ڈیزائن کرنے سے پہلے ملٹی لیئر پی سی بی بورڈ، ڈیزائنر کو پہلے سرکٹ بورڈ کے ڈھانچے کا تعین کرنا ہوگا جو سرکٹ اسکیل، سرکٹ بورڈ کے سائز اور برقی مقناطیسی مطابقت (EMC) کے تقاضوں کے مطابق استعمال کیا جائے، یعنی یہ فیصلہ کرنے کے لیے کہ آیا سرکٹ بورڈز کی 4 پرتیں، 6 پرتیں، یا مزید پرتیں استعمال کی جائیں۔ . تہوں کی تعداد کا تعین کرنے کے بعد، اس بات کا تعین کریں کہ اندرونی برقی تہوں کو کہاں رکھا جائے اور ان تہوں پر مختلف سگنل کیسے تقسیم کیے جائیں۔ یہ ملٹی لیئر پی سی بی اسٹیک ڈھانچے کا انتخاب ہے۔

پرتدار ڈھانچہ ایک اہم عنصر ہے جو PCB بورڈز کی EMC کارکردگی کو متاثر کرتا ہے، اور یہ برقی مقناطیسی مداخلت کو دبانے کا ایک اہم ذریعہ بھی ہے۔ یہ مضمون ملٹی لیئر پی سی بی بورڈ اسٹیک ڈھانچے کے متعلقہ مواد کو متعارف کرایا گیا ہے۔

پاور، گراؤنڈ اور سگنل لیئرز کی تعداد کا تعین کرنے کے بعد، ان کی متعلقہ ترتیب ایک ایسا موضوع ہے جس سے ہر پی سی بی انجینئر گریز نہیں کر سکتا۔

پرت کی ترتیب کے عمومی اصول:

1. ملٹی لیئر پی سی بی بورڈ کے پرتدار ڈھانچے کا تعین کرنے کے لیے، مزید عوامل پر غور کرنے کی ضرورت ہے۔ وائرنگ کے نقطہ نظر سے، جتنی زیادہ پرتیں ہوں گی، وائرنگ اتنی ہی بہتر ہوگی، لیکن بورڈ کی تیاری کی لاگت اور دشواری بھی بڑھے گی۔ مینوفیکچررز کے لیے، آیا پرتدار ڈھانچہ سڈول ہے یا نہیں، اس پر توجہ دینے کی ضرورت ہے جب پی سی بی بورڈز تیار کیے جاتے ہیں، اس لیے تہوں کی تعداد کے انتخاب کو بہترین توازن حاصل کرنے کے لیے تمام پہلوؤں کی ضروریات پر غور کرنے کی ضرورت ہے۔ تجربہ کار ڈیزائنرز کے لیے، اجزاء کی پری لے آؤٹ کو مکمل کرنے کے بعد، وہ پی سی بی وائرنگ کی رکاوٹ کے تجزیہ پر توجہ مرکوز کریں گے۔ سرکٹ بورڈ کی وائرنگ کی کثافت کا تجزیہ کرنے کے لیے دیگر EDA ٹولز کے ساتھ جوڑیں۔ پھر سگنل کی تہوں کی تعداد کا تعین کرنے کے لیے وائرنگ کی خصوصی ضروریات کے ساتھ سگنل لائنوں کی تعداد اور اقسام کی ترکیب کریں، جیسے کہ تفریق لائنیں، حساس سگنل لائنز وغیرہ۔ پھر بجلی کی فراہمی، تنہائی اور مخالف مداخلت کی قسم کے مطابق اندرونی برقی تہوں کی تعداد کا تعین کرنے کی ضروریات۔ اس طرح، پورے سرکٹ بورڈ کی تہوں کی تعداد بنیادی طور پر طے کی جاتی ہے۔

2. جزو کی سطح کا نچلا حصہ (دوسری پرت) زمینی طیارہ ہے، جو آلہ کو بچانے والی پرت اور اوپر کی وائرنگ کے لیے حوالہ طیارہ فراہم کرتا ہے۔ حساس سگنل کی تہہ کو اندرونی برقی تہہ (اندرونی طاقت/زمین کی تہہ) سے ملحق ہونا چاہیے، بڑی اندرونی برقی تہہ کاپر فلم استعمال کرتے ہوئے سگنل کی تہہ کو شیلڈنگ فراہم کی جائے۔ سرکٹ میں تیز رفتار سگنل ٹرانسمیشن پرت ایک سگنل انٹرمیڈیٹ پرت ہونی چاہئے اور دو اندرونی برقی تہوں کے درمیان سینڈویچ ہونی چاہئے۔ اس طرح، دو اندرونی برقی تہوں کی تانبے کی فلم تیز رفتار سگنل ٹرانسمیشن کے لیے برقی مقناطیسی ڈھال فراہم کر سکتی ہے، اور ساتھ ہی، یہ دو اندرونی برقی تہوں کے درمیان تیز رفتار سگنل کی تابکاری کو مؤثر طریقے سے محدود کر سکتی ہے۔ بیرونی مداخلت

3. تمام سگنل کی پرتیں زمینی جہاز کے ممکنہ حد تک قریب ہیں۔

4. براہ راست ایک دوسرے سے ملحق دو سگنل پرتوں سے بچنے کی کوشش کریں۔ ملحقہ سگنل کی تہوں کے درمیان کراسسٹالک متعارف کروانا آسان ہے، جس کے نتیجے میں سرکٹ فنکشن ناکام ہو جاتا ہے۔ دو سگنل کی تہوں کے درمیان زمینی طیارہ شامل کرنے سے مؤثر طریقے سے کراسسٹالک سے بچایا جا سکتا ہے۔

5۔ طاقت کا مرکزی منبع اس کے اسی مناسبت سے جتنا ممکن ہو قریب ہے۔

6. پرتدار ڈھانچے کی ہم آہنگی کو مدنظر رکھیں۔

7. مدر بورڈ کی پرت لے آؤٹ کے لیے، موجودہ مدر بورڈز کے لیے متوازی لمبی دوری کی وائرنگ کو کنٹرول کرنا مشکل ہے۔ بورڈ کی سطح پر آپریٹنگ فریکوئنسی 50MHZ سے اوپر کے لیے (50MHZ سے نیچے کی صورتحال کا حوالہ دیں، براہ کرم مناسب طریقے سے آرام کریں)، یہ اصول ترتیب دینے کی سفارش کی جاتی ہے:

اجزاء کی سطح اور ویلڈنگ کی سطح ایک مکمل زمینی طیارہ (شیلڈ) ہے؛ کوئی ملحقہ متوازی وائرنگ کی تہہ نہیں؛ تمام سگنل کی تہیں زمینی جہاز کے ممکنہ حد تک قریب ہیں؛

کلیدی سگنل زمین سے متصل ہے اور پارٹیشن کو عبور نہیں کرتا ہے۔

نوٹ: مخصوص پی سی بی تہوں کو ترتیب دیتے وقت، مندرجہ بالا اصولوں کو لچکدار طریقے سے مہارت حاصل کرنا چاہئے. مندرجہ بالا اصولوں کی تفہیم کی بنیاد پر، سنگل بورڈ کی اصل ضروریات کے مطابق، جیسے: کیا ایک کلیدی وائرنگ کی پرت، بجلی کی فراہمی، زمینی جہاز کی تقسیم کی ضرورت ہے، وغیرہ، تہوں کی ترتیب کا تعین کریں، اور ‘ اسے صرف دو ٹوک طریقے سے کاپی نہ کریں، یا اسے پکڑے رکھیں۔

8. ایک سے زیادہ زمینی اندرونی برقی تہیں مؤثر طریقے سے زمینی رکاوٹ کو کم کر سکتی ہیں۔ مثال کے طور پر، A سگنل کی تہہ اور B سگنل کی تہہ الگ الگ زمینی طیاروں کا استعمال کرتی ہے، جو عام موڈ کی مداخلت کو مؤثر طریقے سے کم کر سکتی ہے۔

عام طور پر استعمال شدہ پرتوں کا ڈھانچہ: 4-پرت بورڈ

مندرجہ ذیل میں 4 پرتوں والے بورڈ کی مثال استعمال کی گئی ہے تاکہ یہ واضح کیا جا سکے کہ مختلف پرت دار ڈھانچوں کے ترتیب اور امتزاج کو کیسے بہتر بنایا جائے۔

عام طور پر استعمال ہونے والے 4 لیئر بورڈز کے لیے، مندرجہ ذیل اسٹیکنگ کے طریقے ہیں (اوپر سے نیچے تک)۔

(1) Siganl_1 (اوپر)، GND (اندرونی_1)، پاور (اندرونی_2)، Siganl_2 (نیچے)۔

(2) Siganl_1 (Top)، POWER (Inner_1)، GND (اندرونی_2)، Siganl_2 (نیچے)۔

(3) پاور (اوپر)، Siganl_1 (اندرونی_1)، GND (اندرونی_2)، Siganl_2 (نیچے)۔

ظاہر ہے، آپشن 3 میں پاور لیئر اور گراؤنڈ لیئر کے درمیان موثر جوڑے کی کمی ہے اور اسے اپنایا نہیں جانا چاہیے۔

پھر آپشن 1 اور 2 کو کیسے منتخب کیا جائے؟

عام حالات میں، ڈیزائنرز 1 پرتوں والے بورڈ کی ساخت کے طور پر آپشن 4 کا انتخاب کریں گے۔ انتخاب کی وجہ یہ نہیں ہے کہ آپشن 2 کو اپنایا نہیں جا سکتا، بلکہ یہ کہ عام پی سی بی بورڈ صرف اوپر کی تہہ پر اجزاء رکھتا ہے، اس لیے آپشن 1 کو اپنانا زیادہ مناسب ہے۔

لیکن جب اجزاء کو اوپر اور نیچے کی دونوں تہوں پر رکھنے کی ضرورت ہو، اور اندرونی پاور لیئر اور گراؤنڈ لیئر کے درمیان ڈائی الیکٹرک موٹائی بڑی ہو اور جوڑا ناقص ہو، تو اس پر غور کرنا ضروری ہے کہ کس پرت میں کم سگنل لائنز ہیں۔ آپشن 1 کے لیے، نیچے کی پرت پر کم سگنل لائنیں ہیں، اور ایک بڑے رقبے والی تانبے کی فلم کو پاور لیئر کے ساتھ جوڑنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کے برعکس، اگر اجزاء بنیادی طور پر نیچے کی تہہ پر ترتیب دیے گئے ہیں، تو بورڈ بنانے کے لیے آپشن 2 کا استعمال کیا جانا چاہیے۔

اگر ایک پرتدار ڈھانچہ اپنایا جاتا ہے تو، پاور پرت اور زمینی تہہ پہلے سے ہی جوڑے جاتے ہیں۔ ہم آہنگی کی ضروریات کو مدنظر رکھتے ہوئے، اسکیم 1 کو عام طور پر اپنایا جاتا ہے۔

6-پرت بورڈ

4-پرت والے بورڈ کے پرتدار ڈھانچے کا تجزیہ مکمل کرنے کے بعد، مندرجہ ذیل میں 6-لیئر بورڈ کے امتزاج کی ایک مثال استعمال کی گئی ہے تاکہ 6-پرت والے بورڈ کے ترتیب اور امتزاج اور ترجیحی طریقہ کو واضح کیا جا سکے۔

(1) Siganl_1 (Top)، GND (Inner_1)، Siganl_2 (Inner_2) Siganl_3 (Inner_3) پاور (Inner_4) Siganl_4 (نیچے)۔

حل 1 4 سگنل لیئرز اور 2 اندرونی پاور/گراؤنڈ لیئرز کا استعمال کرتا ہے، زیادہ سگنل لیئرز کے ساتھ، جو اجزاء کے درمیان وائرنگ کے کام کے لیے سازگار ہے، لیکن اس حل کے نقائص بھی زیادہ واضح ہیں، جو درج ذیل دو پہلوؤں سے ظاہر ہوتے ہیں:

① پاور ہوائی جہاز اور زمینی طیارہ بہت دور ہیں، اور وہ کافی حد تک جوڑے نہیں ہیں۔

② سگنل کی تہہ Siganl_2 (Inner_2) اور Siganl_3 (Inner_3) براہ راست ملحقہ ہیں، اس لیے سگنل کی تنہائی اچھی نہیں ہے اور کراسسٹالک ہونا آسان ہے۔

(2) Siganl_1 (Top), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (نیچے)۔

اسکیم 2 اسکیم 1 کے مقابلے میں، پاور لیئر اور گراؤنڈ پلین مکمل طور پر جوڑے ہوئے ہیں، جس کے اسکیم 1 پر کچھ خاص فوائد ہیں، لیکن

Siganl_1 (Top) اور Siganl_2 (Inner_1) اور Siganl_3 (Inner_4) اور Siganl_4 (نیچے) سگنل کی تہیں براہ راست ایک دوسرے سے ملحق ہیں۔ سگنل کی تنہائی اچھی نہیں ہے، اور کراسسٹالک کا مسئلہ حل نہیں ہوا ہے۔

(3) Siganl_1 (Top)، GND (Inner_1)، Siganl_2 (Inner_2)، POWER (Inner_3) GND (اندرونی_4)، Siganl_3 (نیچے)۔

اسکیم 1 اور اسکیم 2 کے مقابلے میں، اسکیم 3 میں سگنل کی ایک کم اور ایک اندرونی برقی پرت ہے۔ اگرچہ وائرنگ کے لیے دستیاب تہوں کو کم کر دیا گیا ہے، لیکن یہ سکیم سکیم 1 اور سکیم 2 کے عام نقائص کو حل کرتی ہے۔

① پاور ہوائی جہاز اور زمینی جہاز مضبوطی سے جوڑے ہوئے ہیں۔

② ہر سگنل کی تہہ براہ راست اندرونی برقی تہہ سے متصل ہوتی ہے، اور دوسرے سگنل کی تہوں سے مؤثر طریقے سے الگ تھلگ ہوتی ہے، اور کراسسٹالک ہونا آسان نہیں ہوتا ہے۔

③ Siganl_2 (Inner_2) دو اندرونی برقی تہوں GND (Inner_1) اور POWER (Inner_3) سے ملحق ہے، جو تیز رفتار سگنلز کی ترسیل کے لیے استعمال کی جا سکتی ہیں۔ دو اندرونی برقی پرتیں بیرونی دنیا سے Siganl_2 (Inner_2) تہہ اور Siganl_2 (Inner_2) سے بیرونی دنیا میں مداخلت کو مؤثر طریقے سے بچا سکتی ہیں۔

تمام پہلوؤں میں، اسکیم 3 واضح طور پر سب سے زیادہ بہتر ہے۔ ایک ہی وقت میں، اسکیم 3 بھی 6 پرتوں والے بورڈز کے لیے عام طور پر استعمال ہونے والا پرتدار ڈھانچہ ہے۔ مندرجہ بالا دو مثالوں کے تجزیے کے ذریعے، میں سمجھتا ہوں کہ قاری کو جھرن کے ڈھانچے کی ایک خاص سمجھ ہے، لیکن بعض صورتوں میں، ایک مخصوص اسکیم تمام تقاضوں کو پورا نہیں کر سکتی، جس کے لیے ڈیزائن کے مختلف اصولوں کی ترجیح پر غور کرنے کی ضرورت ہے۔ بدقسمتی سے، اس حقیقت کی وجہ سے کہ سرکٹ بورڈ پرت کے ڈیزائن کا اصل سرکٹ کی خصوصیات سے گہرا تعلق ہے، مختلف سرکٹس کی مداخلت مخالف کارکردگی اور ڈیزائن کی توجہ مختلف ہوتی ہے، اس لیے درحقیقت ان اصولوں میں حوالہ کے لیے کوئی طے شدہ ترجیح نہیں ہے۔ لیکن جو بات یقینی ہے وہ یہ ہے کہ ڈیزائن کے اصول 2 (اندرونی طاقت کی تہہ اور زمینی تہہ کو مضبوطی سے جوڑا جانا چاہئے) کو ڈیزائن میں پہلے پورا کرنے کی ضرورت ہے، اور اگر سرکٹ میں تیز رفتار سگنل منتقل کرنے کی ضرورت ہے، تو ڈیزائن اصول 3۔ (سرکٹ میں تیز رفتار سگنل ٹرانسمیشن پرت) یہ سگنل انٹرمیڈیٹ پرت ہونا چاہئے اور دو اندرونی برقی تہوں کے درمیان سینڈویچ ہونا چاہئے) مطمئن ہونا چاہئے۔

10-پرت بورڈ

پی سی بی کا عام 10 پرت بورڈ ڈیزائن

وائرنگ کی عمومی ترتیب TOP–GND—سگنل لیئر—پاور لیئر—GND—سگنل لیئر—پاور لیئر—سگنل لیئر—GND—BOTTOM ہے

ضروری نہیں کہ وائرنگ کی ترتیب بذات خود طے ہو، لیکن اسے محدود کرنے کے لیے کچھ معیارات اور اصول موجود ہیں: مثال کے طور پر، اوپر کی تہہ اور نیچے کی تہہ کی ملحقہ تہہ واحد بورڈ کی EMC خصوصیات کو یقینی بنانے کے لیے GND کا استعمال کرتی ہے۔ مثال کے طور پر، ہر سگنل پرت ترجیحی طور پر GND پرت کو بطور حوالہ طیارہ استعمال کرتی ہے۔ پورے ایک بورڈ میں استعمال ہونے والی بجلی کی فراہمی ترجیحی طور پر تانبے کے پورے ٹکڑے پر رکھی جاتی ہے۔ حساس، تیز رفتار، اور چھلانگ کی اندرونی تہہ کے ساتھ جانے کو ترجیح دی جاتی ہے، وغیرہ۔