गोषवारा: मिश्र-सिग्नल सर्किटची रचना पीसीबी खूप क्लिष्ट आहे. घटकांचे लेआउट आणि वायरिंग आणि वीज पुरवठा आणि ग्राउंड वायरची प्रक्रिया थेट सर्किट कार्यप्रदर्शन आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक अनुकूलता कार्यक्षमतेवर परिणाम करेल. या लेखात सादर केलेले ग्राउंड आणि पॉवरचे विभाजन डिझाइन मिश्र-सिग्नल सर्किट्सचे कार्यप्रदर्शन अनुकूल करू शकते.

डिजिटल सिग्नल आणि अॅनालॉग सिग्नलमधील परस्पर हस्तक्षेप कसा कमी करायचा? डिझाइन करण्यापूर्वी, आपण इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक कंपॅटिबिलिटी (EMC) ची दोन मूलभूत तत्त्वे समजून घेतली पाहिजेत: पहिले तत्त्व म्हणजे वर्तमान लूपचे क्षेत्रफळ कमी करणे; दुसरे तत्व म्हणजे प्रणाली फक्त एक संदर्भ पृष्ठभाग वापरते. याउलट, जर प्रणालीमध्ये दोन संदर्भ विमाने असतील तर द्विध्रुवीय अँटेना तयार करणे शक्य आहे (टीप: लहान द्विध्रुवीय अँटेनाचा रेडिएशन आकार रेषेच्या लांबी, प्रवाहाचे प्रमाण आणि वारंवारता यांच्या प्रमाणात आहे); आणि जर सिग्नल शक्य तितक्या पार करू शकत नसाल तर लहान लूपच्या रिटर्नमुळे मोठा लूप अँटेना तयार होऊ शकतो (टीप: लहान लूप अँटेनाचा रेडिएशन आकार लूप क्षेत्राच्या प्रमाणात, लूपमधून वाहणारा विद्युत् प्रवाह आणि चौरस वारंवारता). डिझाइनमध्ये शक्य तितक्या या दोन परिस्थिती टाळा.

मिक्स्ड-सिग्नल सर्किट बोर्डवर डिजिटल ग्राउंड आणि अॅनालॉग ग्राउंड वेगळे करणे सुचवले आहे, जेणेकरून डिजिटल ग्राउंड आणि अॅनालॉग ग्राउंडमधील अलगाव साध्य करता येईल. जरी ही पद्धत व्यवहार्य असली तरी, अनेक संभाव्य समस्या आहेत, विशेषत: जटिल मोठ्या प्रमाणावरील प्रणालींमध्ये. सर्वात गंभीर समस्या अशी आहे की ती विभागातील अंतरावर जाऊ शकत नाही. एकदा डिव्हिजन गॅप मार्गी लावल्यानंतर, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन आणि सिग्नल क्रॉसस्टॉक झपाट्याने वाढेल. PCB डिझाइनमधील सर्वात सामान्य समस्या ही आहे की सिग्नल लाइन विभाजित जमिनीवर किंवा वीज पुरवठ्याला ओलांडते आणि EMI समस्या निर्माण करते.

मिश्र-सिग्नल पीसीबीचे विभाजन डिझाइन कसे मिळवायचे

आकृती 1 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, आम्ही वर नमूद केलेली विभागणी पद्धत वापरतो आणि सिग्नल लाइन दोन ग्राउंडमधील अंतर पार करते. सिग्नल करंटचा परतीचा मार्ग काय आहे? असे गृहीत धरून की ज्या दोन ग्राउंड्सचे विभाजन केले आहे ते कुठेतरी एकत्र जोडलेले आहेत (सामान्यतः एका विशिष्ट ठिकाणी एकल बिंदू कनेक्शन), या प्रकरणात, ग्राउंड करंट एक मोठा लूप तयार करेल. मोठ्या लूपमधून वाहणारा उच्च-वारंवारता प्रवाह रेडिएशन आणि उच्च ग्राउंड इंडक्टन्स निर्माण करतो. जर निम्न-स्तरीय अॅनालॉग प्रवाह मोठ्या लूपमधून वाहते, तर प्रवाह सहजपणे बाह्य सिग्नलद्वारे व्यत्यय आणतो. सर्वात वाईट गोष्ट अशी आहे की जेव्हा विभाजीत ग्राउंड्स वीज पुरवठ्यावर एकत्र जोडले जातात, तेव्हा खूप मोठा वर्तमान लूप तयार होईल. याव्यतिरिक्त, अॅनालॉग ग्राउंड आणि डिजिटल ग्राउंड एका लांब वायरने जोडलेले आहेत ज्यामुळे द्विध्रुवीय अँटेना तयार होतो.

जमिनीवर वर्तमान परत येण्याचा मार्ग आणि पद्धत समजून घेणे ही मिश्र-सिग्नल सर्किट बोर्ड डिझाइन ऑप्टिमाइझ करण्याची गुरुकिल्ली आहे. अनेक डिझाईन अभियंते फक्त सिग्नल करंट कोठे वाहतात याचा विचार करतात आणि करंटच्या विशिष्ट मार्गाकडे दुर्लक्ष करतात. जर ग्राउंड लेयर विभाजित करणे आवश्यक आहे, आणि वायरिंगला विभागांमधील अंतरातून मार्गक्रमण करणे आवश्यक आहे, तर दोन ग्राउंड्समध्ये जोडणी पूल तयार करण्यासाठी विभाजित मैदानांमध्ये सिंगल-पॉइंट कनेक्शन केले जाऊ शकते आणि नंतर कनेक्शन ब्रिजमधून वायरिंग केले जाऊ शकते. . अशाप्रकारे, प्रत्येक सिग्नल लाइनखाली थेट चालू परतीचा मार्ग प्रदान केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे तयार झालेले लूप क्षेत्र लहान असेल.

ऑप्टिकल पृथक्करण उपकरणे किंवा ट्रान्सफॉर्मरचा वापर देखील विभाजन अंतर ओलांडून सिग्नल प्राप्त करू शकतो. पूर्वीसाठी, हे ऑप्टिकल सिग्नल आहे जे विभाजन अंतर पार करते; ट्रान्सफॉर्मरच्या बाबतीत, हे चुंबकीय क्षेत्र आहे जे विभाजन अंतर पार करते. विभेदक सिग्नल वापरणे ही दुसरी व्यवहार्य पद्धत आहे: सिग्नल एका ओळीतून वाहतो आणि दुसर्‍या सिग्नल लाइनवरून परत येतो. या प्रकरणात, परतीचा मार्ग म्हणून जमिनीची आवश्यकता नाही.

अॅनालॉग सिग्नल्समधील डिजिटल सिग्नल्सच्या हस्तक्षेपाचा खोलवर अभ्यास करण्यासाठी, आपण प्रथम उच्च-फ्रिक्वेंसी प्रवाहांची वैशिष्ट्ये समजून घेतली पाहिजेत. उच्च-फ्रिक्वेंसी करंट्ससाठी, नेहमी कमीत कमी प्रतिबाधा (सर्वात कमी इंडक्टन्स) आणि थेट सिग्नलच्या खाली असलेला मार्ग निवडा, त्यामुळे रिटर्न करंट समीप सर्किट लेयरमधून वाहेल, समीपचा थर पॉवर लेयर किंवा ग्राउंड लेयर आहे की नाही याची पर्वा न करता. .

वास्तविक कामात, सामान्यत: युनिफाइड ग्राउंड वापरण्याकडे कल असतो आणि पीसीबीला अॅनालॉग भाग आणि डिजिटल भागामध्ये विभाजित करतो. अॅनालॉग सिग्नल सर्किट बोर्डच्या सर्व स्तरांच्या अॅनालॉग एरियामध्ये राउट केला जातो आणि डिजिटल सिग्नल डिजिटल सर्किट एरियामध्ये रूट केला जातो. या प्रकरणात, डिजिटल सिग्नल रिटर्न करंट अॅनालॉग सिग्नल ग्राउंडमध्ये प्रवाहित होणार नाही.

जेव्हा सर्किट बोर्डच्या अॅनालॉग भागावर डिजिटल सिग्नल वायर्ड असेल किंवा सर्किट बोर्डच्या डिजिटल भागावर अॅनालॉग सिग्नल वायर्ड असेल तेव्हाच अॅनालॉग सिग्नलमध्ये डिजिटल सिग्नलचा हस्तक्षेप दिसून येईल. या प्रकारची समस्या उद्भवत नाही कारण कोणतेही विभाजित मैदान नाही, खरे कारण डिजिटल सिग्नलची अयोग्य वायरिंग आहे.

पीसीबी डिझाइन युनिफाइड ग्राउंडचा अवलंब करते, डिजिटल सर्किट आणि अॅनालॉग सर्किट विभाजन आणि योग्य सिग्नल वायरिंगद्वारे, सामान्यत: काही अधिक कठीण लेआउट आणि वायरिंग समस्या सोडवू शकतात आणि त्याच वेळी, जमिनीच्या विभाजनामुळे काही संभाव्य समस्या उद्भवणार नाहीत. या प्रकरणात, घटकांचे लेआउट आणि विभाजन हे डिझाइनचे साधक आणि बाधक ठरविण्याची गुरुकिल्ली बनते. लेआउट वाजवी असल्यास, डिजिटल ग्राउंड करंट सर्किट बोर्डच्या डिजिटल भागापर्यंत मर्यादित असेल आणि अॅनालॉग सिग्नलमध्ये व्यत्यय आणणार नाही. वायरिंगचे नियम 100% पाळले जात आहेत याची खात्री करण्यासाठी अशा वायरिंगची काळजीपूर्वक तपासणी आणि पडताळणी करणे आवश्यक आहे. अन्यथा, सिग्नल लाईनचे अयोग्य राउटिंग अन्यथा अतिशय चांगले सर्किट बोर्ड पूर्णपणे नष्ट करेल.

A/D कन्व्हर्टरचे अॅनालॉग ग्राउंड आणि डिजिटल ग्राउंड पिन एकत्र जोडताना, बहुतेक A/D कनवर्टर उत्पादक सुचवतील: AGND आणि DGND पिनला सर्वात लहान लीडद्वारे समान कमी प्रतिबाधा जमिनीवर कनेक्ट करा. (टीप: बहुतेक A/D कन्व्हर्टर चिप्स अॅनालॉग ग्राउंड आणि डिजिटल ग्राउंडला एकत्र जोडत नसल्यामुळे, अॅनालॉग आणि डिजिटल ग्राउंड बाह्य पिनद्वारे जोडलेले असणे आवश्यक आहे.) DGND शी जोडलेले कोणतेही बाह्य प्रतिबाधा परजीवी कॅपेसिटन्स पार करेल. IC मधील अॅनालॉग सर्किट्समध्ये अधिक डिजिटल आवाज जोडला जातो. या शिफारशीनुसार, तुम्हाला A/D कन्व्हर्टरच्या AGND आणि DGND पिनला अॅनालॉग ग्राउंडशी जोडणे आवश्यक आहे, परंतु या पद्धतीमुळे डिजिटल सिग्नल डिकपलिंग कॅपेसिटरचे ग्राउंड टर्मिनल अॅनालॉग ग्राउंडशी जोडले जावे की नाही यासारख्या समस्या निर्माण होतील. किंवा डिजिटल ग्राउंड.

मिश्र-सिग्नल पीसीबीचे विभाजन डिझाइन कसे मिळवायचे

सिस्टममध्ये फक्त एक A/D कनवर्टर असल्यास, वरील समस्या सहजपणे सोडवल्या जाऊ शकतात. आकृती 3 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, ग्राउंड विभाजित करा आणि ए/डी कन्व्हर्टर अंतर्गत अॅनालॉग ग्राउंड आणि डिजिटल ग्राउंड एकत्र जोडा. या पद्धतीचा अवलंब करताना, हे सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे की दोन ग्राउंड्समधील कनेक्टिंग ब्रिजची रुंदी IC च्या रुंदीएवढी आहे आणि कोणतीही सिग्नल लाइन डिव्हिजन गॅप ओलांडू शकत नाही.

सिस्टममध्ये अनेक A/D कन्व्हर्टर असल्यास, उदाहरणार्थ, 10 A/D कन्व्हर्टर कसे जोडायचे? प्रत्येक A/D कनवर्टर अंतर्गत अॅनालॉग ग्राउंड आणि डिजिटल ग्राउंड एकत्र जोडलेले असल्यास, मल्टी-पॉइंट कनेक्शन तयार होते आणि अॅनालॉग ग्राउंड आणि डिजिटल ग्राउंडमधील अलगाव अर्थहीन आहे. आपण अशा प्रकारे कनेक्ट न केल्यास, ते निर्मात्याच्या आवश्यकतांचे उल्लंघन करते.