SamsPcbGuide भाग 4: ट्रेसिंग सिग्नल लाइनें। अनिच्छा न्यूनतम

विश्व, पीसीबी ट्रेस, मई। क्योंकि पीसीबी ट्रेसिंग श्रम है। और यह लेख एक संपूर्ण ब्लॉक खोलता है, जिसका उद्देश्य इस कार्य के लिए सही उपकरण देना है। यह रिटर्न करंट के मार्ग को नियंत्रित करने और महत्वपूर्ण सिग्नल लाइनों के वर्तमान सर्किट के अधिष्ठापन को कम करने के साथ-साथ उनके इष्टतम अनुरेखण के लिए सिफारिशों को महत्व देता है।

जैसा कि चक्र के पिछले लेखों में पहले ही उल्लेख किया गया है, मुद्रित सर्किट बोर्ड को विकसित करने की प्रक्रिया में इसके उत्पादन के लिए सस्ती तकनीक की संभावनाओं को ध्यान में रखना चाहिए। इसके अलावा, "पहुंच" द्वारा इसे "दिए गए समय, वित्तीय और संगठनात्मक ढांचे के भीतर पहुंच" के रूप में समझा जाना चाहिए। पीसीबी ट्रेस चरण के दौरान तकनीकी सीमाएं विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं। इसलिए, ट्रेसिंग शुरू करने से पहले, प्रस्तावित निर्माता के तकनीकी मानकों का अध्ययन करने और उपयोग किए गए सीएडी सिस्टम में नियमों का एक सेट बनाने की सिफारिश की जाती है, जिसके कार्यान्वयन को मुद्रित सर्किट बोर्ड को ट्रेस करते समय स्वचालित रूप से मॉनिटर किया जाएगा। तुरंत, हम ध्यान दें कि हालांकि आधुनिक सीएडी सिस्टम एक मुद्रित सर्किट बोर्ड को स्वचालित रूप से ट्रेस करने के लिए उपकरण प्रदान करते हैं, उन्हें इस लेख में नहीं माना जाएगा और सामान्य तौर पर, उपयोग के लिए अनुशंसित नहीं किया जाता है। केवल घटकों के एक अच्छे प्लेसमेंट के साथ अपेक्षाकृत सरल परियोजना के लिए और नियमों का एक सुविचारित सेट, ये उपकरण उच्च गुणवत्ता वाली टोपोलॉजी प्रदान करते हैं।

वापसी वर्तमान के बारे में मत भूलना

PCB ट्रेसिंग वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा डेवलपर PCB के मेटलाइजेशन लेयर्स में करंट फ्लो के रास्तों को सेट करता है। विद्युत परिपथों में, धाराएं बंद रास्तों के साथ प्रवाहित होती हैं - सर्किट - वोल्टेज स्रोत के सकारात्मक ध्रुव से नकारात्मक तक। इसलिए, यह समझना चाहिए कि वोल्टेज स्रोत से लोड तक प्रवाहित होने वाली प्रत्यक्ष धारा हमेशा लोड से स्रोत तक वापस आने वाले प्रवाह से मेल खाती है। धाराओं की यह जोड़ी एक बंद लूप बनाती है, जिसके मापदंडों का नियंत्रण, विशेष रूप से उच्च आवृत्ति संकेतों के मामले में, डेवलपर का मुख्य कार्य है। मुद्रित सर्किट बोर्डों की ईएमसी और ईएमआर के साथ बड़ी संख्या में त्रुटियां और समस्याएं इस तथ्य के ठीक कारण हैं कि डेवलपर प्रक्षेपवक्र और रिटर्न धाराओं के पारस्परिक प्रभाव का विश्लेषण नहीं करता है। अंजीर में। चित्रा 1 सिग्नल लाइन का एक विशिष्ट वर्तमान पथ दिखाता है, और एक रंगीन आयत इस सर्किट के हिस्से को उजागर करता है, जो आमतौर पर डेवलपर का अधिकांश ध्यान आकर्षित करता है, जबकि सर्किट का शेष भाग कभी-कभी अपने आप ही रहता है। यह आंकड़ा इस तथ्य को भी दर्शाता है कि एकीकृत सर्किट विद्युत ऊर्जा के स्रोत नहीं हैं। वे जटिल प्रमुख तत्वों का कार्य करते हैं, जबकि ऊर्जा स्रोत बैटरी, पावर सबसिस्टम के कैपेसिटर, साथ ही सर्किट बोर्ड के बाहरी स्रोत हैं।


जब डेवलपर द्वारा रिटर्न करंट का रास्ता तय नहीं किया जाता है, तो यह बोर्ड की टोपोलॉजी (मुख्य रूप से सामान्य तार) और भौतिकी के नियमों (जैसे, हमेशा) द्वारा निर्धारित किया जाता है - उनके प्रतिबाधा के अनुपात में आक्रमणों के साथ वर्तमान घनत्व का वितरण होता है। सामान्य स्थिति में, यह वितरण विश्लेषणात्मक रूप से व्यक्त नहीं किया जाता है, हालांकि, सरल मामलों के लिए, समाधान मौजूद हैं। चक्र के दूसरे लेख में, पृथ्वी या शक्ति की एक सतत परत के पास सिग्नल परतों को रखने के लिए एक सिफारिश की गई थी। इस कॉन्फ़िगरेशन में, कम-आवृत्ति सिग्नल के लिए संदर्भ परत में रिटर्न करंट का वितरण समरूप (छवि 2 ए) के करीब है, चूंकि वर्तमान प्रवाह क्षेत्र के विस्तार के साथ, प्रतिरोधक घटक द्वारा निर्धारित प्रतिबाधा घट जाती है। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, प्रतिक्रियाशील घटक का प्रभाव निर्णायक हो जाता है और सिग्नल पथ के नीचे से गुजरने वाले मार्ग का न्यूनतम अधिष्ठापन होता है, क्योंकि लूप क्षेत्र न्यूनतम होता है (चित्र 2 बी, पहला लेख देखें)। एक पतली (चौड़ाई w micro h) माइक्रोस्ट्रिप लाइन के रिटर्न करंट के वितरण घनत्व का एक विश्लेषणात्मक अनुमान निम्नलिखित सूत्र द्वारा दिया गया है (x लाइन के ज्यामितीय केंद्र से दूरी है, एच संदर्भ परत के ऊपर की ऊंचाई है):


इस तरह के वितरण में न्यूनतम मूल्य प्रदान किया जाता है, अर्थात्, सभी आवृत्तियों के लिए, जिसके लिए प्रतिक्रिया की तुलना में ओमिक प्रतिरोध नगण्य है, यह इस सूत्र द्वारा वर्णित किया जाएगा। वितरण के विश्लेषण से पता चलता है कि वर्तमान का 50%, एच बैंड में केंद्रित है, और 80% वर्तमान में the 3h बैंड में है।


यह समझना महत्वपूर्ण है कि वास्तविक संकेतों में एक निश्चित वर्णक्रमीय वितरण वाली आवृत्तियों का एक सेट होता है, जबकि उनके पास अक्सर एक शोर भाग होता है, जिनमें से स्पेक्ट्रम स्वयं सिग्नल के स्पेक्ट्रम से काफी भिन्न हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, "कम-आवृत्ति" पावर लाइन में, डिजिटल सर्किट स्विच करते समय महत्वपूर्ण उच्च आवृत्ति आवेग शोर हो सकता है। इस प्रकार, सिग्नल की कम आवृत्ति वाले घटकों के लिए, रिटर्न करंट को समान रूप से कम से कम पथ के साथ एक विस्तृत क्षेत्र में वितरित किया जाता है, और उच्च आवृत्ति (f≳100 kHz) के लिए, यह प्रत्यक्ष वर्तमान के लिए अधिकतम निकटता में एक संकीर्ण क्षेत्र में केंद्रित है।

आधार परत में कटआउट से बचना

इष्टतम से वर्तमान वितरण में कोई भी विचलन वर्तमान लूप के अधिष्ठापन में वृद्धि की ओर जाता है। विचलन तब होता है यदि समर्थन परत में कट-आउट (स्प्लिट, स्लॉट, गैप) होते हैं, जो मैकेनिकल और वीआईएएस के माध्यम से हो सकते हैं, कई प्रकार के वीआईएस या टर्मिनल लीड, एबटमेंट लेयर में एक सिग्नल ट्रैक (छवि। 3)। हावर्ड जॉनसन में [2, धारा 5.3] लंबाई डी की एक संकीर्ण छूट द्वारा शुरू किए गए अधिष्ठापन का अनुमान देता है:


जहां w ट्रैक की चौड़ाई है, वहीं गैप की चौड़ाई का प्रभाव छोटा है। लंबाई = D 1 सेमी के अंतराल के साथ w = 0.2 मिमी की चौड़ाई के साथ एक सिग्नल ट्रैक के लिए, अधिष्ठापन में वृद्धि ≈L1 n 8 nH होगी। तुलना के लिए, यदि संकेत पथ को अंतर के चारों ओर खींचा गया था, तो उसकी लंबाई औसतन D द्वारा बढ़ेगी, जो बदले में, संदर्भ परत h = 0.25 मिमी से ऊपर ट्रैक ऊंचाई के साथ, अधिष्ठापन में एक दुगुनी छोटी वृद्धि का कारण बनेगी:

इंडक्शन कम करें

छपे हुए सर्किट बोर्ड के प्रत्येक तत्व के लिए परजीवी इंडक्शन मौजूद है - ट्रैक्स, वीआईएस, निरंतर लेयर्स, सोल्डरेड जॉइंट्स, माइक्रोक्रेसीट लेड्स, माइक्रोएयर वेल्डिंग। महत्वपूर्ण (उच्च आवृत्ति शोर और संवेदनशील कम-मौजूदा एनालॉग सर्किट) लाइनों के महत्वपूर्ण (गंभीर स्रोतों के आवेग को कम करने के लिए महत्वपूर्ण क्यों है? यह कुछ सूत्रों को याद करने के लिए पर्याप्त है जिसमें एक पैरामीटर के रूप में अधिष्ठापन को शामिल किया गया है: एक चुंबकीय क्षेत्र के प्रवाह से संबंधित एक सूत्र और एक कंडक्टर में वर्तमान ताकत


वह सूत्र जो कंडक्टर में करंट को बदलने पर इंडक्शन ईएमएफ से संबंधित होता है


अनुनाद आवृत्ति सूत्र


और एलसी सर्किट का गुणवत्ता कारक


इस प्रकार, उच्चतर अधिष्ठापन, उच्च विकिरण, उच्चतर स्पंदित शोर, क्रॉस्टस्टॉक सहित, कम स्फूर्त दोलनों के उत्तेजना की आवृत्ति और लंबे समय तक क्षय। ये सभी प्रभाव, ज़ाहिर है, अवांछनीय हैं, और उनसे जुड़ी समस्याओं को हमेशा सर्किट बोर्ड को फिर से काम करने से हल नहीं किया जा सकता है, जैसे कि अतिरिक्त फ़िल्टरिंग घटकों को स्थापित करना, परिरक्षण।

F.1।

यह हाई-फ्रीक्वेंसी सिग्नल लाइनों को रूट करने के लिए महत्वपूर्ण है, सर्किट के इंडक्शन को कम करता है, जो इसके द्वारा प्राप्त किया जाता है:

• प्रिंट ट्रैक की लंबाई कम से कम,
• सिग्नल परतों के बीच संक्रमण का बहिष्करण,
• संदर्भ परत को ट्रैक की निकटता,
• वापसी की धारा के रास्ते पर संदर्भ परत में अंतराल की अनुपस्थिति।

यदि सिग्नल लाइन के तहत संदर्भ परत में विस्तारित अंतराल को समाप्त करना संभव नहीं है, तो यह सिफारिश की जाती है कि कम से कम एक सिरेमिक कैपेसिटर (अंग्रेजी सिलाई संधारित्र) सिग्नल लाइन के अधिकतम निकटता में स्थित हो, अनुभाग के माध्यम से एक वापसी वर्तमान पथ प्रदान करता है। हालांकि, जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, संधारित्र की परजीवी प्रेरण और संदर्भ परत के साथ इसके यौगिक समाधान की दक्षता कम हो जाती है।

परत संक्रमणों का अनुकूलन करें

सिग्नल परतों के बीच ट्रैक संक्रमण के महत्वपूर्ण मुद्दे से अलग विचार की आवश्यकता है, क्योंकि सभी महत्वपूर्ण संकेतों के लिए क्रॉसहेयर को बाहर करना हमेशा संभव नहीं होता है। अंजीर में। चित्रा 4 परतों के बीच संक्रमण के लिए विभिन्न विकल्पों के लिए आगे और वापसी धाराओं के मार्ग दिखाता है। आंकड़ा सशर्त रूप से त्वचा के प्रभाव को दर्शाता है: कंडक्टर की सतह परत में वापसी धारा प्रवाह। लाल तीरों की संख्या में वृद्धि करके, कोई उस पथ की कुल प्रेरण में वृद्धि का न्याय कर सकता है जिसमें व्यास का अधिष्ठापन जोड़ा गया है, और विभिन्न संदर्भ परतों के मामले में, मिलाप जोड़ों की संकेतनता और संधारित्र (अंग्रेजी समकक्ष श्रृंखला अधिष्ठापन, ईएसएल) की श्रृंखला उपपादन। इसके अलावा, विभिन्न क्षमताओं की सहायक परतों के मामले में, रिटर्न करंट की उच्च आवृत्ति वाला हिस्सा पूर्वाग्रह धाराओं (लाल धराशायी तीर) के रूप में बहता है। संकेत की अखंडता के साथ समस्याओं के अलावा, यह इस विद्युत आपूर्ति सर्किट में शोर की उपस्थिति और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्तर में वृद्धि की ओर जाता है [3]।


हेनरी ओट [4, धारा 16.3.3] में एक प्रयोग का डेटा प्रस्तुत किया गया है जिसमें चार-परत मुद्रित सर्किट बोर्ड के लिए विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्तर में परिवर्तन का संदर्भ पृथ्वी के साथ ऊपरी परत से निचली एक तक एक उच्च आवृत्ति लाइन के संक्रमण के मामले में किया गया था। समर्थन परतें एक विअस द्वारा परस्पर जुड़ी नहीं थीं, लेकिन केवल कैपेसिटिव युग्मन के कारण। एक ही बोर्ड के लिए विकिरण स्तर जहां एक परत में सिग्नल लाइन को अलग किया गया था, प्रारंभिक एक के रूप में लिया गया था। वृद्धि ~ 250 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर लगभग 30 डीबी थी, और केवल 2 गीगाहर्ट्ज के बाद मुद्रित सर्किट बोर्ड के वितरित समाई ने संदर्भ परतों के बीच संक्रमण का पर्याप्त रूप से कम प्रतिबाधा प्रदान किया, ताकि ईएमआर स्तर में अधिक अंतर न हो। प्रयोग उच्च आवृत्ति लाइनों के लिए संकेत परतों के बीच संक्रमण को खत्म करने के महत्व को दर्शाता है।

P.2।

ऐसे मामलों में जहां संक्रमण से बचना असंभव है, प्राथमिकता के क्रम में निम्नलिखित विकल्पों की सिफारिश की जाती है:

• दो परतों के बीच एक ही सपोर्ट लेयर (चित्र। 4 बी) से सटे,
• एक ही क्षमता (पावर / ग्राउंड) की समर्थन परतों से सटे दो परतों के बीच, जबकि परत (छवि 4 बी) के स्थान के अधिकतम निकटता में और, अधिमानतः, सिग्नल लाइन के साथ, समर्थन परतें वायस द्वारा जुड़ी हुई हैं।
• अलग-अलग क्षमता के आसन्न समर्थन परतों से सटे दो परतों के बीच, जबकि परत के परिवर्तन की जगह के लिए अधिकतम निकटता में, समर्थन परतें कम कनेक्शन अधिष्ठापन (छवि 4 जी) के साथ कम से कम दो सिरेमिक कैपेसिटर द्वारा जुड़ी हुई हैं।
• दो परतों के बीच, अलग-अलग क्षमता की फैली हुई समर्थन परतों के बीच, जबकि परत के परिवर्तन के स्थान के लिए अधिकतम निकटता में, समर्थन परतें सिरेमिक कैपेसिटर द्वारा कम कनेक्शन अधिष्ठापन के साथ जुड़ी हुई हैं - 1 एनएस के क्रम के किनारों के साथ महत्वपूर्ण संकेतों के लिए अनुशंसित नहीं है।

महत्वपूर्ण संकेतों के लिए दो से अधिक परतों के बीच बदलने की सिफारिश नहीं की जाती है। पहले दो वेरिएंट में पसंदीदा समर्थन परत पृथ्वी की परत है। यदि संदर्भ परत बिजली की परत है, तो सिग्नल स्पेक्ट्रम बैंड में पावर सबसिस्टम की कम प्रतिबाधा प्रदान करना आवश्यक है। ध्यान दें कि अक्सर सबसे बड़ी संख्या में सिरेमिक कैपेसिटर माइक्रोक्रिस्किट्स के पास स्थित होते हैं, इसलिए रिसीवर / ट्रांसमीटर के पास सिग्नल पथ की परत को बदलना सबसे इष्टतम है और सबसे अच्छी स्थिति में अतिरिक्त घटकों के प्लेसमेंट की आवश्यकता नहीं होती है।

जटिल मुद्रित सर्किट बोर्डों में, कई सिग्नल लाइनें हैं और सभी संकेतों के लिए इस लेख में निर्दिष्ट सिफारिशों को पूरा करना संभव नहीं है, विशेष रूप से अंतिम उत्पादों के आयामों के लिए उच्च आवश्यकताओं को देखते हुए। यही कारण है कि महत्वपूर्ण उच्च आवृत्ति और संवेदनशील संकेतों के एक समूह का चयन करना और उनसे ट्रेस करना शुरू करना आवश्यक है। इस मामले में, इस समूह से जुड़े घटकों की व्यवस्था को महत्वपूर्ण संकेतों के इष्टतम तारों के लिए अवसर प्रदान करना चाहिए। वर्तमान लूप के अधिष्ठापन को कम करने का कार्य केवल सिग्नल लाइन ट्रेसिंग के पहलुओं में से एक है, चक्र के निम्नलिखित लेखों में, तारों की तकनीक और मिलान सर्किट जो लाइनों में प्रतिबिंब और क्रॉसस्टॉक को कम करते हैं, पर विचार किया जाएगा।

साहित्य

[१] होलोवे सीएल, कुएस्टर ईएफ "एक माइक्रोस्ट्रिप लाइन के ग्राउंड प्लेन पर करंट डेंसिटी के लिए क्लोज्ड-फॉर्म एक्सप्रेशन, ग्राउंड प्लेन लॉस के लिए एप्लीकेशन के साथ।" माइक्रोवेव सिद्धांत और तकनीक पर IEEE लेनदेन, वॉल्यूम। 43, सं। 5, मई 1995।
[२] जॉनसन एच। "हाई स्पीड डिजिटल डिज़ाइन: ए हैंडबुक ऑफ़ ब्लैक मैजिक", प्रेंटिस हॉल, १ ९९ ३।
[३] कुई डब्लू।, ये एक्स।, आर्कब्यूअल्ट बी, आदि। "डीसी पावर बस के माध्यम से सिग्नल वाया संक्रमण से ईएमआई परिणाम", विद्युत चुम्बकीय संगतता पर IEEE अंतर्राष्ट्रीय संगोष्ठी, 2000।
[४] ओट, एचडब्ल्यू इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कम्पैटिबिलिटी इंजीनियरिंग, विली, २०० ९।

यह आलेख सबसे पहले जर्नल अवयव और प्रौद्योगिकी 2018, नंबर 2 में प्रकाशित हुआ था। पत्रिका के संपादकों के साथ Geektimes पर प्रकाशन पर सहमति हुई है।