पीसीबी ( मुद्रित सर्किट बोर्ड ) हाई-स्पीड सर्किट में वायरिंग महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। यह पत्र मुख्य रूप से व्यावहारिक दृष्टिकोण से हाई-स्पीड सर्किट की वायरिंग समस्या पर चर्चा करता है। मुख्य उद्देश्य नए उपयोगकर्ताओं को कई अलग-अलग मुद्दों से अवगत कराने में मदद करना है, जिन पर हाई-स्पीड सर्किट के लिए पीसीबी वायरिंग को डिजाइन करते समय विचार करने की आवश्यकता होती है। एक अन्य उद्देश्य उन ग्राहकों के लिए एक पुनश्चर्या सामग्री प्रदान करना है जो कुछ समय के लिए पीसीबी तारों के संपर्क में नहीं आए हैं। सीमित स्थान के कारण, इस लेख में सभी मुद्दों को विस्तार से कवर करना संभव नहीं है, लेकिन हम उन प्रमुख भागों पर चर्चा करेंगे जिनका सर्किट प्रदर्शन में सुधार, डिजाइन समय को कम करने और संशोधन समय को बचाने पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है।

व्यावहारिक दृष्टिकोण से पीसीबी को कैसे डिजाइन करें

यद्यपि यहां उच्च गति परिचालन एम्पलीफायरों से संबंधित सर्किट पर ध्यान केंद्रित किया गया है, यहां चर्चा की गई समस्याएं और विधियां आम तौर पर अधिकांश अन्य उच्च गति एनालॉग सर्किट के लिए तारों पर लागू होती हैं। जब परिचालन एम्पलीफायर बहुत उच्च रेडियो आवृत्ति (आरएफ) बैंड में काम करते हैं, तो सर्किट का प्रदर्शन काफी हद तक पीसीबी तारों पर निर्भर होता है। “ड्राइंग बोर्ड” पर एक अच्छा उच्च-प्रदर्शन सर्किट डिज़ाइन जैसा दिखता है, वह औसत दर्जे का प्रदर्शन के साथ समाप्त हो सकता है यदि यह मैला तारों से ग्रस्त है। वायरिंग प्रक्रिया के दौरान महत्वपूर्ण विवरणों पर पूर्व-विचार और ध्यान वांछित सर्किट प्रदर्शन सुनिश्चित करने में मदद करेगा।

योजनाबद्ध आरेख

हालाँकि अच्छी योजनाएँ अच्छी वायरिंग की गारंटी नहीं देती हैं, लेकिन अच्छी वायरिंग की शुरुआत अच्छी योजना से होती है। योजनाबद्ध आरेख को सावधानीपूर्वक खींचा जाना चाहिए और पूरे सर्किट की सिग्नल दिशा पर विचार किया जाना चाहिए। यदि आपके पास योजनाबद्ध में बाएं से दाएं सामान्य, स्थिर सिग्नल प्रवाह है, तो आपके पास पीसीबी पर उतना ही अच्छा सिग्नल प्रवाह होना चाहिए। योजनाबद्ध पर यथासंभव उपयोगी जानकारी दें। क्योंकि कभी-कभी सर्किट डिज़ाइन इंजीनियर उपलब्ध नहीं होता है, ग्राहक हमें सर्किट की समस्या को हल करने में मदद करने के लिए कहेगा। यह काम करने वाले डिजाइनर, तकनीशियन और इंजीनियर हमारे सहित बहुत आभारी होंगे।

सामान्य संदर्भ पहचानकर्ताओं, बिजली की खपत और त्रुटि सहनशीलता से परे, एक योजनाबद्ध में अन्य कौन सी जानकारी दी जानी चाहिए? यहाँ एक सामान्य योजना को प्रथम श्रेणी योजना में बदलने के लिए कुछ सुझाव दिए गए हैं। तरंग जोड़ें, खोल के बारे में यांत्रिक जानकारी, मुद्रित लाइन की लंबाई, रिक्त क्षेत्र; इंगित करें कि पीसीबी पर किन घटकों को रखने की आवश्यकता है; समायोजन की जानकारी, घटक मूल्य सीमा, गर्मी लंपटता की जानकारी, नियंत्रण प्रतिबाधा मुद्रित लाइनें, नोट्स, संक्षिप्त सर्किट क्रिया विवरण दें … (दूसरों के बीच में)।

किसी पर भरोसा न करें

यदि आप अपनी खुद की वायरिंग डिज़ाइन नहीं करते हैं, तो सुनिश्चित करें कि केबलर के डिज़ाइन को दोबारा जांचने के लिए पर्याप्त समय दें। यहां एक छोटी सी रोकथाम एक उपाय के सौ गुना के लायक है। केबल बिछाने वाले व्यक्ति से यह अपेक्षा न करें कि वह यह समझे कि आप क्या सोच रहे हैं। वायरिंग डिज़ाइन प्रक्रिया की शुरुआत में आपका इनपुट और मार्गदर्शन सबसे महत्वपूर्ण है। जितनी अधिक जानकारी आप प्रदान कर सकते हैं और आप वायरिंग प्रक्रिया में जितने अधिक शामिल होंगे, परिणाम के रूप में पीसीबी उतना ही बेहतर होगा। केबल बिछाने के डिज़ाइन इंजीनियर के लिए एक संभावित समापन बिंदु निर्धारित करें – आप चाहते हैं कि केबलिंग प्रगति रिपोर्ट की एक त्वरित जाँच करें। यह “बंद लूप” दृष्टिकोण तारों को भटकने से रोकता है और इस प्रकार पुन: कार्य की संभावना को कम करता है।

वायरिंग इंजीनियरों के निर्देशों में शामिल हैं: सर्किट फ़ंक्शंस का संक्षिप्त विवरण, इनपुट और आउटपुट स्थिति को इंगित करने वाले पीसीबी स्केच, पीसीबी कैस्केडिंग जानकारी (उदाहरण के लिए, बोर्ड कितना मोटा है, कितनी परतें हैं, प्रत्येक सिग्नल परत और ग्राउंडिंग प्लेन का विवरण – बिजली की खपत , ग्राउंड, एनालॉग, डिजिटल और आरएफ सिग्नल); परतों को उन संकेतों की आवश्यकता होती है; महत्वपूर्ण घटकों की नियुक्ति की आवश्यकता है; बाईपास तत्व का सटीक स्थान; कौन सी मुद्रित पंक्तियाँ महत्वपूर्ण हैं; प्रतिबाधा मुद्रित लाइनों को नियंत्रित करने के लिए किन पंक्तियों की आवश्यकता है; लंबाई से मेल खाने के लिए किन पंक्तियों की आवश्यकता है; घटकों के आयाम; कौन सी मुद्रित लाइनें एक दूसरे से दूर (या निकट) होनी चाहिए; कौन सी रेखाएं एक दूसरे से दूर (या निकट) होनी चाहिए; किन घटकों को एक दूसरे से दूर (या निकट) स्थित होना चाहिए; कौन से कंपोनेंट पीसीबी के ऊपर और कौन से बॉटम पर रखे जाने चाहिए? किसी को बहुत अधिक जानकारी देने के बारे में कभी शिकायत न करें — बहुत कम? है; बहुत ज्यादा? बिल्कुल नहीं.

एक सीखने का सबक: लगभग 10 साल पहले, मैंने एक बहु-परत सतह माउंट सर्किट बोर्ड डिजाइन किया था – बोर्ड के दोनों तरफ घटक थे। प्लेट्स को गोल्ड प्लेटेड एल्युमिनियम शेल (सख्त शॉकप्रूफ विनिर्देशों के कारण) पर बोल्ट किया गया है। पिन जो पूर्वाग्रह फ़ीड-थ्रू प्रदान करते हैं, बोर्ड से गुजरते हैं। पिन को एक वेल्डिंग तार द्वारा पीसीबी से जोड़ा जाता है। यह एक बहुत ही जटिल उपकरण है। बोर्ड के कुछ घटकों का उपयोग परीक्षण सेटिंग (SAT) के लिए किया जाता है। लेकिन मैंने ठीक से परिभाषित किया है कि ये घटक कहाँ हैं। क्या आप अनुमान लगा सकते हैं कि ये घटक कहाँ स्थापित हैं? बोर्ड के तहत, वैसे। उत्पाद इंजीनियर और तकनीशियन खुश नहीं होते हैं जब उन्हें पूरी चीज़ को अलग करना होता है और इसे स्थापित करने के बाद इसे वापस एक साथ रखना होता है। मैंने तब से वह गलती नहीं की है।

स्थान

जैसा कि PCB में होता है, लोकेशन ही सब कुछ है। जहां पीसीबी पर एक सर्किट रखा जाता है, जहां इसके विशिष्ट सर्किट घटक स्थापित होते हैं, और इसके आस-पास कौन से अन्य सर्किट होते हैं, यह सभी बहुत महत्वपूर्ण हैं।

आम तौर पर, इनपुट, आउटपुट और बिजली आपूर्ति की स्थिति पूर्व निर्धारित होती है, लेकिन उनके बीच सर्किटरी “रचनात्मक” होनी चाहिए। यही कारण है कि तारों के विवरण पर ध्यान देने से भारी लाभांश मिल सकता है। प्रमुख घटकों के स्थान से शुरू करें, सर्किट और पूरे पीसीबी पर विचार करें। शुरुआत से ही प्रमुख घटकों के स्थान और संकेतों के पथ को निर्दिष्ट करने से यह सुनिश्चित करने में मदद मिलती है कि डिज़ाइन इच्छित के अनुसार काम करता है। पहली बार सही डिज़ाइन प्राप्त करने से लागत और तनाव कम होता है – और इस प्रकार विकास चक्र।

बिजली की आपूर्ति को बायपास करें

शोर को कम करने के लिए एम्पलीफायर के पावर साइड को दरकिनार करना पीसीबी डिजाइन प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण पहलू है – हाई-स्पीड ऑपरेशनल एम्पलीफायरों और अन्य हाई-स्पीड सर्किट दोनों के लिए। बाईपास हाई स्पीड ऑपरेशनल एम्पलीफायरों के दो सामान्य विन्यास हैं।

पावर ग्राउंडिंग: ज्यादातर मामलों में यह विधि सबसे अधिक कुशल है, जिसमें कई शंट कैपेसिटर का उपयोग सीधे ऑप amp के पावर पिन को ग्राउंड करने के लिए किया जाता है। दो शंट कैपेसिटर आम तौर पर पर्याप्त होते हैं – लेकिन कुछ सर्किट के लिए शंट कैपेसिटर जोड़ना फायदेमंद हो सकता है।

अलग-अलग कैपेसिटेंस वैल्यू वाले समानांतर कैपेसिटर यह सुनिश्चित करने में मदद करते हैं कि बिजली आपूर्ति पिन एक विस्तृत बैंड पर केवल कम एसी प्रतिबाधा देखते हैं। यह परिचालन एम्पलीफायर पावर रिजेक्शन अनुपात (पीएसआर) क्षीणन आवृत्ति पर विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। संधारित्र एम्पलीफायर के कम PSR की भरपाई करने में मदद करता है। ग्राउंडिंग पथ जो कई टेनएक्स श्रेणियों पर कम प्रतिबाधा बनाए रखते हैं, यह सुनिश्चित करने में मदद करेंगे कि हानिकारक शोर परिचालन एम्पलीफायर में प्रवेश नहीं करता है। चित्रा 1 कई समवर्ती विद्युत कंटेनरों का उपयोग करने के लाभों को दिखाता है। कम आवृत्तियों पर, बड़े कैपेसिटर कम प्रतिबाधा ग्राउंड एक्सेस प्रदान करते हैं। लेकिन एक बार जब आवृत्तियां अपनी गुंजयमान आवृत्ति तक पहुंच जाती हैं, तो कैपेसिटर कम कैपेसिटिव हो जाते हैं और अधिक कामुकता लेते हैं। यही कारण है कि कई कैपेसिटर होना महत्वपूर्ण है: जैसे ही एक कैपेसिटर की आवृत्ति प्रतिक्रिया घटने लगती है, दूसरे कैपेसिटर की आवृत्ति प्रतिक्रिया खेल में आती है, इस प्रकार कई दस-ऑक्टेव पर बहुत कम एसी प्रतिबाधा बनाए रखती है।

ऑपरेशनल एम्पलीफायर के पावर पिन से सीधे शुरू करें; न्यूनतम कैपेसिटेंस और न्यूनतम भौतिक आकार वाले कैपेसिटर को पीसीबी के एक ही तरफ परिचालन एम्पलीफायर के रूप में रखा जाना चाहिए – जितना संभव हो एम्पलीफायर के करीब। कैपेसिटर का ग्राउंडिंग टर्मिनल सीधे ग्राउंडिंग प्लेन से सबसे छोटे पिन या प्रिंटेड वायर से जुड़ा होगा। ऊपर उल्लिखित ग्राउंडिंग कनेक्शन एम्पलीफायर के लोड एंड के जितना संभव हो उतना करीब होना चाहिए ताकि पावर और ग्राउंडिंग एंड के बीच हस्तक्षेप को कम किया जा सके। चित्र 2 इस कनेक्शन विधि को दिखाता है।

सबलार्ज कैपेसिटर के लिए इस प्रक्रिया को दोहराया जाना चाहिए। 0.01 μF की न्यूनतम कैपेसिटेंस के साथ शुरू करना और इसके करीब 2.2 μF (या अधिक) के कम समकक्ष श्रृंखला प्रतिरोध (ESR) के साथ इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर रखना सबसे अच्छा है। 0.01 आवास आकार के साथ 0508 μF संधारित्र में बहुत कम श्रृंखला अधिष्ठापन और उत्कृष्ट उच्च आवृत्ति प्रदर्शन है।

पावर-टू-पावर: एक अन्य कॉन्फ़िगरेशन ऑपरेशनल एम्पलीफायर के सकारात्मक और नकारात्मक पावर सिरों के बीच जुड़े एक या अधिक बाईपास कैपेसिटर का उपयोग करता है। इस पद्धति का उपयोग अक्सर तब किया जाता है जब एक सर्किट में चार कैपेसिटर को कॉन्फ़िगर करना मुश्किल होता है। नुकसान यह है कि संधारित्र आवास का आकार बढ़ सकता है क्योंकि संधारित्र में वोल्टेज एकल-शक्ति बाईपास विधि के मूल्य से दोगुना है। वोल्टेज बढ़ाने के लिए डिवाइस के रेटेड ब्रेकडाउन वोल्टेज को बढ़ाने की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है आवास का आकार बढ़ाना। हालाँकि, यह दृष्टिकोण PSR और विरूपण प्रदर्शन में सुधार कर सकता है।

क्योंकि प्रत्येक सर्किट और वायरिंग अलग है, कैपेसिटर का कॉन्फ़िगरेशन, संख्या और कैपेसिटेंस मान वास्तविक सर्किट की आवश्यकताओं पर निर्भर करेगा।

परजीवी प्रभाव

परजीवी प्रभाव वस्तुतः गड़बड़ियाँ हैं जो आपके पीसीबी में घुस जाती हैं और सर्किट पर कहर, सिरदर्द और अस्पष्टीकृत कहर बरपाती हैं। वे छिपे हुए परजीवी कैपेसिटर और इंडक्टर्स हैं जो हाई-स्पीड सर्किट में रिसते हैं। जिसमें पैकेज पिन और बहुत लंबे मुद्रित तार द्वारा गठित परजीवी अधिष्ठापन शामिल है; पैड से ग्राउंड, पैड से पावर प्लेन और पैड से प्रिंट लाइन के बीच बनने वाली पैरासिटिक कैपेसिटेंस; थ्रू-होल और कई अन्य संभावित प्रभावों के बीच सहभागिता।