એબ્સ્ટ્રેક્ટ: મિશ્ર-સિગ્નલ સર્કિટની ડિઝાઇન પીસીબી ખૂબ જ જટિલ છે. ઘટકોનું લેઆઉટ અને વાયરિંગ અને પાવર સપ્લાય અને ગ્રાઉન્ડ વાયરની પ્રક્રિયા સર્કિટની કામગીરી અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સુસંગતતાની કામગીરીને સીધી અસર કરશે. આ લેખમાં રજૂ કરાયેલ ગ્રાઉન્ડ અને પાવરની પાર્ટીશન ડિઝાઇન મિશ્ર-સિગ્નલ સર્કિટના પ્રભાવને શ્રેષ્ઠ બનાવી શકે છે.

ડિજિટલ સિગ્નલ અને એનાલોગ સિગ્નલ વચ્ચેની પરસ્પર હસ્તક્ષેપ કેવી રીતે ઘટાડવો? ડિઝાઇન કરતા પહેલા, આપણે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સુસંગતતા (EMC) ના બે મૂળભૂત સિદ્ધાંતોને સમજવા જોઈએ: પ્રથમ સિદ્ધાંત વર્તમાન લૂપનો વિસ્તાર ઓછો કરવાનો છે; બીજો સિદ્ધાંત એ છે કે સિસ્ટમ ફક્ત એક જ સંદર્ભ સપાટીનો ઉપયોગ કરે છે. તેનાથી વિપરિત, જો સિસ્ટમમાં બે સંદર્ભ વિમાનો હોય, તો દ્વિધ્રુવીય એન્ટેના બનાવવાનું શક્ય છે (નોંધ: નાના દ્વિધ્રુવીય એન્ટેનાનું રેડિયેશન કદ રેખાની લંબાઈ, પ્રવાહની માત્રા અને આવર્તન સાથે પ્રમાણસર છે); અને જો સિગ્નલ શક્ય તેટલું પસાર ન કરી શકે તો નાના લૂપનું વળતર મોટા લૂપ એન્ટેનાનું નિર્માણ કરી શકે છે (નોંધ: નાના લૂપ એન્ટેનાનું રેડિયેશન કદ લૂપ વિસ્તાર, લૂપમાંથી વહેતો પ્રવાહ અને ચોરસના પ્રમાણમાં હોય છે. આવર્તન). ડિઝાઇનમાં બને તેટલી આ બે પરિસ્થિતિઓને ટાળો.

મિશ્ર-સિગ્નલ સર્કિટ બોર્ડ પર ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ અને એનાલોગ ગ્રાઉન્ડને અલગ કરવાનું સૂચન કરવામાં આવે છે, જેથી ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ અને એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ વચ્ચેનું અલગતા પ્રાપ્ત કરી શકાય. જો કે આ પદ્ધતિ શક્ય છે, ત્યાં ઘણી સંભવિત સમસ્યાઓ છે, ખાસ કરીને જટિલ મોટા પાયે સિસ્ટમોમાં. સૌથી ગંભીર સમસ્યા એ છે કે તે ડિવિઝન ગેપમાં રૂટ કરી શકાતી નથી. એકવાર ડિવિઝન ગેપ રૂટ થઈ જાય, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન અને સિગ્નલ ક્રોસસ્ટૉક તીવ્રપણે વધશે. PCB ડિઝાઇનમાં સૌથી સામાન્ય સમસ્યા એ છે કે સિગ્નલ લાઇન વિભાજિત જમીન અથવા પાવર સપ્લાયને પાર કરે છે અને EMI સમસ્યાઓ પેદા કરે છે.

મિશ્ર-સિગ્નલ PCB ની પાર્ટીશન ડિઝાઇન કેવી રીતે પ્રાપ્ત કરવી

આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, અમે ઉપરોક્ત વિભાજન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, અને સિગ્નલ લાઇન બે મેદાનો વચ્ચેના અંતરને પાર કરે છે. સિગ્નલ પ્રવાહનો રીટર્ન પાથ શું છે? એમ ધારી રહ્યા છીએ કે વિભાજિત કરાયેલા બે મેદાનો ક્યાંક એકસાથે જોડાયેલા છે (સામાન્ય રીતે ચોક્કસ સ્થાન પર એક જ બિંદુ જોડાણ), આ કિસ્સામાં, ગ્રાઉન્ડ કરંટ એક વિશાળ લૂપ બનાવશે. મોટા લૂપમાંથી વહેતો ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહ રેડિયેશન અને ઉચ્ચ જમીન ઇન્ડક્ટન્સ પેદા કરે છે. જો નીચા-સ્તરના એનાલોગ પ્રવાહ મોટા લૂપમાંથી વહે છે, તો પ્રવાહ સરળતાથી બાહ્ય સંકેતો દ્વારા દખલ કરે છે. સૌથી ખરાબ બાબત એ છે કે જ્યારે વિભાજિત ગ્રાઉન્ડ્સ પાવર સપ્લાય પર એકસાથે જોડાયેલા હોય છે, ત્યારે ખૂબ મોટો વર્તમાન લૂપ બનાવવામાં આવશે. વધુમાં, એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ અને ડીજીટલ ગ્રાઉન્ડને લાંબા વાયર દ્વારા જોડીને દ્વિધ્રુવી એન્ટેના બનાવવામાં આવે છે.

મિક્સ્ડ-સિગ્નલ સર્કિટ બોર્ડ ડિઝાઇનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની ચાવી એ જમીન પર વર્તમાન પરત ફરવાના માર્ગ અને પદ્ધતિને સમજવી. ઘણા ડિઝાઇન ઇજનેરો માત્ર સિગ્નલ પ્રવાહ ક્યાં વહે છે તે ધ્યાનમાં લે છે અને વર્તમાનના ચોક્કસ માર્ગને અવગણે છે. જો ગ્રાઉન્ડ લેયરને વિભાજિત કરવું આવશ્યક છે, અને વાયરિંગને વિભાગો વચ્ચેના અંતરમાંથી પસાર થવું આવશ્યક છે, તો વિભાજિત મેદાનો વચ્ચે સિંગલ-પોઇન્ટ કનેક્શન બનાવી શકાય છે જેથી બે ગ્રાઉન્ડ્સ વચ્ચે કનેક્શન બ્રિજ બને, અને પછી કનેક્શન બ્રિજ દ્વારા વાયરિંગ કરી શકાય. . આ રીતે, દરેક સિગ્નલ લાઇન હેઠળ ડાયરેક્ટ કરંટ રીટર્ન પાથ પ્રદાન કરી શકાય છે, જેથી રચાયેલ લૂપ વિસ્તાર નાનો હોય.

ઓપ્ટિકલ આઇસોલેશન ડિવાઇસ અથવા ટ્રાન્સફોર્મર્સનો ઉપયોગ પણ સમગ્ર સેગ્મેન્ટેશન ગેપમાં સિગ્નલ હાંસલ કરી શકે છે. ભૂતપૂર્વ માટે, તે ઓપ્ટિકલ સિગ્નલ છે જે સેગ્મેન્ટેશન ગેપને પાર કરે છે; ટ્રાન્સફોર્મરના કિસ્સામાં, તે ચુંબકીય ક્ષેત્ર છે જે સેગ્મેન્ટેશન ગેપને પાર કરે છે. અન્ય શક્ય પદ્ધતિ વિભેદક સંકેતોનો ઉપયોગ કરવાની છે: સિગ્નલ એક લાઇનમાંથી વહે છે અને બીજી સિગ્નલ લાઇનથી પરત આવે છે. આ કિસ્સામાં, પાછા ફરવાના માર્ગ તરીકે જમીનની જરૂર નથી.

એનાલોગ સિગ્નલોમાં ડિજિટલ સિગ્નલોની દખલગીરીનું ઊંડાણપૂર્વક અન્વેષણ કરવા માટે, આપણે પહેલા ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહોની લાક્ષણિકતાઓને સમજવી જોઈએ. ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહો માટે, હંમેશા ઓછામાં ઓછા અવબાધ (સૌથી નીચું ઇન્ડક્ટન્સ) અને સીધા જ સિગ્નલની નીચેનો રસ્તો પસંદ કરો, જેથી વળતર પ્રવાહ અડીને આવેલા સર્કિટ સ્તરમાંથી વહેશે, પછી ભલેને અડીને આવેલ સ્તર પાવર લેયર હોય કે ગ્રાઉન્ડ લેયર. .

વાસ્તવિક કાર્યમાં, તે સામાન્ય રીતે એકીકૃત જમીનનો ઉપયોગ કરવા માટે વલણ ધરાવે છે, અને PCB ને એનાલોગ ભાગ અને ડિજિટલ ભાગમાં વિભાજિત કરે છે. એનાલોગ સિગ્નલ સર્કિટ બોર્ડના તમામ સ્તરોના એનાલોગ વિસ્તારમાં રૂટ કરવામાં આવે છે, અને ડિજિટલ સિગ્નલ ડિજિટલ સર્કિટ વિસ્તારમાં રૂટ થાય છે. આ કિસ્સામાં, ડિજિટલ સિગ્નલ વળતર પ્રવાહ એનાલોગ સિગ્નલ ગ્રાઉન્ડમાં વહેશે નહીં.

જ્યારે ડિજિટલ સિગ્નલ સર્કિટ બોર્ડના એનાલોગ ભાગ પર વાયર હોય અથવા એનાલોગ સિગ્નલ સર્કિટ બોર્ડના ડિજિટલ ભાગ પર વાયર હોય ત્યારે જ ડિજિટલ સિગ્નલની એનાલોગ સિગ્નલમાં દખલગીરી દેખાશે. વિભાજિત જમીન ન હોવાને કારણે આ પ્રકારની સમસ્યા સર્જાતી નથી, તેનું વાસ્તવિક કારણ ડિજિટલ સિગ્નલનું અયોગ્ય વાયરિંગ છે.

PCB ડિઝાઇન ડિજિટલ સર્કિટ અને એનાલોગ સર્કિટ પાર્ટીશન અને યોગ્ય સિગ્નલ વાયરિંગ દ્વારા એકીકૃત ગ્રાઉન્ડ અપનાવે છે, સામાન્ય રીતે કેટલીક વધુ મુશ્કેલ લેઆઉટ અને વાયરિંગ સમસ્યાઓ હલ કરી શકે છે, અને તે જ સમયે, તે ગ્રાઉન્ડ ડિવિઝનને કારણે કેટલીક સંભવિત મુશ્કેલીઓનું કારણ બનશે નહીં. આ કિસ્સામાં, ઘટકોનું લેઆઉટ અને પાર્ટીશન ડિઝાઇનના ગુણદોષ નક્કી કરવા માટેની ચાવી બની જાય છે. જો લેઆઉટ વાજબી હોય, તો ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ કરંટ સર્કિટ બોર્ડના ડિજિટલ ભાગ સુધી મર્યાદિત રહેશે અને એનાલોગ સિગ્નલમાં દખલ કરશે નહીં. વાયરિંગના નિયમોનું 100% પાલન થાય છે તેની ખાતરી કરવા માટે આવા વાયરિંગનું કાળજીપૂર્વક નિરીક્ષણ અને ચકાસણી કરવી આવશ્યક છે. નહિંતર, સિગ્નલ લાઇનનું અયોગ્ય રૂટીંગ અન્યથા ખૂબ સારા સર્કિટ બોર્ડને સંપૂર્ણપણે નાશ કરશે.

A/D કન્વર્ટરના એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ પિનને એકસાથે કનેક્ટ કરતી વખતે, મોટા ભાગના A/D કન્વર્ટર ઉત્પાદકો સૂચવે છે: AGND અને DGND પિનને ટૂંકી લીડ દ્વારા સમાન નીચા ઇમ્પિડન્સ ગ્રાઉન્ડ સાથે કનેક્ટ કરો. (નોંધ: કારણ કે મોટાભાગની A/D કન્વર્ટર ચિપ્સ એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડને એકસાથે કનેક્ટ કરતી નથી, એનાલોગ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ બાહ્ય પિન દ્વારા જોડાયેલા હોવા જોઈએ.) DGND સાથે જોડાયેલ કોઈપણ બાહ્ય અવબાધ પરોપજીવી કેપેસીટન્સ પસાર કરશે. વધુ ડિજિટલ અવાજ IC ની અંદરના એનાલોગ સર્કિટ સાથે જોડાયેલ છે. આ ભલામણ મુજબ, તમારે A/D કન્વર્ટરના AGND અને DGND પિનને એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ સાથે જોડવાની જરૂર છે, પરંતુ આ પદ્ધતિ ડિજિટલ સિગ્નલ ડીકોપલિંગ કેપેસિટરનું ગ્રાઉન્ડ ટર્મિનલ એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ સાથે જોડાયેલ હોવું જોઈએ કે કેમ તે જેવી સમસ્યાઓ ઊભી કરશે. અથવા ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ.

મિશ્ર-સિગ્નલ PCB ની પાર્ટીશન ડિઝાઇન કેવી રીતે પ્રાપ્ત કરવી

જો સિસ્ટમમાં માત્ર એક જ A/D કન્વર્ટર હોય, તો ઉપરોક્ત સમસ્યાઓ સરળતાથી ઉકેલી શકાય છે. આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, જમીનને વિભાજીત કરો, અને એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડને A/D કન્વર્ટર હેઠળ એકસાથે જોડો. આ પદ્ધતિ અપનાવતી વખતે, એ સુનિશ્ચિત કરવું જરૂરી છે કે બે ગ્રાઉન્ડ્સ વચ્ચેના કનેક્ટિંગ બ્રિજની પહોળાઈ ICની પહોળાઈ જેટલી જ હોય ​​અને કોઈપણ સિગ્નલ લાઇન ડિવિઝન ગેપને ઓળંગી ન શકે.

જો સિસ્ટમમાં ઘણા A/D કન્વર્ટર છે, ઉદાહરણ તરીકે, 10 A/D કન્વર્ટરને કેવી રીતે કનેક્ટ કરવું? જો દરેક A/D કન્વર્ટર હેઠળ એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ એકસાથે જોડાયેલા હોય, તો મલ્ટિ-પોઇન્ટ કનેક્શન જનરેટ થાય છે, અને એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ વચ્ચેનું આઇસોલેશન અર્થહીન છે. જો તમે આ રીતે કનેક્ટ થતા નથી, તો તે ઉત્પાદકની આવશ્યકતાઓનું ઉલ્લંઘન કરે છે.