site logo

మిశ్రమ-సిగ్నల్ PCB యొక్క విభజన రూపకల్పనను ఎలా సాధించాలి?

సారాంశం: మిశ్రమ-సిగ్నల్ సర్క్యూట్ రూపకల్పన PCB చాలా క్లిష్టంగా ఉంటుంది. భాగాల లేఅవుట్ మరియు వైరింగ్ మరియు విద్యుత్ సరఫరా మరియు గ్రౌండ్ వైర్ యొక్క ప్రాసెసింగ్ నేరుగా సర్క్యూట్ పనితీరు మరియు విద్యుదయస్కాంత అనుకూలత పనితీరును ప్రభావితం చేస్తుంది. ఈ వ్యాసంలో ప్రవేశపెట్టిన భూమి మరియు శక్తి యొక్క విభజన రూపకల్పన మిశ్రమ-సిగ్నల్ సర్క్యూట్ల పనితీరును ఆప్టిమైజ్ చేయగలదు.

ipcb

డిజిటల్ సిగ్నల్ మరియు అనలాగ్ సిగ్నల్ మధ్య పరస్పర జోక్యాన్ని ఎలా తగ్గించాలి? రూపకల్పన చేయడానికి ముందు, విద్యుదయస్కాంత అనుకూలత (EMC) యొక్క రెండు ప్రాథమిక సూత్రాలను మనం అర్థం చేసుకోవాలి: మొదటి సూత్రం ప్రస్తుత లూప్ యొక్క వైశాల్యాన్ని తగ్గించడం; రెండవ సూత్రం ఏమిటంటే, సిస్టమ్ ఒక రిఫరెన్స్ ఉపరితలాన్ని మాత్రమే ఉపయోగిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, సిస్టమ్‌లో రెండు రిఫరెన్స్ ప్లేన్‌లు ఉన్నట్లయితే, డైపోల్ యాంటెన్నాను ఏర్పరచడం సాధ్యమవుతుంది (గమనిక: చిన్న డైపోల్ యాంటెన్నా యొక్క రేడియేషన్ పరిమాణం రేఖ యొక్క పొడవు, ప్రవహించే కరెంట్ మొత్తం మరియు ఫ్రీక్వెన్సీకి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది); మరియు సిగ్నల్ వీలైనంత వరకు పాస్ చేయలేకపోతే, ఒక చిన్న లూప్ యొక్క రిటర్న్ పెద్ద లూప్ యాంటెన్నాను ఏర్పరుస్తుంది (గమనిక: చిన్న లూప్ యాంటెన్నా యొక్క రేడియేషన్ పరిమాణం లూప్ ప్రాంతానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది, లూప్ ద్వారా ప్రవహించే కరెంట్ మరియు స్క్వేర్ ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క). డిజైన్‌లో వీలైనంత వరకు ఈ రెండు పరిస్థితులను నివారించండి.

మిక్స్డ్-సిగ్నల్ సర్క్యూట్ బోర్డ్‌లో డిజిటల్ గ్రౌండ్ మరియు అనలాగ్ గ్రౌండ్‌లను వేరు చేయాలని సూచించబడింది, తద్వారా డిజిటల్ గ్రౌండ్ మరియు అనలాగ్ గ్రౌండ్ మధ్య ఐసోలేషన్ సాధించవచ్చు. ఈ పద్ధతి సాధ్యమైనప్పటికీ, అనేక సంభావ్య సమస్యలు ఉన్నాయి, ముఖ్యంగా సంక్లిష్టమైన పెద్ద-స్థాయి వ్యవస్థలలో. అత్యంత క్లిష్టమైన సమస్య ఏమిటంటే, విభజన గ్యాప్ అంతటా అది మళ్లించబడదు. విభజన గ్యాప్ రూట్ చేయబడిన తర్వాత, విద్యుదయస్కాంత వికిరణం మరియు సిగ్నల్ క్రాస్‌స్టాక్ బాగా పెరుగుతుంది. PCB రూపకల్పనలో అత్యంత సాధారణ సమస్య ఏమిటంటే, సిగ్నల్ లైన్ విభజించబడిన గ్రౌండ్ లేదా విద్యుత్ సరఫరాను దాటుతుంది మరియు EMI సమస్యలను సృష్టిస్తుంది.

మిశ్రమ-సిగ్నల్ PCB యొక్క విభజన రూపకల్పనను ఎలా సాధించాలి

మూర్తి 1లో చూపినట్లుగా, మేము పైన పేర్కొన్న విభజన పద్ధతిని ఉపయోగిస్తాము మరియు సిగ్నల్ లైన్ రెండు మైదానాల మధ్య అంతరాన్ని దాటుతుంది. సిగ్నల్ కరెంట్ తిరిగి వచ్చే మార్గం ఏమిటి? విభజించబడిన రెండు మైదానాలు ఎక్కడా (సాధారణంగా ఒక నిర్దిష్ట ప్రదేశంలో ఒకే పాయింట్ కనెక్షన్) అనుసంధానించబడి ఉన్నాయని ఊహిస్తే, ఈ సందర్భంలో, గ్రౌండ్ కరెంట్ పెద్ద లూప్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. పెద్ద లూప్ ద్వారా ప్రవహించే అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్ రేడియేషన్ మరియు అధిక గ్రౌండ్ ఇండక్టెన్స్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. తక్కువ-స్థాయి అనలాగ్ కరెంట్ పెద్ద లూప్ ద్వారా ప్రవహిస్తే, కరెంట్ బాహ్య సంకేతాల ద్వారా సులభంగా జోక్యం చేసుకుంటుంది. చెత్త విషయం ఏమిటంటే, విభజించబడిన మైదానాలు విద్యుత్ సరఫరాలో కలిసి కనెక్ట్ చేయబడినప్పుడు, చాలా పెద్ద ప్రస్తుత లూప్ ఏర్పడుతుంది. అదనంగా, అనలాగ్ గ్రౌండ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్‌లు డైపోల్ యాంటెన్నాను రూపొందించడానికి పొడవైన వైర్ ద్వారా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.

మిక్స్‌డ్-సిగ్నల్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ డిజైన్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి కరెంట్ రిటర్న్ గ్రౌండ్‌కి మార్గం మరియు పద్ధతిని అర్థం చేసుకోవడం కీలకం. చాలా మంది డిజైన్ ఇంజనీర్లు సిగ్నల్ కరెంట్ ఎక్కడ ప్రవహిస్తుందో మాత్రమే పరిగణిస్తారు మరియు కరెంట్ యొక్క నిర్దిష్ట మార్గాన్ని విస్మరిస్తారు. నేల పొరను తప్పనిసరిగా విభజించి, వైరింగ్‌ను విభజనల మధ్య అంతరం ద్వారా మళ్లించవలసి వస్తే, విభజించబడిన మైదానాల మధ్య ఒకే-పాయింట్ కనెక్షన్‌ని రెండు గ్రౌండ్‌ల మధ్య కనెక్షన్ వంతెనను ఏర్పరుస్తుంది, ఆపై కనెక్షన్ వంతెన ద్వారా వైరింగ్ చేయవచ్చు. . ఈ విధంగా, ప్రతి సిగ్నల్ లైన్ క్రింద డైరెక్ట్ కరెంట్ రిటర్న్ పాత్ అందించబడుతుంది, తద్వారా ఏర్పడిన లూప్ ప్రాంతం చిన్నదిగా ఉంటుంది.

ఆప్టికల్ ఐసోలేషన్ పరికరాలు లేదా ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ల ఉపయోగం కూడా సెగ్మెంటేషన్ గ్యాప్‌లో సిగ్నల్‌ను సాధించగలదు. మునుపటి కోసం, ఇది సెగ్మెంటేషన్ గ్యాప్‌ను దాటే ఆప్టికల్ సిగ్నల్; ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ విషయంలో, ఇది సెగ్మెంటేషన్ గ్యాప్‌ను దాటే అయస్కాంత క్షేత్రం. అవకలన సంకేతాలను ఉపయోగించడం మరొక సాధ్యమయ్యే పద్ధతి: సిగ్నల్ ఒక లైన్ నుండి ప్రవహిస్తుంది మరియు మరొక సిగ్నల్ లైన్ నుండి తిరిగి వస్తుంది. ఈ సందర్భంలో, నేల తిరిగి మార్గంగా అవసరం లేదు.

అనలాగ్ సిగ్నల్‌లకు డిజిటల్ సిగ్నల్‌ల జోక్యాన్ని లోతుగా అన్వేషించడానికి, మేము మొదట అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్‌ల లక్షణాలను అర్థం చేసుకోవాలి. అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్‌ల కోసం, ఎల్లప్పుడూ తక్కువ ఇంపెడెన్స్ (అత్యల్ప ఇండక్టెన్స్) ఉన్న మార్గాన్ని మరియు నేరుగా సిగ్నల్ దిగువన ఎంచుకోండి, కాబట్టి ప్రక్కనే ఉన్న పొర పవర్ లేయర్ లేదా గ్రౌండ్ లేయర్ అనే దానితో సంబంధం లేకుండా రిటర్న్ కరెంట్ ప్రక్కనే ఉన్న సర్క్యూట్ లేయర్ గుండా ప్రవహిస్తుంది. .

వాస్తవ పనిలో, ఇది సాధారణంగా ఏకీకృత మైదానాన్ని ఉపయోగించడానికి మొగ్గు చూపుతుంది మరియు PCBని అనలాగ్ భాగం మరియు డిజిటల్ భాగంగా విభజించండి. అనలాగ్ సిగ్నల్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ యొక్క అన్ని పొరల అనలాగ్ ప్రాంతంలో మళ్లించబడుతుంది మరియు డిజిటల్ సిగ్నల్ డిజిటల్ సర్క్యూట్ ప్రాంతంలో మళ్లించబడుతుంది. ఈ సందర్భంలో, డిజిటల్ సిగ్నల్ రిటర్న్ కరెంట్ అనలాగ్ సిగ్నల్ గ్రౌండ్‌లోకి ప్రవహించదు.

సర్క్యూట్ బోర్డ్ యొక్క అనలాగ్ భాగంలో డిజిటల్ సిగ్నల్ వైర్ చేయబడినప్పుడు లేదా అనలాగ్ సిగ్నల్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ యొక్క డిజిటల్ భాగంలో వైర్ చేయబడినప్పుడు మాత్రమే, అనలాగ్ సిగ్నల్‌కు డిజిటల్ సిగ్నల్ యొక్క జోక్యం కనిపిస్తుంది. విభజించబడిన గ్రౌండ్ లేనందున ఈ రకమైన సమస్య జరగదు, అసలు కారణం డిజిటల్ సిగ్నల్ యొక్క సరికాని వైరింగ్.

PCB డిజైన్ ఏకీకృత గ్రౌండ్‌ను, డిజిటల్ సర్క్యూట్ మరియు అనలాగ్ సర్క్యూట్ విభజన మరియు తగిన సిగ్నల్ వైరింగ్ ద్వారా, సాధారణంగా కొన్ని క్లిష్టమైన లేఅవుట్ మరియు వైరింగ్ సమస్యలను పరిష్కరించగలదు మరియు అదే సమయంలో, ఇది గ్రౌండ్ డివిజన్ వల్ల కలిగే కొన్ని సంభావ్య సమస్యలను కలిగించదు. ఈ సందర్భంలో, భాగాల యొక్క లేఅవుట్ మరియు విభజన డిజైన్ యొక్క లాభాలు మరియు నష్టాలను నిర్ణయించడానికి కీలకం. లేఅవుట్ సహేతుకంగా ఉంటే, డిజిటల్ గ్రౌండ్ కరెంట్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ యొక్క డిజిటల్ భాగానికి పరిమితం చేయబడుతుంది మరియు అనలాగ్ సిగ్నల్‌తో జోక్యం చేసుకోదు. వైరింగ్ నియమాలు 100% కట్టుబడి ఉన్నాయని నిర్ధారించుకోవడానికి ఇటువంటి వైరింగ్ జాగ్రత్తగా తనిఖీ చేయబడాలి మరియు ధృవీకరించబడాలి. లేకపోతే, సిగ్నల్ లైన్ యొక్క సరికాని రూటింగ్ చాలా మంచి సర్క్యూట్ బోర్డ్‌ను పూర్తిగా నాశనం చేస్తుంది.

A/D కన్వర్టర్ యొక్క అనలాగ్ గ్రౌండ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ పిన్‌లను కలిపి కనెక్ట్ చేస్తున్నప్పుడు, చాలా మంది A/D కన్వర్టర్ తయారీదారులు సూచిస్తారు: AGND మరియు DGND పిన్‌లను తక్కువ ఇంపెడెన్స్ గ్రౌండ్‌కి తక్కువ లీడ్ ద్వారా కనెక్ట్ చేయండి. (గమనిక: చాలా A/D కన్వర్టర్ చిప్‌లు అనలాగ్ గ్రౌండ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్‌ను ఒకదానితో ఒకటి కనెక్ట్ చేయనందున, అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ తప్పనిసరిగా బాహ్య పిన్‌ల ద్వారా కనెక్ట్ చేయబడాలి.) DGNDకి కనెక్ట్ చేయబడిన ఏదైనా బాహ్య ఇంపెడెన్స్ పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్‌ను పాస్ చేస్తుంది. IC లోపల ఉన్న అనలాగ్ సర్క్యూట్‌లకు మరింత డిజిటల్ శబ్దం జతచేయబడుతుంది. ఈ సిఫార్సు ప్రకారం, మీరు A/D కన్వర్టర్ యొక్క AGND మరియు DGND పిన్‌లను అనలాగ్ గ్రౌండ్‌కు కనెక్ట్ చేయాలి, అయితే ఈ పద్ధతి డిజిటల్ సిగ్నల్ డీకప్లింగ్ కెపాసిటర్ యొక్క గ్రౌండ్ టెర్మినల్‌ను అనలాగ్ గ్రౌండ్‌కి కనెక్ట్ చేయాలా అనే సమస్యలను కలిగిస్తుంది. లేదా డిజిటల్ గ్రౌండ్.

మిశ్రమ-సిగ్నల్ PCB యొక్క విభజన రూపకల్పనను ఎలా సాధించాలి

సిస్టమ్‌లో ఒకే ఒక A/D కన్వర్టర్ ఉంటే, పై సమస్యలను సులభంగా పరిష్కరించవచ్చు. మూర్తి 3లో చూపిన విధంగా, భూమిని విభజించి, A/D కన్వర్టర్ కింద అనలాగ్ గ్రౌండ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్‌లను కలిపి కనెక్ట్ చేయండి. ఈ పద్ధతిని అవలంబిస్తున్నప్పుడు, రెండు మైదానాల మధ్య కలుపుతున్న వంతెన యొక్క వెడల్పు IC యొక్క వెడల్పుతో సమానంగా ఉండేలా చూసుకోవాలి మరియు ఏదైనా సిగ్నల్ లైన్ విభజన అంతరాన్ని దాటదు.

సిస్టమ్‌లో అనేక A/D కన్వర్టర్‌లు ఉంటే, ఉదాహరణకు, 10 A/D కన్వర్టర్‌లను ఎలా కనెక్ట్ చేయాలి? ప్రతి A/D కన్వర్టర్ కింద అనలాగ్ గ్రౌండ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ కలిసి కనెక్ట్ చేయబడితే, బహుళ-పాయింట్ కనెక్షన్ ఉత్పత్తి అవుతుంది మరియు అనలాగ్ గ్రౌండ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ మధ్య ఐసోలేషన్ అర్థరహితం. మీరు ఈ విధంగా కనెక్ట్ చేయకపోతే, అది తయారీదారు యొక్క అవసరాలను ఉల్లంఘిస్తుంది.