પીસીબી મિશ્ર સિગ્નલ સર્કિટની ડિઝાઇન ખૂબ જ જટિલ છે. ઘટકોનું લેઆઉટ અને વાયરિંગ અને પાવર સપ્લાય અને ગ્રાઉન્ડ વાયરની પ્રક્રિયા સીધી સર્કિટ કામગીરી અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સુસંગતતા કામગીરીને અસર કરશે. આ પેપરમાં રજૂ કરાયેલ ગ્રાઉન્ડ અને પાવર સપ્લાયની પાર્ટીશન ડિઝાઇન મિશ્ર-સિગ્નલ સર્કિટના પ્રભાવને શ્રેષ્ઠ બનાવી શકે છે.

ડિજિટલ અને એનાલોગ સિગ્નલો વચ્ચેની દખલ કેવી રીતે ઘટાડવી? ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સુસંગતતા (EMC) ના બે મૂળભૂત સિદ્ધાંતો ડિઝાઇન કરતા પહેલા સમજવું આવશ્યક છે: પ્રથમ સિદ્ધાંત વર્તમાન લૂપનો વિસ્તાર ઓછો કરવાનો છે; બીજો સિદ્ધાંત એ છે કે સિસ્ટમ ફક્ત એક જ સંદર્ભ વિમાનનો ઉપયોગ કરે છે. તેનાથી વિપરિત, જો સિસ્ટમમાં બે સંદર્ભ વિમાનો હોય, તો દ્વિધ્રુવીય એન્ટેના બનાવવાનું શક્ય છે (નોંધ: નાના દ્વિધ્રુવીય એન્ટેનાનું રેડિયેશન રેખાની લંબાઈ, પ્રવાહની માત્રા અને આવર્તન સાથે પ્રમાણસર છે). જો સિગ્નલ શક્ય તેટલા નાના લૂપ દ્વારા પરત ન આવે, તો મોટા ગોળાકાર એન્ટેનાની રચના થઈ શકે છે. શક્ય હોય ત્યાં સુધી તમારી ડિઝાઇનમાં બંનેને ટાળો.

ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ અને એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ વચ્ચે અલગતા હાંસલ કરવા માટે મિશ્ર-સિગ્નલ સર્કિટ બોર્ડ પર ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ અને એનાલોગ ગ્રાઉન્ડને અલગ કરવાનું સૂચન કરવામાં આવ્યું છે. આ અભિગમ શક્ય હોવા છતાં, તેમાં ઘણી સંભવિત સમસ્યાઓ છે, ખાસ કરીને મોટી અને જટિલ સિસ્ટમોમાં. સૌથી ગંભીર સમસ્યા એ છે કે પાર્ટીશન ગેપ વાયરિંગને પાર ન કરવું, એકવાર પાર્ટીશન ગેપ વાયરિંગને પાર કર્યા પછી, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન અને સિગ્નલ ક્રોસસ્ટૉક નાટકીય રીતે વધશે. PCB ડિઝાઇનમાં સૌથી સામાન્ય સમસ્યા EMI સમસ્યા છે જે સિગ્નલ લાઇનને ગ્રાઉન્ડ અથવા પાવર સપ્લાયને ક્રોસ કરવાને કારણે થાય છે.

આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, આપણે ઉપરોક્ત વિભાજન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, અને સિગ્નલ લાઇન બે જમીન વચ્ચેના અંતરને ફેલાવે છે, સિગ્નલ પ્રવાહનો વળતર માર્ગ શું છે? ધારો કે બે વિભાજિત જમીનો અમુક બિંદુએ (સામાન્ય રીતે એક બિંદુએ એક જ બિંદુ) સાથે જોડાયેલા હોય, આ સ્થિતિમાં પૃથ્વીનો પ્રવાહ એક મોટો લૂપ બનાવશે. મોટા લૂપમાંથી વહેતો ઉચ્ચ આવર્તન પ્રવાહ રેડિયેશન અને હાઇ ગ્રાઉન્ડ ઇન્ડક્ટન્સ પેદા કરશે. જો મોટા લૂપમાંથી નીચા સ્તરના એનાલોગ પ્રવાહ વહેતા હોય તો બાહ્ય સંકેતો દ્વારા દખલ કરવી સરળ છે. સૌથી ખરાબ બાબત એ છે કે જ્યારે વિભાગો પાવર સ્ત્રોત પર એકસાથે જોડાયેલા હોય છે, ત્યારે ખૂબ મોટો વર્તમાન લૂપ રચાય છે. વધુમાં, લાંબા વાયર દ્વારા જોડાયેલા એનાલોગ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ દ્વિધ્રુવી એન્ટેના બનાવે છે.

મિશ્ર-સિગ્નલ સર્કિટ બોર્ડ ડિઝાઇનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની ચાવી છે. ઘણા ડિઝાઇન ઇજનેરો માત્ર સિગ્નલ પ્રવાહ ક્યાં વહે છે તે ધ્યાનમાં લે છે, વર્તમાનના ચોક્કસ માર્ગને અવગણીને. જો ગ્રાઉન્ડ લેયરને પાર્ટીશન કરવું જોઈએ અને પાર્ટીશનો વચ્ચેના ગેપમાંથી રૂટ કરવું જોઈએ, તો બે ગ્રાઉન્ડ લેયર વચ્ચે કનેક્શન બ્રિજ બનાવવા માટે પાર્ટીશન કરેલ ગ્રાઉન્ડ વચ્ચે સિંગલ પોઈન્ટ કનેક્શન બનાવી શકાય છે અને પછી કનેક્શન બ્રિજ દ્વારા રૂટ કરી શકાય છે. આ રીતે, દરેક સિગ્નલ લાઇનની નીચે ડાયરેક્ટ કરંટ બેકફ્લો પાથ પ્રદાન કરી શકાય છે, જેના પરિણામે લૂપ વિસ્તાર એક નાનો છે.

ઓપ્ટિકલ આઇસોલેશન ડિવાઇસ અથવા ટ્રાન્સફોર્મર્સનો ઉપયોગ સેગ્મેન્ટેશન ગેપને પાર કરતા સિગ્નલને સમજવા માટે પણ કરી શકાય છે. પહેલાના માટે, તે ઓપ્ટિકલ સિગ્નલ છે જે વિભાજન ગેપને ફેલાવે છે. ટ્રાન્સફોર્મરના કિસ્સામાં, તે ચુંબકીય ક્ષેત્ર છે જે પાર્ટીશન ગેપને ફેલાવે છે. વિભેદક સંકેતો પણ શક્ય છે: સિગ્નલો એક લાઇનમાંથી વહે છે અને બીજી લાઇનમાંથી પાછા ફરે છે, આ કિસ્સામાં તેનો ઉપયોગ બિનજરૂરી રીતે બેકફ્લો પાથ તરીકે થાય છે.

એનાલોગ સિગ્નલમાં ડિજિટલ સિગ્નલની દખલગીરીનું અન્વેષણ કરવા માટે, આપણે પહેલા ઉચ્ચ આવર્તન પ્રવાહની લાક્ષણિકતાઓને સમજવી જોઈએ. ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહ હંમેશા સિગ્નલની નીચે સૌથી નીચા અવરોધ (ઇન્ડક્ટન્સ) સાથેનો માર્ગ પસંદ કરે છે, તેથી વળતર પ્રવાહ અડીને આવેલા સર્કિટ સ્તરમાંથી વહેશે, પછી ભલેને અડીને આવેલ સ્તર પાવર સપ્લાય લેયર હોય કે ગ્રાઉન્ડ લેયર.

વ્યવહારમાં, સામાન્ય રીતે એનાલોગ અને ડિજિટલ ભાગોમાં સમાન PCB પાર્ટીશનનો ઉપયોગ કરવાનું પસંદ કરવામાં આવે છે. એનાલોગ સિગ્નલો બોર્ડના તમામ સ્તરોના એનાલોગ પ્રદેશમાં રૂટ થાય છે, જ્યારે ડિજિટલ સિગ્નલો ડિજિટલ સર્કિટ પ્રદેશમાં રૂટ થાય છે. આ કિસ્સામાં, ડિજિટલ સિગ્નલ વળતર પ્રવાહ એનાલોગ સિગ્નલની જમીનમાં વહેતું નથી.

ડિજિટલ સિગ્નલોથી એનાલોગ સિગ્નલોમાં હસ્તક્ષેપ ત્યારે જ થાય છે જ્યારે ડિજિટલ સિગ્નલોને રૂટ કરવામાં આવે અથવા એનાલોગ સિગ્નલો સર્કિટ બોર્ડના ડિજિટલ ભાગો પર રૂટ કરવામાં આવે. આ સમસ્યા વિભાજનના અભાવને કારણે નથી, વાસ્તવિક કારણ ડિજિટલ સિગ્નલની અયોગ્ય વાયરિંગ છે.

PCB ડિઝાઇન ડિજિટલ સર્કિટ અને એનાલોગ સર્કિટ પાર્ટીશન અને યોગ્ય સિગ્નલ વાયરિંગ દ્વારા એકીકૃત ઉપયોગ કરે છે, સામાન્ય રીતે કેટલીક વધુ મુશ્કેલ લેઆઉટ અને વાયરિંગ સમસ્યાઓને હલ કરી શકે છે, પરંતુ ગ્રાઉન્ડ સેગ્મેન્ટેશનને કારણે કેટલીક સંભવિત મુશ્કેલી પણ નથી. આ કિસ્સામાં, ડિઝાઇનની ગુણવત્તા નક્કી કરવા માટે ઘટકોનું લેઆઉટ અને પાર્ટીશન મહત્વપૂર્ણ બની જાય છે. જો યોગ્ય રીતે ગોઠવવામાં આવે તો, ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ કરંટ બોર્ડના ડિજિટલ ભાગ સુધી મર્યાદિત રહેશે અને એનાલોગ સિગ્નલમાં દખલ કરશે નહીં. વાયરિંગ નિયમોનું 100% પાલન સુનિશ્ચિત કરવા માટે આવા વાયરિંગને કાળજીપૂર્વક તપાસવું અને તપાસવું આવશ્યક છે. નહિંતર, અયોગ્ય સિગ્નલ લાઇન ખૂબ સારા સર્કિટ બોર્ડને સંપૂર્ણપણે નાશ કરશે.

A/D કન્વર્ટરના એનાલોગ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ પિનને એકસાથે કનેક્ટ કરતી વખતે, મોટાભાગના A/D કન્વર્ટર ઉત્પાદકો AGND અને DGND પિનને સૌથી ટૂંકી લીડ્સનો ઉપયોગ કરીને સમાન નીચા-અવબાધ ગ્રાઉન્ડ સાથે કનેક્ટ કરવાની ભલામણ કરે છે (નોંધ: કારણ કે મોટાભાગની A/D કન્વર્ટર ચિપ્સ એનાલોગ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડને આંતરિક રીતે જોડતી નથી, એનાલોગ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ બાહ્ય પિન દ્વારા જોડાયેલા હોવા જોઈએ), DGND સાથે જોડાયેલ કોઈપણ બાહ્ય અવબાધ પરોપજીવી દ્વારા IC ની અંદર એનાલોગ સર્કિટમાં વધુ ડિજિટલ અવાજ જોડશે. ક્ષમતા આ ભલામણને અનુસરીને, A/D કન્વર્ટર AGND અને DGND પિન બંનેને એનાલોગ ગ્રાઉન્ડ સાથે કનેક્ટ કરવાની જરૂર છે, પરંતુ આ અભિગમ પ્રશ્નો ઉભા કરે છે જેમ કે ડિજિટલ સિગ્નલ ડીકોપલિંગ કેપેસિટરનો ગ્રાઉન્ડ છેડો એનાલોગ અથવા ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ સાથે જોડાયેલ હોવો જોઈએ.

જો સિસ્ટમમાં માત્ર એક A/D કન્વર્ટર હોય, તો ઉપરોક્ત સમસ્યા સરળતાથી ઉકેલી શકાય છે. આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, જમીન વિભાજીત છે અને એનાલોગ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ વિભાગો A/D કન્વર્ટર હેઠળ એકસાથે જોડાયેલા છે. જ્યારે આ પદ્ધતિ અપનાવવામાં આવે છે, ત્યારે તે સુનિશ્ચિત કરવું જરૂરી છે કે બે સાઇટ્સ વચ્ચેના પુલની પહોળાઈ IC પહોળાઈ જેટલી હોય અને કોઈપણ સિગ્નલ લાઇન પાર્ટીશન ગેપને પાર કરી શકે નહીં.

જો સિસ્ટમમાં ઘણા A/D કન્વર્ટર છે, ઉદાહરણ તરીકે, 10 A/D કન્વર્ટર કેવી રીતે કનેક્ટ કરવું? જો એનાલોગ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ દરેક A/D કન્વર્ટર હેઠળ જોડાયેલા હોય, તો એક મલ્ટિપોઇન્ટ કનેક્શન પરિણમશે, અને એનાલોગ અને ડિજિટલ ગ્રાઉન્ડ વચ્ચેની અલગતા અર્થહીન હશે. જો તમે નથી કરતા, તો તમે ઉત્પાદકની આવશ્યકતાઓનું ઉલ્લંઘન કરો છો.

શ્રેષ્ઠ માર્ગ એ છે કે યુનિફોર્મથી શરૂઆત કરવી. આકૃતિ 4 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, જમીન એકસરખી રીતે એનાલોગ અને ડિજિટલ ભાગોમાં વહેંચાયેલી છે. આ લેઆઉટ એનાલોગ અને ડીજીટલ ગ્રાઉન્ડ પિનના નીચા અવબાધ કનેક્શન માટે માત્ર IC ઉપકરણ ઉત્પાદકોની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે, પરંતુ લૂપ એન્ટેના અથવા દ્વિધ્રુવી એન્ટેનાને કારણે થતી EMC સમસ્યાઓને પણ ટાળે છે.

જો તમને મિશ્ર-સિગ્નલ PCB ડિઝાઇનના એકીકૃત અભિગમ વિશે શંકા હોય, તો તમે સમગ્ર સર્કિટ બોર્ડને ગોઠવવા અને રૂટ કરવા માટે ગ્રાઉન્ડ લેયર પાર્ટીશનની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરી શકો છો. ડિઝાઇનમાં, પછીના પ્રયોગમાં 0/1 ઇંચ કરતા ઓછા અંતરે સર્કિટ બોર્ડને જમ્પર્સ અથવા 2 ઓહ્મ રેઝિસ્ટર સાથે જોડવાનું સરળ બનાવવા માટે ધ્યાન આપવું જોઈએ. તમામ સ્તરો પરના એનાલોગ વિભાગની ઉપર કોઈ ડિજિટલ સિગ્નલ રેખાઓ નથી અને ડિજિટલ વિભાગની ઉપર કોઈ એનાલોગ સિગ્નલ રેખાઓ નથી તેની ખાતરી કરવા માટે ઝોનિંગ અને વાયરિંગ પર ધ્યાન આપો. તદુપરાંત, કોઈપણ સિગ્નલ લાઇન ગ્રાઉન્ડ ગેપને ઓળંગવી જોઈએ નહીં અથવા પાવર સ્ત્રોતો વચ્ચેના અંતરને વિભાજિત કરવી જોઈએ નહીં. બોર્ડના કાર્ય અને EMC પ્રદર્શનને ચકાસવા માટે, 0 ઓહ્મ રેઝિસ્ટર અથવા જમ્પર દ્વારા બે માળને એકસાથે જોડીને બોર્ડના કાર્ય અને EMC પ્રદર્શનને ફરીથી તપાસો. પરીક્ષણ પરિણામોની સરખામણી કરતા, એવું જાણવા મળ્યું કે લગભગ તમામ કિસ્સાઓમાં, એકીકૃત ઉકેલ કાર્યક્ષમતા અને EMC પ્રદર્શનની દ્રષ્ટિએ વિભાજીત ઉકેલની તુલનામાં શ્રેષ્ઠ હતો.

શું જમીનના વિભાજનની પદ્ધતિ હજુ પણ કામ કરે છે?

આ અભિગમનો ઉપયોગ ત્રણ પરિસ્થિતિઓમાં થઈ શકે છે: કેટલાક તબીબી ઉપકરણોને દર્દી સાથે જોડાયેલ સર્કિટ અને સિસ્ટમો વચ્ચે ખૂબ જ ઓછા લિકેજ પ્રવાહની જરૂર હોય છે; કેટલાક ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયા નિયંત્રણ સાધનોનું આઉટપુટ ઘોંઘાટીયા અને ઉચ્ચ-પાવર ઇલેક્ટ્રોમિકેનિકલ સાધનો સાથે જોડાયેલ હોઈ શકે છે; બીજો કિસ્સો એ છે કે જ્યારે PCB નું લેઆઉટ ચોક્કસ પ્રતિબંધોને આધીન હોય છે.

મિશ્ર-સિગ્નલ PCB બોર્ડ પર સામાન્ય રીતે અલગ-અલગ ડિજિટલ અને એનાલોગ પાવર સપ્લાય હોય છે જે સ્પ્લિટ પાવર સપ્લાય ફેસ ધરાવી શકે છે અને હોવો જોઈએ. જો કે, પાવર સપ્લાય લેયરને અડીને આવેલી સિગ્નલ લાઈનો પાવર સપ્લાય વચ્ચેના ગેપને ઓળંગી શકતી નથી અને તમામ સિગ્નલ લાઈનો જે ગેપને પાર કરે છે તે મોટા વિસ્તારને અડીને આવેલા સર્કિટ લેયર પર સ્થિત હોવી જોઈએ. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, પાવર ફેસ સ્પ્લિટિંગ ટાળવા માટે એનાલોગ પાવર સપ્લાયને એક ચહેરાને બદલે PCB કનેક્શન સાથે ડિઝાઇન કરી શકાય છે.

મિશ્ર સિગ્નલ PCB ની પાર્ટીશન ડિઝાઇન

મિશ્ર-સિગ્નલ પીસીબી ડિઝાઇન એ એક જટિલ પ્રક્રિયા છે, ડિઝાઇન પ્રક્રિયાએ નીચેના મુદ્દાઓ પર ધ્યાન આપવું જોઈએ:

1. PCB ને અલગ એનાલોગ અને ડિજિટલ ભાગોમાં વિભાજીત કરો.

2. યોગ્ય ઘટક લેઆઉટ.

3. A/D કન્વર્ટર પાર્ટીશનોમાં મૂકવામાં આવે છે.

4. જમીનને વિભાજિત કરશો નહીં. સર્કિટ બોર્ડનો એનાલોગ ભાગ અને ડિજિટલ ભાગ સમાન રીતે નાખવામાં આવે છે.

5. બોર્ડના તમામ સ્તરોમાં, ડિજિટલ સિગ્નલ માત્ર બોર્ડના ડિજિટલ ભાગમાં જ રૂટ કરી શકાય છે.

6. બોર્ડના તમામ સ્તરોમાં, એનાલોગ સિગ્નલો માત્ર બોર્ડના એનાલોગ ભાગમાં જ રૂટ કરી શકાય છે.

7. એનાલોગ અને ડિજિટલ પાવર અલગ.

8. વિભાજિત પાવર સપ્લાય સપાટીઓ વચ્ચેના અંતરને વાયરિંગમાં ફેલાવવું જોઈએ નહીં.

9. સિગ્નલ લાઇન કે જે વિભાજિત પાવર સપ્લાય વચ્ચેના અંતરને ફેલાવે છે તે મોટા વિસ્તારની બાજુમાં વાયરિંગ સ્તર પર સ્થિત હોવી જોઈએ.

10. પૃથ્વીના વર્તમાન પ્રવાહના વાસ્તવિક માર્ગ અને મોડનું વિશ્લેષણ કરો.

11. યોગ્ય વાયરિંગ નિયમોનો ઉપયોગ કરો.