PCB வடிவமைப்பில், அனலாக் சர்க்யூட் மற்றும் டிஜிட்டல் சர்க்யூட் இடையே உள்ள வேறுபாடு ஏன் இவ்வளவு பெரியது?

பொறியியல் துறையில் டிஜிட்டல் வடிவமைப்பாளர்கள் மற்றும் டிஜிட்டல் சர்க்யூட் போர்டு வடிவமைப்பு நிபுணர்களின் எண்ணிக்கை தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகிறது, இது தொழில்துறையின் வளர்ச்சிப் போக்கை பிரதிபலிக்கிறது. டிஜிட்டல் வடிவமைப்பின் முக்கியத்துவமானது மின்னணு தயாரிப்புகளில் பெரும் முன்னேற்றங்களைக் கொண்டு வந்தாலும், அது இன்னும் உள்ளது, மேலும் அனலாக் அல்லது உண்மையான சூழல்களுடன் இடைமுகம் கொண்ட சில சர்க்யூட் வடிவமைப்புகள் எப்போதும் இருக்கும். அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் துறைகளில் உள்ள வயரிங் உத்திகள் சில ஒற்றுமைகளைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் நீங்கள் சிறந்த முடிவுகளைப் பெற விரும்பினால், அவற்றின் வெவ்வேறு வயரிங் உத்திகள் காரணமாக, எளிய சுற்று வயரிங் வடிவமைப்பு இனி உகந்த தீர்வாக இருக்காது.

பைபாஸ் மின்தேக்கிகள், மின் விநியோகம், தரை வடிவமைப்பு, மின்னழுத்தப் பிழைகள் மற்றும் PCB வயரிங் மூலம் ஏற்படும் மின்காந்த குறுக்கீடு (EMI) ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் வயரிங் இடையே உள்ள அடிப்படை ஒற்றுமைகள் மற்றும் வேறுபாடுகளை இந்தக் கட்டுரை விவாதிக்கிறது.

சர்க்யூட் போர்டில் பைபாஸ் அல்லது டீகப்ளிங் கேபாசிட்டர்களை சேர்ப்பது மற்றும் போர்டில் இந்த மின்தேக்கிகளின் இருப்பிடம் ஆகியவை டிஜிட்டல் மற்றும் அனலாக் வடிவமைப்புகளுக்கு பொதுவான அறிவு. ஆனால் சுவாரஸ்யமாக, காரணங்கள் வேறுபட்டவை.

அனலாக் வயரிங் வடிவமைப்பில், பைபாஸ் மின்தேக்கிகள் பொதுவாக மின்வழங்கலில் உயர் அதிர்வெண் சிக்னல்களைத் தவிர்க்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பைபாஸ் மின்தேக்கிகள் சேர்க்கப்படவில்லை என்றால், இந்த உயர் அதிர்வெண் சமிக்ஞைகள் பவர் சப்ளை பின்கள் மூலம் உணர்திறன் அனலாக் சில்லுகளுக்குள் நுழையலாம். பொதுவாக, இந்த உயர் அதிர்வெண் சமிக்ஞைகளின் அதிர்வெண் உயர் அதிர்வெண் சமிக்ஞைகளை அடக்குவதற்கு அனலாக் சாதனங்களின் திறனை மீறுகிறது. அனலாக் சர்க்யூட்டில் பைபாஸ் மின்தேக்கி பயன்படுத்தப்படாவிட்டால், சிக்னல் பாதையில் சத்தம் அறிமுகப்படுத்தப்படலாம், மேலும் தீவிர நிகழ்வுகளில், அது அதிர்வுகளை கூட ஏற்படுத்தலாம்.

அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் பிசிபி வடிவமைப்பில், பைபாஸ் அல்லது துண்டிக்கும் மின்தேக்கிகள் (0.1uF) சாதனத்திற்கு முடிந்தவரை நெருக்கமாக வைக்கப்பட வேண்டும். மின் விநியோகத்தை துண்டிக்கும் மின்தேக்கி (10uF) சர்க்யூட் போர்டின் மின் இணைப்பு நுழைவாயிலில் வைக்கப்பட வேண்டும். எல்லா சந்தர்ப்பங்களிலும், இந்த மின்தேக்கிகளின் ஊசிகள் குறுகியதாக இருக்க வேண்டும்.

படம் 2 இல் உள்ள சர்க்யூட் போர்டில், மின்சாரம் மற்றும் தரை கம்பிகளை வழிநடத்த வெவ்வேறு வழிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த முறையற்ற ஒத்துழைப்பின் காரணமாக, சர்க்யூட் போர்டில் உள்ள மின்னணு கூறுகள் மற்றும் சுற்றுகள் மின்காந்த குறுக்கீட்டிற்கு உட்பட்டது.

படம் 3 இன் ஒற்றை பேனலில், சர்க்யூட் போர்டில் உள்ள கூறுகளுக்கு மின்சாரம் மற்றும் தரை கம்பிகள் ஒருவருக்கொருவர் நெருக்கமாக உள்ளன. இந்த சர்க்யூட் போர்டில் உள்ள பவர் லைன் மற்றும் கிரவுண்ட் லைன் ஆகியவற்றின் பொருத்த விகிதம் படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி பொருத்தமானது. சர்க்யூட் போர்டில் உள்ள மின்னணு கூறுகள் மற்றும் சுற்றுகள் மின்காந்த குறுக்கீட்டிற்கு (EMI) உட்படுத்தப்படுவதற்கான நிகழ்தகவு 679/12.8 மடங்கு குறைக்கப்படுகிறது அல்லது சுமார் 54 முறை.
　　
கட்டுப்படுத்திகள் மற்றும் செயலிகள் போன்ற டிஜிட்டல் சாதனங்களுக்கு, துண்டிக்கும் மின்தேக்கிகளும் தேவைப்படுகின்றன, ஆனால் வெவ்வேறு காரணங்களுக்காக. இந்த மின்தேக்கிகளின் ஒரு செயல்பாடு "மினியேச்சர்" சார்ஜ் வங்கியாக செயல்படுவதாகும்.

டிஜிட்டல் சர்க்யூட்களில், கேட் ஸ்டேட் ஸ்விட்ச்சிங்கைச் செய்ய பொதுவாக அதிக அளவு மின்னோட்டம் தேவைப்படுகிறது. சர்க்யூட் போர்டு வழியாக ஸ்விட்ச் மற்றும் ஓட்டத்தின் போது சிப்பில் மாறுதல் நிலையற்ற மின்னோட்டங்கள் உருவாக்கப்படுவதால், கூடுதல் "உதிரி" கட்டணங்கள் இருப்பது சாதகமானது. மாறுதல் செயலைச் செய்யும்போது போதுமான கட்டணம் இல்லை என்றால், மின்சாரம் வழங்கல் மின்னழுத்தம் பெரிதும் மாறும். அதிக மின்னழுத்த மாற்றம் டிஜிட்டல் சிக்னல் அளவை நிச்சயமற்ற நிலைக்கு கொண்டு செல்லும், மேலும் டிஜிட்டல் சாதனத்தில் உள்ள நிலை இயந்திரம் தவறாக செயல்பட காரணமாக இருக்கலாம்.

சர்க்யூட் போர்டு ட்ரேஸ் வழியாக பாயும் மாறுதல் மின்னோட்டம் மின்னழுத்தத்தை மாற்றும், மேலும் சர்க்யூட் போர்டு ட்ரேஸ் ஒட்டுண்ணி தூண்டலைக் கொண்டுள்ளது. மின்னழுத்த மாற்றத்தைக் கணக்கிட பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தலாம்: V = LdI/dt. அவற்றில்: V = மின்னழுத்த மாற்றம், L = சர்க்யூட் போர்டு டிரேஸ் இண்டக்டன்ஸ், dI = சுவடு மூலம் தற்போதைய மாற்றம், dt = தற்போதைய மாற்ற நேரம்.
　　
எனவே, பல காரணங்களுக்காக, மின்சாரம் அல்லது செயலில் உள்ள சாதனங்களின் மின் விநியோக ஊசிகளில் பைபாஸ் (அல்லது துண்டித்தல்) மின்தேக்கிகளைப் பயன்படுத்துவது நல்லது.

மின் கம்பி மற்றும் தரை கம்பியை ஒன்றாக இணைக்க வேண்டும்

மின்கம்பியின் நிலை மற்றும் தரை கம்பி ஆகியவை மின்காந்த குறுக்கீட்டின் சாத்தியத்தை குறைக்க நன்கு பொருந்துகின்றன. மின்கம்பியும் தரைக் கோடும் சரியாகப் பொருந்தவில்லை என்றால், கணினி வளையம் வடிவமைக்கப்பட்டு சத்தம் உருவாகும்.

மின் இணைப்பு மற்றும் தரைக் கோடு சரியாகப் பொருந்தாத PCB வடிவமைப்பின் எடுத்துக்காட்டு படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இந்த சர்க்யூட் போர்டில், வடிவமைக்கப்பட்ட லூப் பகுதி 697cm² ஆகும். படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ள முறையைப் பயன்படுத்தி, லூப்பில் மின்னழுத்தத்தைத் தூண்டும் சர்க்யூட் போர்டில் அல்லது வெளியே கதிர்வீச்சு சத்தத்தின் சாத்தியத்தை வெகுவாகக் குறைக்கலாம்.

அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் வயரிங் உத்திகளுக்கு இடையிலான வேறுபாடு

▍தரை விமானம் ஒரு பிரச்சனை

சர்க்யூட் போர்டு வயரிங் பற்றிய அடிப்படை அறிவு அனலாக் மற்றும் டிஜிட்டல் சர்க்யூட்கள் இரண்டிற்கும் பொருந்தும். கட்டைவிரல் ஒரு அடிப்படை விதி தடையற்ற தரை விமானம் பயன்படுத்த வேண்டும். இந்த பொது அறிவு டிஜிட்டல் சுற்றுகளில் dI/dt (நேரத்துடன் மின்னோட்டத்தில் மாற்றம்) விளைவைக் குறைக்கிறது, இது தரை திறனை மாற்றுகிறது மற்றும் அனலாக் சுற்றுகளுக்குள் சத்தத்தை ஏற்படுத்துகிறது.

டிஜிட்டல் மற்றும் அனலாக் சர்க்யூட்களுக்கான வயரிங் நுட்பங்கள் அடிப்படையில் ஒரே மாதிரியானவை, ஒரு விதிவிலக்கு. அனலாக் சுற்றுகளுக்கு, கவனிக்க வேண்டிய மற்றொரு புள்ளி உள்ளது, அதாவது, டிஜிட்டல் சிக்னல் கோடுகள் மற்றும் சுழல்களை அனலாக் சர்க்யூட்களிலிருந்து முடிந்தவரை தொலைவில் தரையில் வைக்கவும். அனலாக் தரை விமானத்தை கணினி தரை இணைப்புடன் தனித்தனியாக இணைப்பதன் மூலம் இதை அடையலாம் அல்லது அனலாக் சர்க்யூட்டை சர்க்யூட் போர்டின் தொலைவில் வைப்பதன் மூலம் அடையலாம், இது வரியின் முடிவாகும். சமிக்ஞை பாதையில் வெளிப்புற குறுக்கீட்டை குறைந்தபட்சமாக வைத்திருக்க இது செய்யப்படுகிறது.

டிஜிட்டல் சர்க்யூட்டுகளுக்கு இதைச் செய்ய வேண்டிய அவசியமில்லை, இது தரையில் விமானத்தில் நிறைய சத்தத்தை பிரச்சினைகள் இல்லாமல் பொறுத்துக்கொள்ளும்.

படம் 4 (இடது) அனலாக் சர்க்யூட்டில் இருந்து டிஜிட்டல் ஸ்விட்ச் செயலை தனிமைப்படுத்துகிறது மற்றும் சுற்றுகளின் டிஜிட்டல் மற்றும் அனலாக் பகுதிகளை பிரிக்கிறது. (வலது) அதிக அதிர்வெண் மற்றும் குறைந்த அதிர்வெண் முடிந்தவரை பிரிக்கப்பட வேண்டும், மேலும் அதிக அதிர்வெண் கூறுகள் சர்க்யூட் போர்டு இணைப்பிகளுக்கு அருகில் இருக்க வேண்டும்.

படம் 5 பிசிபியில் இரண்டு நெருக்கமான தடயங்களை லேஅவுட் செய்யவும், ஒட்டுண்ணி கொள்ளளவை உருவாக்குவது எளிது. இந்த வகையான கொள்ளளவு இருப்பதால், ஒரு தடத்தில் விரைவான மின்னழுத்த மாற்றம் மற்ற தடத்தில் தற்போதைய சமிக்ஞையை உருவாக்க முடியும்.

படம் 6 நீங்கள் தடயங்களை வைப்பதில் கவனம் செலுத்தவில்லை என்றால், PCB இல் உள்ள தடயங்கள் வரி தூண்டல் மற்றும் பரஸ்பர தூண்டலை உருவாக்கலாம். இந்த ஒட்டுண்ணி தூண்டல் டிஜிட்டல் ஸ்விட்சிங் சர்க்யூட்கள் உட்பட சுற்றுகளின் செயல்பாட்டிற்கு மிகவும் தீங்கு விளைவிக்கும்.

▍கூறு இடம்

மேலே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, ஒவ்வொரு PCB வடிவமைப்பிலும், சுற்றுகளின் இரைச்சல் பகுதி மற்றும் "அமைதியான" பகுதி (இரைச்சல் இல்லாத பகுதி) பிரிக்கப்பட வேண்டும். பொதுவாக, டிஜிட்டல் சுற்றுகள் சத்தத்தில் "நிறைந்தவை" மற்றும் சத்தத்திற்கு உணர்வற்றவை (ஏனென்றால் டிஜிட்டல் சுற்றுகள் அதிக மின்னழுத்த இரைச்சல் சகிப்புத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன); மாறாக, அனலாக் சுற்றுகளின் மின்னழுத்த இரைச்சல் சகிப்புத்தன்மை மிகவும் சிறியது.

இரண்டில், அனலாக் சுற்றுகள் சத்தத்தை மாற்றுவதற்கு மிகவும் உணர்திறன் கொண்டவை. ஒரு கலப்பு-சிக்னல் அமைப்பின் வயரிங்கில், படம் 4 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இந்த இரண்டு சுற்றுகளும் பிரிக்கப்பட வேண்டும்.
　　
▍PCB வடிவமைப்பால் உருவாக்கப்பட்ட ஒட்டுண்ணி கூறுகள்

சிக்கல்களை ஏற்படுத்தக்கூடிய இரண்டு அடிப்படை ஒட்டுண்ணி கூறுகள் PCB வடிவமைப்பில் எளிதில் உருவாகின்றன: ஒட்டுண்ணி கொள்ளளவு மற்றும் ஒட்டுண்ணி தூண்டல்.

ஒரு சர்க்யூட் போர்டை வடிவமைக்கும் போது, இரண்டு தடயங்களை ஒன்றுக்கொன்று நெருக்கமாக வைப்பது ஒட்டுண்ணி கொள்ளளவை உருவாக்கும். நீங்கள் இதைச் செய்யலாம்: இரண்டு வெவ்வேறு அடுக்குகளில், மற்ற தடயத்தின் மேல் ஒரு சுவடு வைக்கவும்; அல்லது அதே அடுக்கில், படம் 5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மற்ற தடயத்திற்கு அடுத்ததாக ஒரு தடத்தை வைக்கவும்.
　　
இந்த இரண்டு சுவடு உள்ளமைவுகளில், ஒரு சுவட்டில் காலப்போக்கில் மின்னழுத்தத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் (dV/dt) மற்ற தடத்தில் மின்னோட்டத்தை ஏற்படுத்தலாம். மற்ற சுவடு அதிக மின்மறுப்பு எனில், மின்சார புலத்தால் உருவாக்கப்படும் மின்னோட்டம் மின்னழுத்தமாக மாற்றப்படும்.
　　
அனலாக் சிக்னல் வடிவமைப்பின் டிஜிட்டல் பக்கத்தில் ஃபாஸ்ட் வோல்டேஜ் டிரான்சியன்ட்ஸ் பெரும்பாலும் நிகழ்கிறது. வேகமான மின்னழுத்த டிரான்சியன்ட்கள் கொண்ட தடயங்கள் உயர் மின்மறுப்பு அனலாக் தடயங்களுக்கு அருகில் இருந்தால், இந்த பிழையானது அனலாக் சர்க்யூட்டின் துல்லியத்தை தீவிரமாக பாதிக்கும். இந்த சூழலில், அனலாக் சுற்றுகளுக்கு இரண்டு குறைபாடுகள் உள்ளன: அவற்றின் இரைச்சல் சகிப்புத்தன்மை டிஜிட்டல் சுற்றுகளை விட மிகவும் குறைவாக உள்ளது; மற்றும் உயர் மின்மறுப்பு தடயங்கள் மிகவும் பொதுவானவை.
　　
பின்வரும் இரண்டு நுட்பங்களில் ஒன்றைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் இந்த நிகழ்வைக் குறைக்கலாம். பொதுவாக பயன்படுத்தப்படும் நுட்பம், கொள்ளளவு சமன்பாட்டின் படி சுவடுகளுக்கு இடையே அளவை மாற்றுவதாகும். மாற்றுவதற்கு மிகவும் பயனுள்ள அளவு இரண்டு தடயங்களுக்கு இடையிலான தூரம் ஆகும். d மாறியானது கொள்ளளவு சமன்பாட்டின் வகுப்பில் உள்ளது என்பதை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். d அதிகரிக்கும் போது, கொள்ளளவு எதிர்வினை குறையும். மாற்றக்கூடிய மற்றொரு மாறி இரண்டு தடயங்களின் நீளம். இந்த வழக்கில், நீளம் L குறைகிறது, மேலும் இரண்டு தடயங்களுக்கு இடையிலான கொள்ளளவு எதிர்வினையும் குறையும்.
　　
மற்றொரு நுட்பம் இந்த இரண்டு தடயங்களுக்கு இடையில் ஒரு தரை கம்பி போடுவது. தரை கம்பி குறைந்த மின்மறுப்பு, மேலும் இது போன்ற மற்றொரு தடத்தை சேர்ப்பது குறுக்கீடு மின்சார புலத்தை பலவீனப்படுத்தும், படம் 5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.
　　
சர்க்யூட் போர்டில் உள்ள ஒட்டுண்ணித் தூண்டலின் கொள்கை ஒட்டுண்ணி கொள்ளளவைப் போன்றது. இது இரண்டு தடயங்களை இடுவதற்கும் ஆகும். இரண்டு வெவ்வேறு அடுக்குகளில், மற்ற தடயத்தின் மேல் ஒரு சுவடு வைக்கவும்; அல்லது அதே அடுக்கில், படம் 6 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஒரு தடத்தை மற்றொன்றுக்கு அடுத்ததாக வைக்கவும்.

இந்த இரண்டு வயரிங் உள்ளமைவுகளில், ஒரு தடத்தின் தற்போதைய மாற்றம் (dI/dt), இந்த தடத்தின் தூண்டல் காரணமாக, அதே தடத்தில் மின்னழுத்தத்தை உருவாக்கும்; மற்றும் பரஸ்பர தூண்டல் இருப்பதன் காரணமாக, அது மற்ற தடத்தில் ஒரு விகிதாசார மின்னோட்டம் உருவாக்கப்படும். முதல் தடத்தில் மின்னழுத்த மாற்றம் போதுமானதாக இருந்தால், குறுக்கீடு டிஜிட்டல் சர்க்யூட்டின் மின்னழுத்த சகிப்புத்தன்மையைக் குறைத்து பிழைகளை ஏற்படுத்தும். இந்த நிகழ்வு டிஜிட்டல் சுற்றுகளில் மட்டும் ஏற்படாது, ஆனால் டிஜிட்டல் சுற்றுகளில் பெரிய உடனடி ஸ்விட்சிங் நீரோட்டங்கள் இருப்பதால் இந்த நிகழ்வு டிஜிட்டல் சுற்றுகளில் மிகவும் பொதுவானது.
　　
மின்காந்த குறுக்கீடு மூலங்களிலிருந்து சாத்தியமான சத்தத்தை அகற்ற, சத்தமில்லாத I/O போர்ட்களில் இருந்து "அமைதியான" அனலாக் வரிகளை பிரிப்பது சிறந்தது. குறைந்த மின்மறுப்பு சக்தி மற்றும் தரை நெட்வொர்க்கை அடைய முயற்சிக்க, டிஜிட்டல் சர்க்யூட் கம்பிகளின் தூண்டல் குறைக்கப்பட வேண்டும், மேலும் அனலாக் சுற்றுகளின் கொள்ளளவு இணைப்பு குறைக்கப்பட வேண்டும்.
　　
03

முடிவுரை

டிஜிட்டல் மற்றும் அனலாக் வரம்புகள் தீர்மானிக்கப்பட்ட பிறகு, வெற்றிகரமான PCBக்கு கவனமாக ரூட்டிங் அவசியம். வயரிங் உத்தி பொதுவாக அனைவருக்கும் கட்டைவிரல் விதியாக அறிமுகப்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் ஆய்வக சூழலில் தயாரிப்பின் இறுதி வெற்றியை சோதிப்பது கடினம். எனவே, டிஜிட்டல் மற்றும் அனலாக் சர்க்யூட்களின் வயரிங் உத்திகளில் ஒற்றுமைகள் இருந்தாலும், அவற்றின் வயரிங் உத்திகளில் உள்ள வேறுபாடுகள் அங்கீகரிக்கப்பட்டு தீவிரமாக எடுத்துக்கொள்ளப்பட வேண்டும்.