PCB మిశ్రమ సిగ్నల్ సర్క్యూట్ రూపకల్పన 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 పేపర్‌లో ప్రవేశపెట్టిన భూమి మరియు విద్యుత్ సరఫరా యొక్క విభజన రూపకల్పన మిశ్రమ-సిగ్నల్ సర్క్యూట్‌ల పనితీరును ఆప్టిమైజ్ చేయగలదు.

డిజిటల్ మరియు అనలాగ్ సిగ్నల్స్ మధ్య జోక్యాన్ని ఎలా తగ్గించాలి? విద్యుదయస్కాంత అనుకూలత (EMC) యొక్క రెండు ప్రాథమిక సూత్రాలు రూపకల్పనకు ముందు అర్థం చేసుకోవాలి: మొదటి సూత్రం ప్రస్తుత లూప్ యొక్క ప్రాంతాన్ని తగ్గించడం; రెండవ సూత్రం ఏమిటంటే, సిస్టమ్ ఒక రిఫరెన్స్ ప్లేన్‌ను మాత్రమే ఉపయోగిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, సిస్టమ్‌లో రెండు రిఫరెన్స్ ప్లేన్‌లు ఉంటే, డైపోల్ యాంటెన్నాను ఏర్పరచడం సాధ్యమవుతుంది (గమనిక: చిన్న డైపోల్ యాంటెన్నా యొక్క రేడియేషన్ రేఖ యొక్క పొడవు, ప్రవహించే కరెంట్ మొత్తం మరియు ఫ్రీక్వెన్సీకి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది). సిగ్నల్ సాధ్యమైనంత చిన్న లూప్ ద్వారా తిరిగి రాకపోతే, పెద్ద వృత్తాకార యాంటెన్నా ఏర్పడవచ్చు. మీ డిజైన్‌లో రెండింటినీ వీలైనంత వరకు నివారించండి.

డిజిటల్ గ్రౌండ్ మరియు అనలాగ్ గ్రౌండ్ మధ్య ఐసోలేషన్ సాధించడానికి మిక్స్‌డ్-సిగ్నల్ సర్క్యూట్ బోర్డ్‌లో డిజిటల్ గ్రౌండ్ మరియు అనలాగ్ గ్రౌండ్‌ను వేరు చేయాలని సూచించబడింది. ఈ విధానం సాధ్యమైనప్పటికీ, ఇది చాలా సంభావ్య సమస్యలను కలిగి ఉంది, ముఖ్యంగా పెద్ద మరియు సంక్లిష్టమైన వ్యవస్థలలో. విభజన గ్యాప్ వైరింగ్‌ను దాటకపోవడం అత్యంత క్లిష్టమైన సమస్య, ఒకసారి విభజన గ్యాప్ వైరింగ్‌ను దాటితే, విద్యుదయస్కాంత వికిరణం మరియు సిగ్నల్ క్రాస్‌స్టాక్ నాటకీయంగా పెరుగుతుంది. PCB డిజైన్‌లో అత్యంత సాధారణ సమస్య ఏమిటంటే, సిగ్నల్ లైన్ గ్రౌండ్ లేదా విద్యుత్ సరఫరాను దాటడం వల్ల కలిగే EMI సమస్య.

మూర్తి 1లో చూపినట్లుగా, మేము పై విభజన పద్ధతిని ఉపయోగిస్తాము మరియు సిగ్నల్ లైన్ రెండు గ్రౌండ్‌ల మధ్య అంతరాన్ని విస్తరించింది, సిగ్నల్ కరెంట్ యొక్క రిటర్న్ మార్గం ఏమిటి? రెండు విభజించబడిన భూములు ఏదో ఒక పాయింట్ వద్ద (సాధారణంగా ఒక పాయింట్ వద్ద ఒకే పాయింట్) అనుసంధానించబడి ఉన్నాయని అనుకుందాం, ఈ సందర్భంలో ఎర్త్ కరెంట్ పెద్ద లూప్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. పెద్ద లూప్ ద్వారా ప్రవహించే అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్ రేడియేషన్ మరియు అధిక గ్రౌండ్ ఇండక్టెన్స్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. పెద్ద లూప్ ద్వారా ప్రవహించే తక్కువ స్థాయి అనలాగ్ కరెంట్ బాహ్య సంకేతాల ద్వారా జోక్యం చేసుకోవడం సులభం అయితే. చెత్త విషయం ఏమిటంటే, విభాగాలు విద్యుత్ వనరులో కలిసి కనెక్ట్ చేయబడినప్పుడు, చాలా పెద్ద ప్రస్తుత లూప్ ఏర్పడుతుంది. అదనంగా, ఒక పొడవైన తీగతో అనుసంధానించబడిన అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ ఒక డైపోల్ యాంటెన్నాను ఏర్పరుస్తుంది.

మిక్స్‌డ్-సిగ్నల్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ డిజైన్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి భూమికి కరెంట్ బ్యాక్‌ఫ్లో యొక్క మార్గం మరియు మోడ్‌ను అర్థం చేసుకోవడం కీలకం. చాలా మంది డిజైన్ ఇంజనీర్లు కరెంట్ యొక్క నిర్దిష్ట మార్గాన్ని విస్మరిస్తూ సిగ్నల్ కరెంట్ ఎక్కడ ప్రవహిస్తుందో మాత్రమే పరిగణిస్తారు. నేల పొర తప్పనిసరిగా విభజన చేయబడి, విభజనల మధ్య అంతరం గుండా మళ్లించబడాలంటే, రెండు నేల పొరల మధ్య కనెక్షన్ వంతెనను ఏర్పరచడానికి విభజించబడిన నేల మధ్య ఒకే పాయింట్ కనెక్షన్‌ని తయారు చేసి, ఆపై కనెక్షన్ వంతెన ద్వారా మళ్లించవచ్చు. ఈ విధంగా, ప్రతి సిగ్నల్ లైన్ క్రింద డైరెక్ట్ కరెంట్ బ్యాక్‌ఫ్లో పాత్ అందించబడుతుంది, ఫలితంగా చిన్న లూప్ ప్రాంతం ఏర్పడుతుంది.

సెగ్మెంటేషన్ గ్యాప్‌ను దాటే సిగ్నల్‌ను గ్రహించడానికి ఆప్టికల్ ఐసోలేషన్ పరికరాలు లేదా ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌లను కూడా ఉపయోగించవచ్చు. మునుపటి కోసం, ఇది విభజన అంతరాన్ని విస్తరించే ఆప్టికల్ సిగ్నల్. ట్రాన్స్ఫార్మర్ విషయంలో, ఇది విభజన అంతరాన్ని విస్తరించే అయస్కాంత క్షేత్రం. అవకలన సంకేతాలు కూడా సాధ్యమే: సంకేతాలు ఒక లైన్ నుండి ప్రవహిస్తాయి మరియు మరొకటి నుండి తిరిగి వస్తాయి, ఈ సందర్భంలో అవి అనవసరంగా బ్యాక్‌ఫ్లో మార్గాలుగా ఉపయోగించబడతాయి.

అనలాగ్ సిగ్నల్‌కు డిజిటల్ సిగ్నల్ యొక్క జోక్యాన్ని అన్వేషించడానికి, మేము మొదట అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్ యొక్క లక్షణాలను అర్థం చేసుకోవాలి. హై-ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్ ఎల్లప్పుడూ సిగ్నల్ క్రింద నేరుగా అత్యల్ప ఇంపెడెన్స్ (ఇండక్టెన్స్) ఉన్న మార్గాన్ని ఎంచుకుంటుంది, కాబట్టి రిటర్న్ కరెంట్ ప్రక్కనే ఉన్న సర్క్యూట్ లేయర్ గుండా ప్రవహిస్తుంది, ప్రక్కనే ఉన్న పొర విద్యుత్ సరఫరా పొర లేదా భూమి పొర అనే దానితో సంబంధం లేకుండా.

ఆచరణలో, ఇది సాధారణంగా అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ భాగాలుగా ఏకరీతి PCB విభజనను ఉపయోగించడానికి ప్రాధాన్యతనిస్తుంది. అనలాగ్ సిగ్నల్స్ బోర్డ్ యొక్క అన్ని పొరల యొక్క అనలాగ్ ప్రాంతంలో మళ్లించబడతాయి, అయితే డిజిటల్ సిగ్నల్స్ డిజిటల్ సర్క్యూట్ ప్రాంతంలో రూట్ చేయబడతాయి. ఈ సందర్భంలో, డిజిటల్ సిగ్నల్ రిటర్న్ కరెంట్ అనలాగ్ సిగ్నల్ యొక్క భూమిలోకి ప్రవహించదు.

డిజిటల్ సిగ్నల్స్ నుండి అనలాగ్ సిగ్నల్స్ కు అంతరాయం ఏర్పడుతుంది, డిజిటల్ సిగ్నల్స్ రూట్ చేయబడినప్పుడు లేదా అనలాగ్ సిగ్నల్స్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ యొక్క డిజిటల్ భాగాలపై మళ్ళించబడినప్పుడు మాత్రమే. ఈ సమస్య విభజన లేకపోవడం వల్ల కాదు, అసలు కారణం డిజిటల్ సిగ్నల్స్ యొక్క సరికాని వైరింగ్.

PCB డిజైన్ ఏకీకృత, డిజిటల్ సర్క్యూట్ మరియు అనలాగ్ సర్క్యూట్ విభజన మరియు తగిన సిగ్నల్ వైరింగ్ ద్వారా ఉపయోగిస్తుంది, సాధారణంగా కొన్ని క్లిష్టమైన లేఅవుట్ మరియు వైరింగ్ సమస్యలను పరిష్కరించగలదు, కానీ గ్రౌండ్ సెగ్మెంటేషన్ వల్ల కలిగే కొన్ని సంభావ్య సమస్యలను కూడా కలిగి ఉండదు. ఈ సందర్భంలో, డిజైన్ నాణ్యతను నిర్ణయించడంలో భాగాల లేఅవుట్ మరియు విభజన కీలకం అవుతుంది. సరిగ్గా వేయబడినట్లయితే, డిజిటల్ గ్రౌండ్ కరెంట్ బోర్డు యొక్క డిజిటల్ భాగానికి పరిమితం చేయబడుతుంది మరియు అనలాగ్ సిగ్నల్‌తో జోక్యం చేసుకోదు. వైరింగ్ నియమాలకు 100% అనుగుణంగా ఉండేలా అలాంటి వైరింగ్ జాగ్రత్తగా తనిఖీ చేయబడాలి మరియు తనిఖీ చేయాలి. లేకపోతే, సరికాని సిగ్నల్ లైన్ చాలా మంచి సర్క్యూట్ బోర్డ్‌ను పూర్తిగా నాశనం చేస్తుంది.

A/D కన్వర్టర్‌ల యొక్క అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ పిన్‌లను కలిపి కనెక్ట్ చేస్తున్నప్పుడు, చాలా మంది A/D కన్వర్టర్ తయారీదారులు AGND మరియు DGND పిన్‌లను తక్కువ-ఇంపెడెన్స్ గ్రౌండ్‌కు అతి తక్కువ లీడ్‌లను ఉపయోగించి కనెక్ట్ చేయాలని సిఫార్సు చేస్తున్నారు (గమనిక: చాలా A/D కన్వర్టర్ చిప్‌లు అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్‌లను అంతర్గతంగా కనెక్ట్ చేయనందున, అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ తప్పనిసరిగా బాహ్య పిన్‌ల ద్వారా కనెక్ట్ చేయబడాలి), DGNDకి కనెక్ట్ చేయబడిన ఏదైనా బాహ్య ఇంపెడెన్స్ పరాన్నజీవి ద్వారా IC లోపల అనలాగ్ సర్క్యూట్‌కు మరింత డిజిటల్ శబ్దాన్ని జత చేస్తుంది. కెపాసిటెన్స్. ఈ సిఫార్సును అనుసరించి, A/D కన్వర్టర్ AGND మరియు DGND పిన్‌లు రెండూ అనలాగ్ గ్రౌండ్‌కి కనెక్ట్ చేయబడాలి, అయితే ఈ విధానం డిజిటల్ సిగ్నల్ డీకప్లింగ్ కెపాసిటర్ యొక్క గ్రౌండ్ ఎండ్‌ను అనలాగ్ లేదా డిజిటల్ గ్రౌండ్‌కి కనెక్ట్ చేయాలా అనే ప్రశ్నలను లేవనెత్తుతుంది.

సిస్టమ్‌లో ఒకే ఒక A/D కన్వర్టర్ ఉంటే, పై సమస్యను సులభంగా పరిష్కరించవచ్చు. మూర్తి 3లో చూపిన విధంగా, భూమి విభజించబడింది మరియు అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ విభాగాలు A/D కన్వర్టర్ క్రింద ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడి ఉంటాయి. ఈ పద్ధతిని అవలంబించినప్పుడు, రెండు సైట్‌ల మధ్య వంతెన వెడల్పు IC వెడల్పుకు సమానంగా ఉండేలా చూసుకోవాలి మరియు ఏ సిగ్నల్ లైన్ విభజన అంతరాన్ని దాటదు.

సిస్టమ్ అనేక A/D కన్వర్టర్‌లను కలిగి ఉంటే, ఉదాహరణకు, 10 A/D కన్వర్టర్‌లను ఎలా కనెక్ట్ చేయాలి? ప్రతి A/D కన్వర్టర్ కింద అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ కనెక్ట్ చేయబడితే, ఒక మల్టీపాయింట్ కనెక్షన్ వస్తుంది మరియు అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ మధ్య ఐసోలేషన్ అర్థరహితం అవుతుంది. మీరు చేయకపోతే, మీరు తయారీదారు యొక్క అవసరాలను ఉల్లంఘిస్తారు.

యూనిఫారంతో ప్రారంభించడం ఉత్తమ మార్గం. మూర్తి 4 లో చూపిన విధంగా, నేల ఏకరీతిగా అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ భాగాలుగా విభజించబడింది. ఈ లేఅవుట్ అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ గ్రౌండ్ పిన్‌ల తక్కువ ఇంపెడెన్స్ కనెక్షన్ కోసం IC పరికర తయారీదారుల అవసరాలను తీర్చడమే కాకుండా, లూప్ యాంటెన్నా లేదా డైపోల్ యాంటెన్నా వల్ల కలిగే EMC సమస్యలను కూడా నివారిస్తుంది.

మిక్స్డ్-సిగ్నల్ PCB డిజైన్ యొక్క ఏకీకృత విధానం గురించి మీకు సందేహాలు ఉంటే, మీరు మొత్తం సర్క్యూట్ బోర్డ్‌ను వేయడానికి మరియు రూట్ చేయడానికి గ్రౌండ్ లేయర్ విభజన పద్ధతిని ఉపయోగించవచ్చు. డిజైన్‌లో, తదుపరి ప్రయోగంలో 0/1 అంగుళాల కంటే తక్కువ దూరంలో ఉన్న జంపర్‌లు లేదా 2 ఓం రెసిస్టర్‌లతో సర్క్యూట్ బోర్డ్‌ను సులభంగా కనెక్ట్ చేయడానికి శ్రద్ధ వహించాలి. అన్ని లేయర్‌లలోని అనలాగ్ సెక్షన్‌కి పైన డిజిటల్ సిగ్నల్ లైన్‌లు లేవని మరియు డిజిటల్ విభాగానికి పైన అనలాగ్ సిగ్నల్ లైన్లు లేవని నిర్ధారించుకోవడానికి జోనింగ్ మరియు వైరింగ్‌పై శ్రద్ధ వహించండి. అంతేకాకుండా, ఏ సిగ్నల్ లైన్ గ్రౌండ్ గ్యాప్‌ను దాటకూడదు లేదా విద్యుత్ వనరుల మధ్య అంతరాన్ని విభజించకూడదు. బోర్డు పనితీరు మరియు EMC పనితీరును పరీక్షించడానికి, 0 ఓం రెసిస్టర్ లేదా జంపర్ ద్వారా రెండు అంతస్తులను ఒకదానితో ఒకటి కనెక్ట్ చేయడం ద్వారా బోర్డు పనితీరు మరియు EMC పనితీరును మళ్లీ పరీక్షించండి. పరీక్ష ఫలితాలను పోల్చి చూస్తే, దాదాపు అన్ని సందర్భాల్లో, స్ప్లిట్ సొల్యూషన్‌తో పోలిస్తే కార్యాచరణ మరియు EMC పనితీరు పరంగా ఏకీకృత పరిష్కారం ఉత్తమంగా ఉందని కనుగొనబడింది.

భూమిని విభజించే పద్ధతి ఇప్పటికీ పని చేస్తుందా?

ఈ విధానాన్ని మూడు సందర్భాల్లో ఉపయోగించవచ్చు: కొన్ని వైద్య పరికరాలకు రోగికి కనెక్ట్ చేయబడిన సర్క్యూట్‌లు మరియు సిస్టమ్‌ల మధ్య చాలా తక్కువ లీకేజ్ కరెంట్ అవసరం; కొన్ని పారిశ్రామిక ప్రక్రియ నియంత్రణ పరికరాల అవుట్‌పుట్ ధ్వనించే మరియు అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రోమెకానికల్ పరికరాలకు అనుసంధానించబడి ఉండవచ్చు; PCB యొక్క లేఅవుట్ నిర్దిష్ట పరిమితులకు లోబడి ఉన్నప్పుడు మరొక సందర్భం.

మిక్స్డ్-సిగ్నల్ PCB బోర్డ్‌లో సాధారణంగా ప్రత్యేక డిజిటల్ మరియు అనలాగ్ పవర్ సప్లైలు ఉంటాయి, అవి స్ప్లిట్ పవర్ సప్లై ముఖాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అయితే, విద్యుత్ సరఫరా పొరకు ప్రక్కనే ఉన్న సిగ్నల్ లైన్లు విద్యుత్ సరఫరాల మధ్య అంతరాన్ని దాటలేవు మరియు అంతరాన్ని దాటే అన్ని సిగ్నల్ లైన్లు పెద్ద ప్రాంతానికి ప్రక్కనే ఉన్న సర్క్యూట్ పొరపై ఉండాలి. కొన్ని సందర్భాల్లో, పవర్ ఫేస్ స్ప్లిటింగ్‌ను నివారించడానికి ఒక ముఖం కాకుండా PCB కనెక్షన్‌లతో అనలాగ్ విద్యుత్ సరఫరాను రూపొందించవచ్చు.

మిశ్రమ సిగ్నల్ PCB యొక్క విభజన రూపకల్పన

మిక్స్డ్-సిగ్నల్ PCB డిజైన్ సంక్లిష్టమైన ప్రక్రియ, డిజైన్ ప్రక్రియ క్రింది అంశాలకు శ్రద్ధ వహించాలి:

1. PCBని ప్రత్యేక అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ భాగాలుగా విభజించండి.

2. సరైన భాగం లేఅవుట్.

3. A/D కన్వర్టర్ విభజనల అంతటా ఉంచబడుతుంది.

4. భూమిని విభజించవద్దు. సర్క్యూట్ బోర్డ్ యొక్క అనలాగ్ భాగం మరియు డిజిటల్ భాగం ఏకరీతిలో వేయబడ్డాయి.

5. బోర్డు యొక్క అన్ని లేయర్‌లలో, డిజిటల్ సిగ్నల్ బోర్డు యొక్క డిజిటల్ భాగంలో మాత్రమే రూట్ చేయబడుతుంది.

6. బోర్డు యొక్క అన్ని పొరలలో, అనలాగ్ సిగ్నల్స్ బోర్డు యొక్క అనలాగ్ భాగంలో మాత్రమే రూట్ చేయబడతాయి.

7. అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ పవర్ వేరు.

8. వైరింగ్ స్ప్లిట్ విద్యుత్ సరఫరా ఉపరితలాల మధ్య అంతరాన్ని విస్తరించకూడదు.

9. స్ప్లిట్ విద్యుత్ సరఫరాల మధ్య అంతరాన్ని తప్పనిసరిగా విస్తరించాల్సిన సిగ్నల్ లైన్లు పెద్ద ప్రాంతానికి ప్రక్కనే ఉన్న వైరింగ్ పొరపై ఉండాలి.

10. భూమి ప్రస్తుత ప్రవాహం యొక్క వాస్తవ మార్గం మరియు మోడ్‌ను విశ్లేషించండి.

11. సరైన వైరింగ్ నియమాలను ఉపయోగించండి.