पीसीबी मिश्रित सिग्नल सर्किटचे डिझाइन खूप क्लिष्ट आहे. घटकांचे लेआउट आणि वायरिंग आणि वीज पुरवठा आणि ग्राउंड वायरची प्रक्रिया थेट सर्किट कार्यप्रदर्शन आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक अनुकूलता कार्यक्षमतेवर परिणाम करेल. या पेपरमध्ये सादर केलेले ग्राउंड आणि पॉवर सप्लायचे विभाजन डिझाइन मिश्र-सिग्नल सर्किट्सचे कार्यप्रदर्शन अनुकूल करू शकते.

डिजिटल आणि अॅनालॉग सिग्नलमधील हस्तक्षेप कसा कमी करायचा? इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक कंपॅटिबिलिटी (EMC) ची दोन मूलभूत तत्त्वे डिझाइन करण्यापूर्वी समजून घेणे आवश्यक आहे: पहिले तत्त्व म्हणजे वर्तमान लूपचे क्षेत्रफळ कमी करणे; दुसरे तत्व असे आहे की सिस्टम फक्त एक संदर्भ विमान वापरते. याउलट, जर सिस्टीममध्ये दोन संदर्भ समतल असतील तर द्विध्रुवीय अँटेना तयार करणे शक्य आहे (टीप: लहान द्विध्रुवीय अँटेनाचे विकिरण रेषेची लांबी, प्रवाहाचे प्रमाण आणि वारंवारता यांच्या प्रमाणात असते). जर सिग्नल सर्वात लहान संभाव्य लूपमधून परत येत नसेल तर, एक मोठा गोलाकार अँटेना तयार होऊ शकतो. शक्य तितक्या आपल्या डिझाइनमध्ये दोन्ही टाळा.

डिजिटल ग्राउंड आणि अॅनालॉग ग्राउंडमधील अलगाव साध्य करण्यासाठी मिश्र-सिग्नल सर्किट बोर्डवर डिजिटल ग्राउंड आणि अॅनालॉग ग्राउंड वेगळे करण्याची सूचना देण्यात आली आहे. हा दृष्टीकोन व्यवहार्य असला तरी, त्यात अनेक संभाव्य समस्या आहेत, विशेषत: मोठ्या आणि जटिल प्रणालींमध्ये. सर्वात गंभीर समस्या म्हणजे विभाजन अंतर वायरिंग ओलांडणे नाही, एकदा विभाजन अंतर वायरिंग ओलांडल्यानंतर, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन आणि सिग्नल क्रॉसस्टॉक नाटकीयरित्या वाढेल. PCB डिझाइनमधील सर्वात सामान्य समस्या म्हणजे EMI समस्या म्हणजे सिग्नल लाईन ओलांडल्याने किंवा वीज पुरवठा.

आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, आम्ही वरील विभाजन पद्धत वापरतो आणि सिग्नल लाइन दोन ग्राउंडमधील अंतर पसरवते, सिग्नल करंटचा परतीचा मार्ग काय आहे? समजा दोन विभाजित जमिनी एखाद्या बिंदूवर जोडल्या गेल्या आहेत (सामान्यतः एका बिंदूवर एकच बिंदू), अशा परिस्थितीत पृथ्वीचा प्रवाह एक मोठा लूप तयार करेल. मोठ्या लूपमधून वाहणारा उच्च वारंवारता प्रवाह रेडिएशन आणि उच्च ग्राउंड इंडक्टन्स निर्माण करेल. मोठ्या लूपमधून वाहणारे निम्न पातळीचे अॅनालॉग प्रवाह बाह्य सिग्नलद्वारे व्यत्यय आणणे सोपे असल्यास. सर्वात वाईट गोष्ट अशी आहे की जेव्हा विभाग उर्जा स्त्रोतावर एकत्र जोडलेले असतात, तेव्हा खूप मोठा वर्तमान लूप तयार होतो. याव्यतिरिक्त, लांब वायरने जोडलेले अॅनालॉग आणि डिजिटल ग्राउंड एक द्विध्रुवीय अँटेना बनवतात.

जमिनीवर चालू बॅकफ्लोचा मार्ग आणि मोड समजून घेणे ही मिश्र-सिग्नल सर्किट बोर्ड डिझाईन ऑप्टिमाइझ करण्याची गुरुकिल्ली आहे. अनेक डिझाईन अभियंते केवळ विद्युत प्रवाहाच्या विशिष्ट मार्गाकडे दुर्लक्ष करून सिग्नल प्रवाह कोठे वाहतात याचा विचार करतात. जर ग्राउंड लेयरचे विभाजन केले जाणे आवश्यक आहे आणि विभाजनांमधील अंतरातून रूट केले जाणे आवश्यक आहे, तर विभाजन केलेल्या जमिनीच्या दरम्यान एक सिंगल पॉइंट कनेक्शन बनवले जाऊ शकते जेणेकरुन दोन ग्राउंड लेयर्समध्ये कनेक्शन ब्रिज तयार होईल आणि नंतर कनेक्शन ब्रिजमधून रूट केले जाईल. अशाप्रकारे, प्रत्येक सिग्नल लाईनच्या खाली थेट वर्तमान बॅकफ्लो मार्ग प्रदान केला जाऊ शकतो, परिणामी एक लहान लूप क्षेत्र आहे.

ऑप्टिकल पृथक्करण उपकरणे किंवा ट्रान्सफॉर्मर देखील विभागणी अंतर पार करणारे सिग्नल लक्षात घेण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात. पूर्वीसाठी, हे ऑप्टिकल सिग्नल आहे जे विभाजन अंतर पसरवते. ट्रान्सफॉर्मरच्या बाबतीत, चुंबकीय क्षेत्र हे विभाजन अंतर पसरवते. विभेदक सिग्नल देखील शक्य आहेत: सिग्नल एका ओळीतून वाहतात आणि दुसऱ्या ओळीतून परत येतात, अशा परिस्थितीत ते अनावश्यकपणे बॅकफ्लो मार्ग म्हणून वापरले जातात.

अॅनालॉग सिग्नलमध्ये डिजिटल सिग्नलचा हस्तक्षेप एक्सप्लोर करण्यासाठी, आपण प्रथम उच्च वारंवारता प्रवाहाची वैशिष्ट्ये समजून घेतली पाहिजेत. उच्च-फ्रिक्वेंसी करंट नेहमी सिग्नलच्या थेट खाली सर्वात कमी प्रतिबाधा (इंडक्टन्स) असलेला मार्ग निवडतो, त्यामुळे रिटर्न करंट जवळच्या सर्किट लेयरमधून वाहतो, समीपचा थर पॉवर सप्लाय लेयर आहे की ग्राउंड लेयर आहे याची पर्वा न करता.

सराव मध्ये, सामान्यतः एकसमान पीसीबी विभाजन अॅनालॉग आणि डिजिटल भागांमध्ये वापरण्यास प्राधान्य दिले जाते. अॅनालॉग सिग्नल बोर्डच्या सर्व स्तरांच्या अॅनालॉग प्रदेशात रूट केले जातात, तर डिजिटल सिग्नल डिजिटल सर्किट क्षेत्रामध्ये रूट केले जातात. या प्रकरणात, डिजिटल सिग्नल रिटर्न करंट अॅनालॉग सिग्नलच्या ग्राउंडमध्ये प्रवाहित होत नाही.

डिजिटल सिग्नल्सपासून अॅनालॉग सिग्नलमध्ये हस्तक्षेप तेव्हाच होतो जेव्हा डिजिटल सिग्नल ओव्हर रूट केले जातात किंवा अॅनालॉग सिग्नल सर्किट बोर्डच्या डिजिटल भागांवर रूट केले जातात. ही समस्या विभाजनाच्या कमतरतेमुळे नाही, वास्तविक कारण डिजिटल सिग्नलची अयोग्य वायरिंग आहे.

पीसीबी डिझाइन युनिफाइड, डिजिटल सर्किट आणि अॅनालॉग सर्किट विभाजन आणि योग्य सिग्नल वायरिंगद्वारे वापरते, सामान्यत: काही अधिक कठीण लेआउट आणि वायरिंग समस्या सोडवू शकते, परंतु ग्राउंड सेगमेंटेशनमुळे काही संभाव्य समस्या देखील येत नाहीत. या प्रकरणात, डिझाइनची गुणवत्ता निश्चित करण्यासाठी घटकांचे लेआउट आणि विभाजन महत्त्वपूर्ण बनते. योग्यरित्या मांडल्यास, डिजिटल ग्राउंड करंट बोर्डच्या डिजिटल भागापुरता मर्यादित असेल आणि अॅनालॉग सिग्नलमध्ये व्यत्यय आणणार नाही. वायरिंग नियमांचे 100% पालन सुनिश्चित करण्यासाठी अशा वायरिंगची काळजीपूर्वक तपासणी आणि तपासणी करणे आवश्यक आहे. अन्यथा, एक अयोग्य सिग्नल लाइन खूप चांगला सर्किट बोर्ड पूर्णपणे नष्ट करेल.

A/D कन्व्हर्टरचे अॅनालॉग आणि डिजिटल ग्राउंड पिन एकत्र जोडताना, बहुतेक A/D कन्व्हर्टर उत्पादक AGND आणि DGND पिनला सर्वात लहान लीड्स वापरून समान कमी-प्रतिबाधा जमिनीवर जोडण्याची शिफारस करतात (टीप: बहुतेक A/D कनवर्टर चिप्स analog आणि डिजिटल ग्राउंडला अंतर्गतरित्या एकत्र जोडत नसल्यामुळे, अॅनालॉग आणि डिजिटल ग्राउंड बाह्य पिनद्वारे जोडलेले असणे आवश्यक आहे), DGND शी जोडलेले कोणतेही बाह्य प्रतिबाधा परजीवीद्वारे IC च्या आत अॅनालॉग सर्किटमध्ये अधिक डिजिटल आवाज जोडेल. क्षमता या शिफारसीनुसार, A/D कनवर्टर AGND आणि DGND दोन्ही पिन अॅनालॉग ग्राउंडशी कनेक्ट करणे आवश्यक आहे, परंतु हा दृष्टीकोन डिजिटल सिग्नल डीकपलिंग कॅपेसिटरचा ग्राउंड एंड अॅनालॉग किंवा डिजिटल ग्राउंडशी जोडला जावा असे प्रश्न निर्माण करतो.

सिस्टममध्ये फक्त एक A/D कनवर्टर असल्यास, वरील समस्या सहजपणे सोडवता येऊ शकते. आकृती 3 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, ग्राउंड विभाजित आहे आणि ए/डी कन्व्हर्टर अंतर्गत अॅनालॉग आणि डिजिटल ग्राउंड विभाग एकत्र जोडलेले आहेत. जेव्हा ही पद्धत अवलंबली जाते, तेव्हा हे सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे की दोन साइट्समधील पुलाची रुंदी IC रुंदीच्या बरोबरीची आहे आणि कोणतीही सिग्नल लाइन विभाजन अंतर ओलांडू शकत नाही.

सिस्टीममध्ये अनेक A/D कन्व्हर्टर असल्यास, उदाहरणार्थ, 10 A/D कन्व्हर्टर कसे कनेक्ट करावे? प्रत्येक A/D कनवर्टर अंतर्गत अॅनालॉग आणि डिजिटल ग्राउंड जोडलेले असल्यास, एक मल्टीपॉइंट कनेक्शन परिणाम होईल आणि अॅनालॉग आणि डिजिटल ग्राउंडमधील अलगाव अर्थहीन असेल. आपण तसे न केल्यास, आपण निर्मात्याच्या आवश्यकतांचे उल्लंघन करता.

गणवेशापासून सुरुवात करणे हा सर्वोत्तम मार्ग आहे. आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, जमीन एकसमानपणे अॅनालॉग आणि डिजिटल भागांमध्ये विभागली गेली आहे. हा लेआउट केवळ अॅनालॉग आणि डिजिटल ग्राउंड पिनच्या कमी प्रतिबाधा कनेक्शनसाठी IC उपकरण उत्पादकांच्या आवश्यकता पूर्ण करत नाही तर लूप अँटेना किंवा द्विध्रुवीय अँटेनामुळे उद्भवणाऱ्या EMC समस्या देखील टाळतो.

तुम्हाला मिश्र-सिग्नल पीसीबी डिझाइनच्या युनिफाइड पध्दतीबद्दल शंका असल्यास, तुम्ही संपूर्ण सर्किट बोर्ड लेआउट आणि रूट करण्यासाठी ग्राउंड लेयर विभाजनाची पद्धत वापरू शकता. डिझाइनमध्ये, नंतरच्या प्रयोगात 0/1 इंच पेक्षा कमी अंतरावर असलेल्या जंपर्स किंवा 2 ओम प्रतिरोधकांसह सर्किट बोर्ड जोडणे सोपे होईल याकडे लक्ष दिले पाहिजे. सर्व स्तरांवरील अॅनालॉग सेक्शनच्या वर डिजिटल सिग्नल लाइन नाहीत आणि डिजिटल सेक्शनच्या वर अॅनालॉग सिग्नल लाइन नाहीत याची खात्री करण्यासाठी झोनिंग आणि वायरिंगकडे लक्ष द्या. शिवाय, कोणतीही सिग्नल लाइन जमिनीतील अंतर ओलांडू नये किंवा उर्जा स्त्रोतांमधील अंतर विभाजित करू नये. बोर्डचे कार्य आणि EMC कार्यप्रदर्शन तपासण्यासाठी, 0 ohm रेझिस्टर किंवा जम्परद्वारे दोन मजले एकत्र जोडून बोर्डचे कार्य आणि EMC कार्यप्रदर्शन पुन्हा तपासा. चाचणी परिणामांची तुलना करताना, असे आढळून आले की जवळजवळ सर्व प्रकरणांमध्ये, विभाजित सोल्यूशनच्या तुलनेत कार्यक्षमतेच्या आणि EMC कार्यक्षमतेच्या बाबतीत एकीकृत समाधान श्रेष्ठ होते.

जमिनीचे विभाजन करण्याची पद्धत अजूनही चालते का?

हा दृष्टीकोन तीन परिस्थितींमध्ये वापरला जाऊ शकतो: काही वैद्यकीय उपकरणांना सर्किट्स आणि रुग्णाशी जोडलेल्या प्रणालींमध्ये खूप कमी गळतीचा प्रवाह आवश्यक असतो; काही औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण उपकरणांचे आउटपुट गोंगाट करणारे आणि उच्च-शक्तीच्या इलेक्ट्रोमेकॅनिकल उपकरणांशी जोडलेले असू शकते; पीसीबीचा लेआउट विशिष्ट निर्बंधांच्या अधीन असतो तेव्हा आणखी एक प्रकरण आहे.

मिश्र-सिग्नल PCB बोर्डवर सामान्यत: वेगळे डिजिटल आणि अॅनालॉग पॉवर सप्लाय असतात ज्यांना स्प्लिट पॉवर सप्लाय फेस असू शकतो आणि असावा. तथापि, पॉवर सप्लाय लेयरला लागून असलेल्या सिग्नल लाईन्स वीज पुरवठ्यामधील अंतर ओलांडू शकत नाहीत आणि अंतर ओलांडणाऱ्या सर्व सिग्नल लाईन्स मोठ्या क्षेत्राला लागून असलेल्या सर्किट लेयरवर स्थित असणे आवश्यक आहे. काही प्रकरणांमध्ये, पॉवर फेस स्प्लिटिंग टाळण्यासाठी अॅनालॉग पॉवर सप्लाय एका फेसऐवजी पीसीबी कनेक्शनसह डिझाइन केला जाऊ शकतो.

मिश्रित सिग्नल पीसीबीचे विभाजन डिझाइन

मिश्रित-सिग्नल पीसीबी डिझाइन ही एक जटिल प्रक्रिया आहे, डिझाइन प्रक्रियेने खालील मुद्द्यांकडे लक्ष दिले पाहिजे:

1. पीसीबीला स्वतंत्र अॅनालॉग आणि डिजिटल भागांमध्ये विभाजित करा.

2. योग्य घटक लेआउट.

3. A/D कन्व्हर्टर विभाजनांमध्ये ठेवला जातो.

4. जमिनीचे विभाजन करू नका. सर्किट बोर्डचा अॅनालॉग भाग आणि डिजिटल भाग एकसमान घातला जातो.

5. बोर्डच्या सर्व स्तरांमध्ये, डिजिटल सिग्नल फक्त बोर्डच्या डिजिटल भागात रूट केला जाऊ शकतो.

6. बोर्डच्या सर्व स्तरांमध्ये, अॅनालॉग सिग्नल फक्त बोर्डच्या अॅनालॉग भागात रूट केले जाऊ शकतात.

7. अॅनालॉग आणि डिजिटल पॉवर पृथक्करण.

8. विभाजीत वीज पुरवठा पृष्ठभागांमधील अंतर वायरिंगने पसरू नये.

9. स्प्लिट पॉवर सप्लायमधील अंतर वाढवणाऱ्या सिग्नल लाईन्स मोठ्या क्षेत्राला लागून असलेल्या वायरिंग लेयरवर स्थित असाव्यात.

10. पृथ्वीच्या प्रवाहाच्या वास्तविक मार्गाचे आणि मोडचे विश्लेषण करा.

11. योग्य वायरिंग नियम वापरा.