सार: मिश्रित-सिग्नल सर्किट का डिज़ाइन पीसीबी बहुत जटिल है। घटकों के लेआउट और तारों और बिजली की आपूर्ति और जमीन के तार की प्रसंस्करण सीधे सर्किट प्रदर्शन और विद्युत चुम्बकीय संगतता प्रदर्शन को प्रभावित करेगी। इस आलेख में पेश की गई जमीन और शक्ति का विभाजन डिजाइन मिश्रित-सिग्नल सर्किट के प्रदर्शन को अनुकूलित कर सकता है।

डिजिटल सिग्नल और एनालॉग सिग्नल के बीच पारस्परिक हस्तक्षेप को कैसे कम करें? डिजाइन करने से पहले, हमें विद्युत चुम्बकीय संगतता (ईएमसी) के दो बुनियादी सिद्धांतों को समझना चाहिए: पहला सिद्धांत वर्तमान लूप के क्षेत्र को कम करना है; दूसरा सिद्धांत यह है कि सिस्टम केवल एक संदर्भ सतह का उपयोग करता है। इसके विपरीत, यदि सिस्टम में दो संदर्भ विमान हैं, तो एक द्विध्रुवीय एंटीना बनाना संभव है (नोट: एक छोटे द्विध्रुवीय एंटीना का विकिरण आकार रेखा की लंबाई, प्रवाह की मात्रा और आवृत्ति के समानुपाती होता है); और यदि सिग्नल जितना संभव हो सके पास नहीं हो सकता है एक छोटे लूप की वापसी से एक बड़ा लूप एंटीना बन सकता है (नोट: एक छोटे लूप एंटीना का विकिरण आकार लूप क्षेत्र, लूप के माध्यम से बहने वाली धारा और वर्ग के समानुपाती होता है। आवृत्ति)। डिजाइन में जितना हो सके इन दो स्थितियों से बचें।

मिश्रित सिग्नल सर्किट बोर्ड पर डिजिटल ग्राउंड और एनालॉग ग्राउंड को अलग करने का सुझाव दिया गया है, ताकि डिजिटल ग्राउंड और एनालॉग ग्राउंड के बीच अलगाव प्राप्त किया जा सके। हालांकि यह विधि व्यवहार्य है, कई संभावित समस्याएं हैं, खासकर जटिल बड़े पैमाने की प्रणालियों में। सबसे गंभीर समस्या यह है कि इसे विभाजन के अंतर से पार नहीं किया जा सकता है। एक बार डिवीजन गैप को रूट करने के बाद, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन और सिग्नल क्रॉसस्टॉक में तेजी से वृद्धि होगी। पीसीबी डिजाइन में सबसे आम समस्या यह है कि सिग्नल लाइन विभाजित जमीन या बिजली की आपूर्ति को पार करती है और ईएमआई समस्याएं उत्पन्न करती है।

मिश्रित सिग्नल पीसीबी के विभाजन डिजाइन को कैसे प्राप्त करें

जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, हम उपर्युक्त विभाजन विधि का उपयोग करते हैं, और सिग्नल लाइन दो आधारों के बीच की खाई को पार करती है। सिग्नल करंट का वापसी पथ क्या है? यह मानते हुए कि विभाजित किए गए दो आधार कहीं एक साथ जुड़े हुए हैं (आमतौर पर एक निश्चित स्थान पर एकल बिंदु कनेक्शन), इस मामले में, ग्राउंड करंट एक बड़ा लूप बनाएगा। बड़े लूप के माध्यम से बहने वाली उच्च आवृत्ति धारा विकिरण और उच्च जमीन अधिष्ठापन उत्पन्न करती है। यदि निम्न-स्तरीय एनालॉग करंट बड़े लूप से प्रवाहित होता है, तो बाहरी संकेतों द्वारा करंट आसानी से बाधित हो जाता है। सबसे बुरी बात यह है कि जब बिजली की आपूर्ति पर विभाजित मैदानों को एक साथ जोड़ा जाता है, तो एक बहुत बड़ा करंट लूप बन जाएगा। इसके अलावा, एक द्विध्रुवीय एंटीना बनाने के लिए एनालॉग ग्राउंड और डिजिटल ग्राउंड को एक लंबे तार से जोड़ा जाता है।

मिश्रित सिग्नल सर्किट बोर्ड डिज़ाइन को अनुकूलित करने की कुंजी जमीन पर वर्तमान वापसी के पथ और विधि को समझना है। कई डिज़ाइन इंजीनियर केवल इस बात पर विचार करते हैं कि सिग्नल करंट कहाँ प्रवाहित होता है, और करंट के विशिष्ट पथ की उपेक्षा करते हैं। यदि जमीन की परत को विभाजित किया जाना चाहिए, और तारों को डिवीजनों के बीच की खाई के माध्यम से रूट किया जाना चाहिए, तो दो आधारों के बीच एक कनेक्शन पुल बनाने के लिए विभाजित मैदानों के बीच एक एकल-बिंदु कनेक्शन बनाया जा सकता है, और फिर कनेक्शन पुल के माध्यम से तारों को बनाया जा सकता है। . इस तरह, प्रत्येक सिग्नल लाइन के नीचे एक प्रत्यक्ष वर्तमान वापसी पथ प्रदान किया जा सकता है, ताकि गठित लूप क्षेत्र छोटा हो।

ऑप्टिकल आइसोलेशन डिवाइस या ट्रांसफॉर्मर का उपयोग भी सेगमेंटेशन गैप में सिग्नल प्राप्त कर सकता है। पूर्व के लिए, यह ऑप्टिकल सिग्नल है जो सेगमेंटेशन गैप को पार करता है; एक ट्रांसफॉर्मर के मामले में, यह चुंबकीय क्षेत्र है जो सेगमेंटेशन गैप को पार करता है। डिफरेंशियल सिग्नल का उपयोग करने के लिए एक और व्यवहार्य तरीका है: सिग्नल एक लाइन से बहता है और दूसरी सिग्नल लाइन से वापस आता है। इस मामले में, वापसी पथ के रूप में जमीन की जरूरत नहीं है।

एनालॉग संकेतों के लिए डिजिटल संकेतों के हस्तक्षेप का गहराई से पता लगाने के लिए, हमें पहले उच्च-आवृत्ति धाराओं की विशेषताओं को समझना चाहिए। उच्च-आवृत्ति धाराओं के लिए, हमेशा कम से कम प्रतिबाधा (सबसे कम अधिष्ठापन) और सीधे सिग्नल के नीचे का रास्ता चुनें, इसलिए वापसी धारा आसन्न सर्किट परत के माध्यम से प्रवाहित होगी, भले ही आसन्न परत बिजली की परत हो या जमीन की परत .

वास्तविक कार्य में, यह आम तौर पर एक एकीकृत जमीन का उपयोग करने के लिए इच्छुक होता है, और पीसीबी को एक एनालॉग भाग और एक डिजिटल भाग में विभाजित करता है। एनालॉग सिग्नल को सर्किट बोर्ड की सभी परतों के एनालॉग क्षेत्र में रूट किया जाता है, और डिजिटल सिग्नल को डिजिटल सर्किट क्षेत्र में रूट किया जाता है। इस मामले में, डिजिटल सिग्नल रिटर्न करंट एनालॉग सिग्नल ग्राउंड में प्रवाहित नहीं होगा।

केवल जब सर्किट बोर्ड के एनालॉग भाग पर डिजिटल सिग्नल को तार दिया जाता है या सर्किट बोर्ड के डिजिटल हिस्से पर एनालॉग सिग्नल को तार दिया जाता है, तो एनालॉग सिग्नल के लिए डिजिटल सिग्नल का हस्तक्षेप दिखाई देगा। इस तरह की समस्या नहीं होती है क्योंकि कोई विभाजित जमीन नहीं है, असली कारण डिजिटल सिग्नल की अनुचित वायरिंग है।

पीसीबी डिजाइन डिजिटल सर्किट और एनालॉग सर्किट विभाजन और उपयुक्त सिग्नल वायरिंग के माध्यम से एकीकृत जमीन को अपनाता है, आमतौर पर कुछ और कठिन लेआउट और वायरिंग समस्याओं को हल कर सकता है, और साथ ही, यह ग्राउंड डिवीजन के कारण कुछ संभावित परेशानी का कारण नहीं बनता है। इस मामले में, घटकों का लेआउट और विभाजन डिजाइन के पेशेवरों और विपक्षों को निर्धारित करने की कुंजी बन जाता है। यदि लेआउट उचित है, तो डिजिटल ग्राउंड करंट सर्किट बोर्ड के डिजिटल हिस्से तक सीमित होगा और एनालॉग सिग्नल में हस्तक्षेप नहीं करेगा। इस तरह की वायरिंग का सावधानीपूर्वक निरीक्षण और सत्यापन किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि वायरिंग नियमों का 100% अनुपालन किया गया है। अन्यथा, सिग्नल लाइन की अनुचित रूटिंग अन्यथा बहुत अच्छे सर्किट बोर्ड को पूरी तरह से नष्ट कर देगी।

ए/डी कनवर्टर के एनालॉग ग्राउंड और डिजिटल ग्राउंड पिन को एक साथ जोड़ते समय, अधिकांश ए/डी कनवर्टर निर्माता सुझाव देंगे: एजीएनडी और डीजीएनडी पिन को कम से कम लीड के माध्यम से एक ही कम प्रतिबाधा जमीन से कनेक्ट करें। (नोट: क्योंकि अधिकांश ए/डी कनवर्टर चिप्स एनालॉग ग्राउंड और डिजिटल ग्राउंड को एक साथ नहीं जोड़ते हैं, एनालॉग और डिजिटल ग्राउंड को बाहरी पिन के माध्यम से जोड़ा जाना चाहिए।) डीजीएनडी से जुड़ा कोई भी बाहरी प्रतिबाधा परजीवी समाई से गुजरेगा। अधिक डिजिटल शोर को IC के अंदर एनालॉग सर्किट से जोड़ा जाता है। इस सिफारिश के अनुसार, आपको ए/डी कनवर्टर के एजीएनडी और डीजीएनडी पिन को एनालॉग ग्राउंड से कनेक्ट करने की आवश्यकता है, लेकिन इस विधि से समस्याएं पैदा होंगी जैसे कि डिजिटल सिग्नल डिकूपिंग कैपेसिटर के ग्राउंड टर्मिनल को एनालॉग ग्राउंड से जोड़ा जाना चाहिए या नहीं। या डिजिटल ग्राउंड।

मिश्रित सिग्नल पीसीबी के विभाजन डिजाइन को कैसे प्राप्त करें

यदि सिस्टम में केवल एक A/D कनवर्टर है, तो उपरोक्त समस्याओं को आसानी से हल किया जा सकता है। जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, जमीन को विभाजित करें, और ए/डी कनवर्टर के तहत एनालॉग ग्राउंड और डिजिटल ग्राउंड को एक साथ कनेक्ट करें। इस पद्धति को अपनाते समय, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि दो आधारों के बीच कनेक्टिंग ब्रिज की चौड़ाई आईसी की चौड़ाई के समान हो, और कोई भी सिग्नल लाइन विभाजन अंतर को पार नहीं कर सकती।

यदि सिस्टम में कई A/D कन्वर्टर्स हैं, उदाहरण के लिए, 10 A/D कन्वर्टर्स को कैसे कनेक्ट करें? यदि प्रत्येक ए/डी कनवर्टर के तहत एनालॉग ग्राउंड और डिजिटल ग्राउंड को एक साथ जोड़ा जाता है, तो मल्टी-पॉइंट कनेक्शन उत्पन्न होता है, और एनालॉग ग्राउंड और डिजिटल ग्राउंड के बीच अलगाव अर्थहीन होता है। यदि आप इस तरह से कनेक्ट नहीं करते हैं, तो यह निर्माता की आवश्यकताओं का उल्लंघन करता है।