اس وقت، اعلی تعدد اور تیز رفتار پی سی بی ڈیزائن مین اسٹریم بن گیا ہے، اور ہر پی سی بی لے آؤٹ انجینئر کو ماہر ہونا چاہیے۔ اس کے بعد، بنرمی آپ کے ساتھ ہائی فریکوئنسی اور تیز رفتار پی سی بی سرکٹس میں ہارڈ ویئر کے ماہرین کے کچھ ڈیزائن کے تجربے کا اشتراک کرے گا، اور مجھے امید ہے کہ یہ سب کے لیے مددگار ثابت ہوگا۔

1. اعلی تعدد مداخلت سے کیسے بچیں؟

اعلی تعدد کی مداخلت سے بچنے کا بنیادی خیال یہ ہے کہ اعلی تعدد سگنلز کی برقی مقناطیسی فیلڈ کی مداخلت کو کم سے کم کیا جائے، جو کہ نام نہاد کراسسٹالک (Crosstalk) ہے۔ آپ تیز رفتار سگنل اور اینالاگ سگنل کے درمیان فاصلہ بڑھا سکتے ہیں، یا اینالاگ سگنل کے آگے گراؤنڈ گارڈ/شنٹ ٹریس شامل کر سکتے ہیں۔ ڈیجیٹل گراؤنڈ سے اینالاگ گراؤنڈ تک شور کی مداخلت پر بھی توجہ دیں۔

2. تیز رفتار پی سی بی ڈیزائن اسکیمیٹکس کو ڈیزائن کرتے وقت مائبادا ملاپ پر کیسے غور کیا جائے؟

تیز رفتار پی سی بی سرکٹس کو ڈیزائن کرتے وقت، مائبادا ملاپ ڈیزائن عناصر میں سے ایک ہے۔ امپیڈینس ویلیو کا وائرنگ کے طریقہ کار سے قطعی تعلق ہے، جیسے سطحی تہہ (مائکرو اسٹریپ) یا اندرونی تہہ (سٹرپ لائن/ڈبل سٹرپ لائن) پر چلنا، ریفرنس لیئر (پاور لیئر یا گراؤنڈ لیئر) سے فاصلہ، وائرنگ کی چوڑائی، پی سی بی مواد , وغیرہ دونوں ٹریس کی خصوصیت مائبادا قدر کو متاثر کریں گے۔ کہنے کا مطلب یہ ہے کہ مائبادا کی قدر وائرنگ کے بعد ہی طے کی جا سکتی ہے۔ عام طور پر، نقلی سافٹ ویئر سرکٹ ماڈل یا ریاضیاتی الگورتھم کی محدودیت کی وجہ سے وائرنگ کی کچھ شرائط کو مدنظر نہیں رکھ سکتا۔ اس وقت، صرف کچھ ٹرمینیٹرز (ٹرمینیشن)، جیسے سیریز ریزسٹنس، کو اسکیمیٹک ڈایاگرام پر محفوظ کیا جا سکتا ہے۔ ٹریس رکاوٹ میں وقفے کے اثر کو کم کریں۔ مسئلہ کا اصل حل یہ ہے کہ تار لگاتے وقت رکاوٹوں سے بچنے کی کوشش کی جائے۔

3. تیز رفتار پی سی بی ڈیزائن میں، ڈیزائنر کو کن پہلوؤں پر غور کرنا چاہیے EMC اور EMI قوانین؟

عام طور پر، EMI/EMC ڈیزائن کو ایک ہی وقت میں ریڈی ایٹ اور چلائے جانے والے دونوں پہلوؤں پر غور کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ پہلے کا تعلق زیادہ فریکوئنسی والے حصے (<30MHz) سے ہے اور بعد والا کم فریکوئنسی والا حصہ (<30MHz) ہے۔ لہذا آپ صرف اعلی تعدد پر توجہ نہیں دے سکتے ہیں اور کم تعدد والے حصے کو نظر انداز نہیں کرسکتے ہیں۔ ایک اچھے EMI/EMC ڈیزائن کو لے آؤٹ کے آغاز میں ڈیوائس کی لوکیشن، PCB اسٹیک کی ترتیب، اہم کنکشن کا طریقہ، ڈیوائس کا انتخاب وغیرہ کو مدنظر رکھنا چاہیے۔ اگر پہلے سے بہتر انتظام نہیں کیا گیا تو بعد میں حل کیا جائے گا۔ یہ نصف کوشش کے ساتھ نتیجہ دوگنا کرے گا اور لاگت میں اضافہ کرے گا۔ مثال کے طور پر، کلاک جنریٹر کا مقام بیرونی کنیکٹر کے قریب نہیں ہونا چاہیے۔ تیز رفتار سگنلز کو زیادہ سے زیادہ اندرونی تہہ تک جانا چاہیے۔ عکاسی کو کم کرنے کے لیے خصوصیت کی مائبادا مماثلت اور حوالہ پرت کے تسلسل پر توجہ دیں۔ اونچائی کو کم کرنے کے لیے ڈیوائس کی طرف سے دھکیلنے والے سگنل کی حد تک کم ہونا چاہیے۔ فریکوئینسی کے اجزاء، ڈیکپلنگ/بائی پاس کپیسیٹر کا انتخاب کرتے وقت، اس بات پر توجہ دیں کہ آیا اس کا فریکوئنسی رسپانس پاور پلین پر شور کم کرنے کے تقاضوں کو پورا کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، تابکاری کو کم کرنے کے لیے لوپ ایریا کو جتنا ممکن ہو چھوٹا بنانے کے لیے ہائی فریکوئنسی سگنل کرنٹ کی واپسی کے راستے پر توجہ دیں (یعنی لوپ کی رکاوٹ جتنا ممکن ہو سکے)۔ اعلی تعدد شور کی حد کو کنٹرول کرنے کے لیے زمین کو بھی تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ آخر میں، پی سی بی اور ہاؤسنگ کے درمیان چیسس گراؤنڈ کا صحیح طریقے سے انتخاب کریں۔

4. پی سی بی بورڈ کا انتخاب کیسے کریں؟

پی سی بی بورڈ کا انتخاب ڈیزائن کی ضروریات کو پورا کرنے اور بڑے پیمانے پر پیداوار اور لاگت کے درمیان توازن قائم کرنا چاہیے۔ ڈیزائن کی ضروریات میں برقی اور مکینیکل دونوں حصے شامل ہیں۔ عام طور پر یہ مادی مسئلہ زیادہ اہم ہوتا ہے جب بہت تیز رفتار پی سی بی بورڈز (گیگا ہرٹز سے زیادہ تعدد) کو ڈیزائن کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، عام طور پر استعمال ہونے والا FR-4 مواد، کئی گیگا ہرٹز کی فریکوئنسی پر ڈائی الیکٹرک نقصان سگنل کی کشندگی پر بہت زیادہ اثر ڈالے گا، اور ہو سکتا ہے مناسب نہ ہو۔ جہاں تک بجلی کا تعلق ہے، اس بات پر توجہ دیں کہ آیا ڈائی الیکٹرک مستقل اور ڈائی الیکٹرک نقصان ڈیزائن کردہ فریکوئنسی کے لیے موزوں ہے۔

5. بہت زیادہ لاگت کا دباؤ ڈالے بغیر EMC کی ضروریات کو زیادہ سے زیادہ کیسے پورا کیا جائے؟

EMC کی وجہ سے پی سی بی بورڈ کی بڑھتی ہوئی لاگت عام طور پر شیلڈنگ اثر کو بڑھانے کے لیے زمینی تہوں کی تعداد میں اضافے اور فیرائٹ بیڈ، چوک اور دیگر ہائی فریکوئنسی ہارمونک دبانے والے آلات کے اضافے کی وجہ سے ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، پورے نظام کو EMC کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے عام طور پر دوسرے اداروں پر شیلڈنگ ڈھانچے سے مماثل ہونا ضروری ہوتا ہے۔ سرکٹ سے پیدا ہونے والے برقی مقناطیسی تابکاری کے اثر کو کم کرنے کے لیے مندرجہ ذیل صرف چند PCB بورڈ ڈیزائن تکنیک فراہم کرتا ہے۔

سگنل کے ذریعے پیدا ہونے والے ہائی فریکوئنسی اجزاء کو کم کرنے کے لیے ایک سست سگنل سلیو ریٹ کے ساتھ ڈیوائس کا انتخاب کرنے کی کوشش کریں۔

اعلی تعدد والے اجزاء کی جگہ پر توجہ دیں، بیرونی کنیکٹر کے زیادہ قریب نہ ہوں۔

ہائی فریکوئنسی ریفلیکشن اور ریڈی ایشن کو کم کرنے کے لیے تیز رفتار سگنلز، وائرنگ کی پرت اور اس کی واپسی کے موجودہ راستے کی مائبادی مماثلت پر توجہ دیں۔

پاور پلین اور گراؤنڈ پلین پر شور کو کم کرنے کے لیے ہر ڈیوائس کے پاور سپلائی پنوں پر کافی اور مناسب ڈیکپلنگ کیپسیٹرز لگائیں۔ اس بات پر خصوصی توجہ دیں کہ آیا کیپسیٹر کی فریکوئنسی ردعمل اور درجہ حرارت کی خصوصیات ڈیزائن کی ضروریات کو پورا کرتی ہیں۔

بیرونی کنیکٹر کے قریب زمین کو مناسب طریقے سے زمین سے الگ کیا جا سکتا ہے، اور کنیکٹر کی زمین کو قریبی چیسس گراؤنڈ سے جوڑا جا سکتا ہے۔

گراؤنڈ گارڈ/شنٹ ٹریس کو کچھ خاص تیز رفتار سگنلز کے ساتھ مناسب طریقے سے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ لیکن ٹریس کی خصوصیت کی رکاوٹ پر گارڈ/شنٹ ٹریس کے اثر و رسوخ پر توجہ دیں۔

پاور پرت زمینی پرت سے 20H سکڑتی ہے، اور H پاور لیئر اور زمینی پرت کے درمیان فاصلہ ہے۔

6. 2G سے اوپر ہائی فریکوئنسی پی سی بی کی ڈیزائننگ، روٹنگ اور لے آؤٹ کرتے وقت کن پہلوؤں پر توجہ دی جانی چاہیے؟

2G سے اوپر والے ہائی فریکوئنسی پی سی بیز کا تعلق ریڈیو فریکوئنسی سرکٹس کے ڈیزائن سے ہے اور یہ ہائی سپیڈ ڈیجیٹل سرکٹ ڈیزائن کی بحث کے دائرہ کار میں نہیں ہیں۔ ریڈیو فریکوئنسی سرکٹ کی ترتیب اور روٹنگ کو اسکیمیٹک کے ساتھ مل کر سمجھا جانا چاہئے، کیونکہ ترتیب اور روٹنگ تقسیم کے اثرات کا سبب بنے گی۔ مزید یہ کہ ریڈیو فریکوئنسی سرکٹس کے ڈیزائن میں کچھ غیر فعال آلات کو پیرامیٹرائزڈ تعریفوں اور خاص شکل والے تانبے کے ورقوں کے ذریعے محسوس کیا جاتا ہے۔ لہذا، EDA ٹولز کو پیرامیٹرائزڈ ڈیوائسز فراہم کرنے اور خاص شکل والے تانبے کے ورق میں ترمیم کرنے کی ضرورت ہے۔ مینٹور کے بورڈ سٹیشن میں ایک خاص RF ڈیزائن ماڈیول ہے جو ان ضروریات کو پورا کر سکتا ہے۔ مزید یہ کہ، عام RF ڈیزائن کے لیے مخصوص RF سرکٹ تجزیہ ٹولز کی ضرورت ہوتی ہے۔ انڈسٹری میں سب سے مشہور ایجیلنٹ کا ای سوفٹ ہے، جس کا مینٹور ٹولز کے ساتھ اچھا انٹرفیس ہے۔

7. کیا ٹیسٹ پوائنٹس کا اضافہ تیز رفتار سگنلز کے معیار کو متاثر کرے گا؟

آیا یہ سگنل کے معیار کو متاثر کرے گا اس کا انحصار ٹیسٹ پوائنٹس کو شامل کرنے کے طریقہ اور سگنل کی رفتار پر ہے۔ بنیادی طور پر، اضافی ٹیسٹ پوائنٹس (موجودہ via یا DIP پن کو ٹیسٹ پوائنٹس کے طور پر استعمال نہ کریں) کو لائن میں شامل کیا جا سکتا ہے یا لائن سے ایک چھوٹی لائن کھینچی جا سکتی ہے۔ سابقہ ​​لائن پر ایک چھوٹا کپیسیٹر شامل کرنے کے مترادف ہے، مؤخر الذکر ایک اضافی شاخ ہے۔ یہ دونوں حالات تیز رفتار سگنل کو کم و بیش متاثر کریں گے، اور اثر کی حد کا تعلق سگنل کی فریکوئنسی رفتار اور سگنل کے کنارے کی شرح سے ہے۔ نقالی کے ذریعے اثر کی شدت معلوم کی جا سکتی ہے۔ اصولی طور پر، ٹیسٹ پوائنٹ جتنا چھوٹا ہوگا، اتنا ہی بہتر (یقیناً، اسے ٹیسٹ ٹول کی ضروریات کو پورا کرنا ہوگا) برانچ جتنی چھوٹی ہوگی، اتنا ہی بہتر ہے۔