سرپینٹائن لائن کو سمجھنے کے لیے، آئیے بات کرتے ہیں۔ پی سی بی پہلے روٹنگ. اس تصور کو متعارف کرانے کی ضرورت محسوس نہیں ہوتی۔ کیا ہارڈ ویئر انجینئر ہر روز وائرنگ کا کام نہیں کرتا؟ ہارڈ ویئر انجینئر کے ذریعہ پی سی بی پر ہر نشان ایک ایک کرکے نکالا جاتا ہے۔ کیا کہا جا سکتا ہے؟ درحقیقت، اس سادہ روٹنگ میں بہت سے علمی نکات بھی شامل ہیں جنہیں ہم عموماً نظر انداز کر دیتے ہیں۔ مثال کے طور پر، مائیکرو سٹریپ لائن اور سٹرپ لائن کا تصور۔ سیدھے الفاظ میں، مائیکرو اسٹریپ لائن وہ ٹریس ہے جو پی سی بی بورڈ کی سطح پر چلتی ہے، اور سٹرپ لائن وہ ٹریس ہے جو پی سی بی کی اندرونی تہہ پر چلتی ہے۔ ان دو لائنوں میں کیا فرق ہے؟

مائکرو اسٹریپ لائن کا حوالہ طیارہ پی سی بی کی اندرونی تہہ کا زمینی طیارہ ہے، اور ٹریس کا دوسرا حصہ ہوا کے سامنے ہے، جس کی وجہ سے ٹریس کے ارد گرد ڈائی الیکٹرک مستقل متضاد ہے۔ مثال کے طور پر، ہمارے عام طور پر استعمال ہونے والے FR4 سبسٹریٹ کا ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ تقریباً 4.2 ہے، ہوا کا ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ 1 ہے۔ پٹی لائن کے اوپری اور نچلے دونوں طرف حوالہ جات ہیں، پورا ٹریس پی سی بی سبسٹریٹ میں سرایت کرتا ہے، اور ٹریس کے ارد گرد ڈائی الیکٹرک مستقل ایک جیسا ہے۔ اس کی وجہ سے ٹی ای ایم لہر بھی پٹی لائن پر منتقل ہوتی ہے، جب کہ ارد ٹی ای ایم لہر مائیکرو اسٹریپ لائن پر منتقل ہوتی ہے۔ یہ ایک نیم TEM لہر کیوں ہے؟ اس کی وجہ ہوا اور پی سی بی سبسٹریٹ کے درمیان انٹرفیس میں مرحلے کی مماثلت ہے۔ TEM لہر کیا ہے؟ اگر آپ اس مسئلے کو مزید گہرائی میں کھودیں گے تو آپ اسے ساڑھے دس ماہ میں ختم نہیں کر پائیں گے۔

ایک لمبی کہانی کو مختصر کرنے کے لیے، چاہے وہ مائیکرو سٹریپ لائن ہو یا سٹرپ لائن، ان کا کردار سگنل لے جانے کے علاوہ کچھ نہیں ہوتا، چاہے ڈیجیٹل سگنلز ہوں یا اینالاگ سگنل۔ یہ سگنل برقی مقناطیسی لہروں کی صورت میں ایک سرے سے دوسرے سرے تک ٹریس میں منتقل ہوتے ہیں۔ چونکہ یہ ایک لہر ہے اس لیے رفتار ہونی چاہیے۔ پی سی بی ٹریس پر سگنل کی رفتار کیا ہے؟ ڈائی الیکٹرک مستقل میں فرق کے مطابق، رفتار بھی مختلف ہے۔ ہوا میں برقی مقناطیسی لہروں کے پھیلاؤ کی رفتار روشنی کی معروف رفتار ہے۔ دوسرے ذرائع ابلاغ میں پھیلاؤ کی رفتار کو درج ذیل فارمولے سے شمار کیا جانا چاہیے۔

V=C/Er0.5

ان میں، V میڈیم میں پھیلاؤ کی رفتار ہے، C روشنی کی رفتار ہے، اور Er میڈیم کا ڈائی الیکٹرک مستقل ہے۔ اس فارمولے کے ذریعے، ہم آسانی سے پی سی بی ٹریس پر سگنل کی ترسیل کی رفتار کا حساب لگا سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ہم صرف FR4 بیس میٹریل کے ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ کو فارمولے میں لیتے ہیں، یعنی FR4 بیس میٹریل میں سگنل کی ترسیل کی رفتار روشنی کی رفتار سے نصف ہے۔ تاہم، چونکہ سطح پر پائی جانے والی مائیکرو سٹریپ لائن کا آدھا حصہ ہوا میں اور آدھا سبسٹریٹ میں ہے، اس لیے ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ قدرے کم ہو جائے گا، اس لیے ٹرانسمیشن کی رفتار پٹی لائن کی نسبت قدرے تیز ہو گی۔ عام طور پر استعمال شدہ تجرباتی ڈیٹا یہ ہے کہ مائیکرو اسٹریپ لائن کی ٹریس تاخیر تقریباً 140ps/انچ ہے، اور سٹرپ لائن کی ٹریس تاخیر تقریباً 166ps/انچ ہے۔

جیسا کہ میں نے پہلے کہا، اس کا ایک ہی مقصد ہے، وہ ہے پی سی بی پر سگنل کی ترسیل میں تاخیر! کہنے کا مطلب یہ ہے کہ ایک پن بھیجنے کے بعد سگنل ایک ہی لمحے میں وائرنگ کے ذریعے دوسرے پن میں منتقل نہیں ہوتا ہے۔ اگرچہ سگنل ٹرانسمیشن کی رفتار بہت تیز ہے، جب تک کہ ٹریس کی لمبائی کافی لمبی ہے، یہ اب بھی سگنل ٹرانسمیشن کو متاثر کرے گا. مثال کے طور پر، 1GHz سگنل کے لیے، مدت 1ns ہے، اور بڑھتے یا گرنے کا وقت مدت کا تقریباً دسواں حصہ ہے، پھر یہ 100ps ہے۔ اگر ہمارے ٹریس کی لمبائی 1 انچ (تقریباً 2.54 سینٹی میٹر) سے زیادہ ہے، تو ٹرانسمیشن میں تاخیر بڑھتے ہوئے کنارے سے زیادہ ہوگی۔ اگر ٹریس 8 انچ (تقریبا 20 سینٹی میٹر) سے زیادہ ہے، تو تاخیر ایک مکمل سائیکل ہوگی!

یہ پتہ چلتا ہے کہ پی سی بی کا اتنا بڑا اثر ہے، ہمارے بورڈز کے لیے 1 انچ سے زیادہ نشانات ہونا بہت عام بات ہے۔ کیا تاخیر بورڈ کے معمول کے کام کو متاثر کرے گی؟ اصل نظام کو دیکھ کر، اگر یہ صرف ایک سگنل ہے اور آپ دوسرے سگنلز کو بند نہیں کرنا چاہتے، تو تاخیر کا کوئی اثر نہیں ہوتا۔ تاہم، تیز رفتار نظام میں، یہ تاخیر درحقیقت نافذ العمل ہوگی۔ مثال کے طور پر، ہمارے عام میموری کے ذرات ایک بس کی شکل میں ڈیٹا لائنوں، ایڈریس لائنوں، گھڑیوں اور کنٹرول لائنوں کے ساتھ جڑے ہوتے ہیں۔ ہمارے ویڈیو انٹرفیس پر ایک نظر ڈالیں۔ اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ HDMI یا DVI کتنے ہی چینلز ہیں، اس میں ڈیٹا چینلز اور کلاک چینلز ہوں گے۔ یا کچھ بس پروٹوکول، یہ سبھی ڈیٹا اور گھڑی کی ہم وقت ساز ترسیل ہیں۔ پھر، ایک حقیقی تیز رفتار نظام میں، یہ گھڑی کے سگنلز اور ڈیٹا سگنلز ہم آہنگی سے مرکزی چپ سے بھیجے جاتے ہیں۔ اگر ہمارا پی سی بی ٹریس ڈیزائن ناقص ہے، تو گھڑی کے سگنل اور ڈیٹا سگنل کی لمبائی بہت مختلف ہے۔ ڈیٹا کے غلط نمونے لینے کا سبب بننا آسان ہے، اور پھر پورا نظام عام طور پر کام نہیں کرے گا۔

اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے ہمیں کیا کرنا چاہیے؟ فطری طور پر، ہم سوچیں گے کہ اگر مختصر طوالت کے نشانات کو لمبا کر دیا جائے تاکہ ایک ہی گروہ کے ٹریس کی لمبائی یکساں ہو، تو کیا تاخیر ایک جیسی ہو گی؟ وائرنگ کو لمبا کرنے کا طریقہ کے ارد گرد جاؤ! بنگو! آخر میں موضوع کی طرف لوٹنا آسان نہیں ہے۔ یہ تیز رفتار نظام میں سرپینٹائن لائن کا بنیادی کام ہے۔ سمیٹنا، برابر لمبائی۔ یہ اتنا آسان ہے۔ سرپینٹائن لائن مساوی لمبائی کو سمیٹنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ سرپینٹائن لائن کھینچ کر، ہم سگنلز کے ایک ہی گروپ کی لمبائی ایک ہی بنا سکتے ہیں، تاکہ وصول کرنے والی چپ کے سگنل موصول ہونے کے بعد، پی سی بی ٹریس پر مختلف تاخیر کی وجہ سے ڈیٹا نہیں آئے گا۔ غلط انتخاب۔ سرپینٹائن لائن پی سی بی کے دوسرے بورڈز پر موجود نشانات کی طرح ہے۔

وہ سگنلز کو جوڑنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں، لیکن وہ لمبے ہوتے ہیں اور ان کے پاس نہیں ہوتے۔ تو سرپینٹائن لائن گہری نہیں ہے اور زیادہ پیچیدہ بھی نہیں ہے۔ چونکہ یہ دوسری وائرنگ کی طرح ہے، اس لیے عام طور پر استعمال ہونے والے وائرنگ کے کچھ اصول سرپینٹائن لائنوں پر بھی لاگو ہوتے ہیں۔ ایک ہی وقت میں، سرپینٹائن لائنوں کی خاص ساخت کی وجہ سے، آپ کو وائرنگ کرتے وقت اس پر توجہ دینی چاہیے۔ مثال کے طور پر، سرپینٹائن لائنوں کو ایک دوسرے کے متوازی رکھنے کی کوشش کریں۔ مختصر، یعنی، ایک بڑے موڑ کے ارد گرد جائیں جیسا کہ کہاوت ہے، ایک چھوٹے سے علاقے میں زیادہ گھنے اور بہت چھوٹے مت جاؤ۔

یہ سب سگنل کی مداخلت کو کم کرنے میں مدد کرتا ہے۔ لائن کی لمبائی میں مصنوعی اضافے کی وجہ سے سرپینٹائن لائن کا سگنل پر برا اثر پڑے گا، لہذا جب تک یہ سسٹم میں وقت کی ضروریات کو پورا کر سکے، اسے استعمال نہ کریں۔ کچھ انجینئر پورے گروپ کی لمبائی برابر کرنے کے لیے DDR یا تیز رفتار سگنل استعمال کرتے ہیں۔ ناگ کی لکیریں پورے بورڈ پر اڑتی ہیں۔ ایسا لگتا ہے کہ یہ بہتر وائرنگ ہے۔ درحقیقت یہ سستی اور غیر ذمہ داری ہے۔ بہت سی جگہوں پر زخم لگنے کی ضرورت نہیں ہوتی، جس سے بورڈ کا حصہ ضائع ہو جاتا ہے، اور سگنل کا معیار بھی کم ہو جاتا ہے۔ ہمیں سگنل کی رفتار کی اصل ضروریات کے مطابق تاخیر کی فالتو پن کا حساب لگانا چاہیے، تاکہ بورڈ کے وائرنگ کے اصولوں کا تعین کیا جا سکے۔

مساوی لمبائی کے فنکشن کے علاوہ، سرپینٹائن لائن کے کئی دیگر افعال کا اکثر انٹرنیٹ پر مضامین میں ذکر کیا جاتا ہے، اس لیے میں یہاں اس پر بھی مختصراً بات کروں گا۔

1. ایک لفظ جو میں اکثر دیکھتا ہوں وہ ہے مائبادا ملاپ کا کردار۔ یہ بیان بہت عجیب ہے۔ پی سی بی ٹریس کی رکاوٹ کا تعلق لائن کی چوڑائی، ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ، اور ریفرنس ہوائی جہاز کے فاصلے سے ہے۔ اس کا سرپینٹائن لائن سے کب تعلق ہے؟ ٹریس کی شکل کب رکاوٹ کو متاثر کرتی ہے؟ مجھے نہیں معلوم کہ اس بیان کا ماخذ کہاں سے آیا ہے۔

2. یہ بھی کہا جاتا ہے کہ یہ فلٹرنگ کا کردار ہے۔ اس فنکشن کو غیر حاضر نہیں کہا جا سکتا، لیکن ڈیجیٹل سرکٹس میں کوئی فلٹرنگ فنکشن نہیں ہونا چاہیے یا ہمیں ڈیجیٹل سرکٹس میں اس فنکشن کو استعمال کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ ریڈیو فریکوئنسی سرکٹ میں، سرپینٹائن ٹریس ایل سی سرکٹ بنا سکتا ہے۔ اگر اس کا کسی خاص فریکوئنسی سگنل پر فلٹرنگ اثر ہے، تو یہ اب بھی ماضی ہے۔

3. اینٹینا وصول کرنا۔ یہ ہو سکتا ہے۔ ہم یہ اثر کچھ موبائل فونز یا ریڈیو پر دیکھ سکتے ہیں۔ کچھ اینٹینا پی سی بی کے نشانات کے ساتھ بنائے جاتے ہیں۔

4. انڈکٹنس۔ یہ ہو سکتا ہے۔ پی سی بی کے تمام نشانات میں اصل میں پرجیوی انڈکٹنس ہوتا ہے۔ کچھ پی سی بی انڈکٹرز بنانا قابل حصول ہے۔

5. فیوز۔ یہ اثر مجھے حیران کر دیتا ہے۔ مختصر اور تنگ سرپینٹائن تار فیوز کے طور پر کیسے کام کرتا ہے؟ جب کرنٹ زیادہ ہو تو جل جاتے ہیں؟ بورڈ کو ختم نہیں کیا گیا ہے، اس فیوز کی قیمت بہت زیادہ ہے، میں واقعی میں نہیں جانتا کہ یہ کس قسم کی ایپلی کیشن میں استعمال ہوگا۔

مندرجہ بالا تعارف کے ذریعے، ہم واضح کر سکتے ہیں کہ اینالاگ یا ریڈیو فریکوئنسی سرکٹس میں، سرپینٹائن لائنز کے کچھ خاص افعال ہوتے ہیں، جن کا تعین مائیکرو سٹریپ لائنوں کی خصوصیات سے ہوتا ہے۔ ڈیجیٹل سرکٹ ڈیزائن میں، سرپینٹائن لائن کو مساوی لمبائی کے لیے استعمال کیا جاتا ہے تاکہ ٹائمنگ میچنگ حاصل کی جا سکے۔ اس کے علاوہ، سرپینٹائن لائن سگنل کے معیار کو متاثر کرے گی، اس لیے سسٹم میں سسٹم کے تقاضوں کو واضح کیا جانا چاہیے، سسٹم کی فالتو پن کو اصل ضروریات کے مطابق شمار کیا جانا چاہیے، اور سرپینٹائن لائن کو احتیاط کے ساتھ استعمال کیا جانا چاہیے۔