්වීමක් අනෙක් හෝඩුවාවක් මත ධාරා සංඥාවක් ජනනය කළ හැකිය.
රූප සටහන 6 ඔබ හෝඩුවාවන් ස්ථානගත කිරීම කෙරෙහි අවධානය යොමු නොකරන්නේ නම්, PCB හි ඇති අංශු රේඛා ප්රේරණය සහ අන්‍යෝන්‍ය ප්රේරණය නිපදවිය හැක. මෙම පරපෝෂිත ප්රේරණය ඩිජිටල් මාරු කිරීමේ පරිපථ ඇතුළු පරිපථවල ක්‍රියාකාරිත්වයට ඉතා හානිකර වේ.
▍සංරචක පිහිටීම
ඉහත සඳහන් කළ පරිදි, එක් එක් PCB සැලසුම තුළ, පරිපථයේ ශබ්ද කොටස සහ "නිහඬ" කොටස (ශබ්ද නොවන කොටස) වෙන් කළ යුතුය. සාමාන්යයෙන් කථා කිරීම, ඩිජිටල් පරිපථ ශබ්දයෙන් “පොහොසත්” වන අතර ශබ්දයට සංවේදී නොවේ (ඩිජිටල් පරිපථවලට විශාල වෝල්ටීයතා ශබ්ද ඉවසීමක් ඇති නිසා); ඊට පටහැනිව, ඇනලොග් පරිපථවල වෝල්ටීයතා ශබ්ද ඉවසීම වඩා කුඩා වේ.
මේ දෙකෙන්, ඇනලොග් පරිපථ ශබ්දය මාරු කිරීමට වඩාත්ම සංවේදී වේ. මිශ්‍ර-සංඥා පද්ධතියක රැහැන් කිරීමේදී, මෙම පරිපථ දෙක රූප සටහන 4 හි පෙන්වා ඇති පරිදි වෙන් කළ යුතුය.
▍PCB නිර්මාණය මගින් ජනනය කරන ලද පරපෝෂිත සංරචක
ගැටළු ඇති කළ හැකි මූලික පරපෝෂිත මූලද්‍රව්‍ය දෙකක් PCB නිර්මාණයේදී පහසුවෙන් සෑදේ: පරපෝෂිත ධාරිතාව සහ පරපෝෂිත ප්රේරණය.
පරිපථ පුවරුවක් සැලසුම් කිරීමේදී, අංශු දෙකක් එකිනෙකට සමීපව තැබීමෙන් පරපෝෂිත ධාරණාව ජනනය වේ. ඔබට මෙය කළ හැකිය: විවිධ ස්ථර දෙකක් මත, අනෙක් හෝඩුවාවක් මත එක් හෝඩුවාවක් තබන්න; හෝ එම ස්තරය මත, රූප සටහන 5 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, අනෙක් හෝඩුවාවට යාබදව එක් සලකුණක් තබන්න.
මෙම ට්රේස් වින්‍යාස දෙකේදී, එක් හෝඩුවාවක් මත කාලයත් සමඟ වෝල්ටීයතාවයේ වෙනස්වීම් (dV/dt) අනෙක් හෝඩුවාවට ධාරාව ඇති කළ හැකිය. අනෙක් හෝඩුවාව ඉහළ සම්බාධනය නම්, විද්යුත් ක්ෂේත්‍රය මගින් ජනනය වන ධාරාව වෝල්ටීයතාවයක් බවට පරිවර්තනය වේ.
වේගවත් වෝල්ටීයතා සංක්‍රාන්ති බොහෝ විට සිදුවන්නේ ප්‍රතිසම සංඥා සැලසුමේ ඩිජිටල් පැත්තේ ය. වේගවත් වෝල්ටීයතා සංක්‍රාන්ති සහිත ට්රේස් අධි-සම්බාධන ඇනලොග් ට්රේස් වලට ආසන්න නම්, මෙම දෝෂය ප්‍රතිසම පරිපථයේ නිරවද්‍යතාවයට බරපතල ලෙස බලපානු ඇත. මෙම පරිසරය තුළ, ඇනලොග් පරිපථවල අවාසි දෙකක් ඇත: ඒවායේ ශබ්ද ඉවසීම ඩිජිටල් පරිපථවලට වඩා බෙහෙවින් අඩු ය; සහ ඉහළ සම්බාධක හෝඩුවාවන් බහුලව දක්නට ලැබේ.
පහත තාක්ෂණික ක්‍රම දෙකෙන් එකක් භාවිතා කිරීමෙන් මෙම සංසිද්ධිය අවම කර ගත හැක. බහුලව භාවිතා වන තාක්ෂණය වන්නේ ධාරණ සමීකරණයට අනුව හෝඩුවාවන් අතර ප්රමාණය වෙනස් කිරීමයි. වෙනස් කිරීම සඳහා වඩාත් ඵලදායී ප්රමාණය වන්නේ අංශු දෙක අතර දුර ප්රමාණයයි. d විචල්‍යය ධාරණ සමීකරණයේ හරයේ ඇති බව සටහන් කළ යුතුය. d වැඩි වන විට, ධාරිත්රක ප්‍රතික්‍රියාව අඩු වේ. වෙනස් කළ හැකි තවත් විචල්‍යයක් වන්නේ ට්රේස් දෙකේ දිගයි. මෙම අවස්ථාවේ දී, දිග L අඩු වන අතර, අංශු දෙක අතර ධාරිත්රක ප්‍රතික්‍රියාව ද අඩු වේ.
තවත් තාක්ෂණයක් වන්නේ මෙම අංශු දෙක අතර බිම් කම්බි දැමීමයි. භූගත වයර් සම්බාධනය අඩු වන අතර, මෙවැනි තවත් හෝඩුවාවක් එකතු කිරීම මගින් රූප සටහන 5 හි පෙන්වා ඇති පරිදි බාධා විද්යුත් ක්ෂේත්‍රය දුර්වල කරයි.
පරිපථ පුවරුවේ පරපෝෂිත ප්‍රේරණයේ මූලධර්මය පරපෝෂිත ධාරිතාවට සමාන වේ. එය හෝඩුවාවන් දෙකක් තැබීම ද වේ. විවිධ ස්ථර දෙකක් මත, අනෙක් හෝඩුවාවක් මත එක් හෝඩුවාවක් තබන්න; හෝ එම ස්තරය මත, රූප සටහන 6 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, එක් හෝඩුවාවක් අනෙකට යාබදව තබන්න.
මෙම වයරිං වින්‍යාස දෙකෙහි, මෙම හෝඩුවාවේ ප්රේරණය හේතුවෙන් කාලයත් සමඟ හෝඩුවාවක් ධාරා වෙනස් වීම (dI/dt) එකම හෝඩුවාවක් මත වෝල්ටීයතාවයක් ජනනය කරයි; සහ අන්‍යෝන්‍ය ප්‍රේරණයේ පැවැත්ම නිසා අනෙක් හෝඩුවාව මත සමානුපාතික ධාරාවක් ජනනය වේ. පළමු හෝඩුවාවක් මත වෝල්ටීයතා වෙනස් වීම ප්රමාණවත් තරම් විශාල නම්, මැදිහත්වීම් ඩිජිටල් පරිපථයේ වෝල්ටීයතා ඉවසීම අඩු කර දෝෂ ඇති කරයි. මෙම සංසිද්ධිය ඩිජිටල් පරිපථවල පමණක් සිදු නොවේ, නමුත් මෙම සංසිද්ධිය ඩිජිටල් පරිපථවල විශාල ක්ෂණික මාරු ධාරා නිසා ඩිජිටල් පරිපථවල බහුලව දක්නට ලැබේ.
විද්යුත් චුම්භක මැදිහත්වීම් මූලාශ්රවලින් විභව ශබ්දය ඉවත් කිරීම සඳහා, ඝෝෂාකාරී I/O ports වලින් "නිහඬ" ඇනලොග් රේඛා වෙන් කිරීම වඩාත් සුදුසුය. අඩු සම්බාධක බලයක් සහ භූගත ජාලයක් ලබා ගැනීමට උත්සාහ කිරීම සඳහා, ඩිජිටල් පරිපථ වයර් වල ප්රේරණය අවම කළ යුතු අතර, ප්‍රතිසම පරිපථවල ධාරිත්රක සම්බන්ධ කිරීම අවම කළ යුතුය.
03
නිගමනය
ඩිජිටල් සහ ඇනලොග් පරාසයන් තීරණය කළ පසු, සාර්ථක PCB සඳහා ප්‍රවේශමෙන් මාර්ගගත කිරීම අත්‍යවශ්‍ය වේ. රසායනාගාර පරිසරයක් තුළ නිෂ්පාදනයේ අවසාන සාර්ථකත්වය පරීක්ෂා කිරීම අපහසු බැවින් රැහැන් උපක්‍රමය සාමාන්යයෙන් නීතියක් ලෙස සෑම කෙනෙකුටම හඳුන්වා දෙනු ලැබේ. එබැවින්, ඩිජිටල් සහ ඇනලොග් පරිපථවල රැහැන් උපාය මාර්ගවල සමානකම් තිබියදීත්, ඒවායේ රැහැන් උපාය මාර්ගවල වෙනස්කම් හඳුනාගෙන බැරෑරුම් ලෙස සැලකිය යුතුය.