چھپی سرکٹ بورڈ مشکل مسائل اور حل

س: جیسا کہ پہلے سادہ مزاحموں کے بارے میں ذکر کیا گیا ہے ، کچھ مزاحم ہونے چاہئیں جن کی کارکردگی بالکل وہی ہے جس کی ہم توقع کرتے ہیں۔ تار کے ایک حصے کی مزاحمت کا کیا ہوتا ہے؟
ج: صورتحال مختلف ہے۔ ممکنہ طور پر آپ کسی پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ میں تار یا کنڈکٹیو بینڈ کا ذکر کر رہے ہیں جو تار کے طور پر کام کرتا ہے۔ چونکہ کمرے کے درجہ حرارت کے سپر کنڈکٹر ابھی دستیاب نہیں ہیں ، دھاتی تار کی کوئی بھی لمبائی کم مزاحم مزاحم (جو کہ ایک کیپسیٹر اور انڈکٹر کے طور پر بھی کام کرتی ہے) کے طور پر کام کرتی ہے ، اور سرکٹ پر اس کے اثرات پر غور کرنا ضروری ہے۔
2. سوال: چھوٹے سگنل سرکٹ میں بہت مختصر تانبے کی تار کی مزاحمت ضروری نہیں ہونی چاہیے؟
A: آئیے ایک 16 بٹ ADC پر غور کریں جس میں 5k an کی ان پٹ رکاوٹ ہے۔ فرض کریں کہ اے ڈی سی ان پٹ کی سگنل لائن ایک عام پرنٹ سرکٹ بورڈ (0.038 ملی میٹر موٹی ، 0.25 ملی میٹر چوڑی) پر مشتمل ہے جس کی لمبائی 10 سینٹی میٹر ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر اس کی مزاحمت تقریبا 0.18. 5 ہے ، جو 2K ω × 2 × 16-2 سے تھوڑی کم ہے اور مکمل ڈگری پر XNUMXLSB کی گین ایرر پیدا کرتی ہے۔
دلیل کے طور پر ، اس مسئلے کو کم کیا جا سکتا ہے ، جیسا کہ یہ پہلے ہی ہے ، پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کے کنڈکٹو بینڈ کو وسیع تر بنایا گیا ہے۔ اینالاگ سرکٹس میں ، عام طور پر وسیع تر بینڈ استعمال کرنا افضل ہوتا ہے ، لیکن بہت سے پی سی بی ڈیزائنرز (اور پی سی بی ڈیزائنرز) سگنل لائن لگانے کی سہولت کے لیے کم از کم بینڈ کی چوڑائی استعمال کرنے کو ترجیح دیتے ہیں۔ آخر میں ، یہ ضروری ہے کہ کوندکٹیو بینڈ کی مزاحمت کا حساب لگایا جائے اور تمام ممکنہ مسائل میں اس کے کردار کا تجزیہ کیا جائے۔
3. سوال: کیا بہت بڑی چوڑائی والے کنڈکٹیو بینڈ کی گنجائش اور پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کی پشت پر دھات کی پرت کے ساتھ کوئی مسئلہ ہے؟
A: یہ ایک چھوٹا سا سوال ہے۔ اگرچہ پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کے کنڈکٹیو بینڈ سے اہلیت اہم ہے (یہاں تک کہ کم فریکوئنسی سرکٹس کے لیے ، جو ہائی فریکوئنسی پرجیوی دوڑ پیدا کر سکتا ہے) ، اس کا اندازہ ہمیشہ پہلے ہونا چاہیے۔ اگر ایسا نہیں ہے تو ، یہاں تک کہ ایک وسیع کنڈکٹیو بینڈ جس میں ایک بڑی گنجائش بنتی ہے ، کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ اگر مسائل پیدا ہوتے ہیں تو زمینی طیارے کا ایک چھوٹا سا علاقہ زمین پر گنجائش کو کم کرنے کے لیے ہٹایا جا سکتا ہے۔
س: اس سوال کو ایک لمحے کے لیے چھوڑ دو! گرائونڈنگ ہوائی جہاز کیا ہے؟
A: اگر پرنٹڈ سرکٹ بورڈ (یا ملٹی لیئر پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کا پورا انٹرلیئر) کی پوری طرف کا تانبے کا ورق گراؤنڈنگ کے لیے استعمال ہوتا ہے ، تو اسی کو ہم گراؤنڈنگ ہوائی جہاز کہتے ہیں۔ کسی بھی زمینی تار کا بندوبست سب سے چھوٹی ممکنہ مزاحمت اور انڈکٹینس سے کیا جائے گا۔ اگر کوئی سسٹم ارتھنگ ہوائی جہاز استعمال کرتا ہے تو ، اس کے ارتھنگ شور سے متاثر ہونے کا امکان کم ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ ، گراؤنڈنگ ہوائی جہاز کو بچانے اور ٹھنڈا کرنے کا کام بھی ہے۔
س: یہاں ذکر کیا گیا گراؤنڈنگ طیارہ مینوفیکچررز کے لیے مشکل ہے ، ٹھیک ہے؟
A: 20 سال پہلے کچھ مسائل تھے۔ آج ، پرنٹڈ سرکٹ بورڈز میں بائنڈر ، سولڈر ریسسٹنس اور ویو سولڈرنگ ٹیکنالوجی کی بہتری کی وجہ سے ، گراؤنڈنگ ہوائی جہاز کی تیاری پرنٹڈ سرکٹ بورڈز کا معمول کا کام بن گئی ہے۔
س: آپ نے کہا کہ زمینی ہوائی جہاز کے استعمال سے کسی نظام کو زمینی شور کے سامنے لانے کا امکان بہت کم ہے۔ زمینی شور کے مسئلے کا کیا بچا ہے جسے حل نہیں کیا جا سکتا؟
A: گراؤنڈ شور سسٹم کے بنیادی سرکٹ میں زمینی ہوائی جہاز ہوتا ہے ، لیکن اس کی مزاحمت اور انڈکٹینس صفر نہیں ہوتے ہیں – اگر بیرونی کرنٹ سورس کافی مضبوط ہے تو یہ عین مطابق سگنلز کو متاثر کرے گا۔ پرنٹڈ سرکٹ بورڈز کو مناسب طریقے سے ترتیب دے کر اس مسئلے کو کم کیا جا سکتا ہے تاکہ ہائی کرنٹ ان علاقوں میں نہ آئے جو صحت سے متعلق سگنلز کے گراؤنڈنگ وولٹیج کو متاثر کرتے ہیں۔ بعض اوقات گراؤنڈ ہوائی جہاز میں ٹوٹنا یا چیرنا ایک بڑے گراؤنڈنگ کرنٹ کو حساس علاقے سے ہٹا سکتا ہے ، لیکن زمینی ہوائی جہاز کو زبردستی تبدیل کرنے سے سگنل کو حساس علاقے میں بھی موڑ دیا جا سکتا ہے ، اس لیے ایسی تکنیک کو احتیاط کے ساتھ استعمال کرنا چاہیے۔
سوال: میں کس طرح جانتا ہوں کہ گراؤنڈ ہوائی جہاز پر پیدا ہونے والی وولٹیج ڈراپ؟
A: عام طور پر وولٹیج ڈراپ کی پیمائش کی جا سکتی ہے ، لیکن بعض اوقات گراؤنڈنگ ہوائی جہاز میں مواد کی مزاحمت کی بنیاد پر حساب لگایا جا سکتا ہے (تانبے کے برائے نام 1 اونس کی مزاحمت 045m ω /□ ہوتی ہے) اور لمبائی کنڈکٹیو بینڈ جس سے کرنٹ گزرتا ہے ، حالانکہ حسابات پیچیدہ ہو سکتے ہیں۔ ڈی سی سے کم فریکوئینسی (50 کلو ہرٹز) کی حد میں وولٹیجز کو ایم پی 02 یا AD620 جیسے آلات امپلیفائرز سے ماپا جا سکتا ہے۔
یمپلیفائر گین 1000 پر سیٹ کیا گیا تھا اور 5mV/div کی حساسیت کے ساتھ آسکلوسکوپ سے منسلک تھا۔ یمپلیفائر اسی پاور سورس سے فراہم کیا جا سکتا ہے جیسا کہ سرکٹ انڈر ٹیسٹ ہے ، یا اس کے اپنے پاور سورس سے۔ تاہم ، اگر یمپلیفائر گراؤنڈ کو اس کے پاور بیس سے الگ کیا جاتا ہے تو ، آسکلوسکوپ کو استعمال شدہ پاور سرکٹ کے پاور بیس سے منسلک ہونا ضروری ہے۔
زمینی ہوائی جہاز پر کسی بھی دو پوائنٹس کے درمیان مزاحمت کو دو پوائنٹس میں پروب شامل کرکے ناپا جا سکتا ہے۔ یمپلیفائر گین اور آسکلوسکوپ حساسیت کا مجموعہ پیمائش کی حساسیت کو 5μV/div تک پہنچنے کے قابل بناتا ہے۔ یمپلیفائر سے شور آسکیلوسکوپ ویوفارم وکر کی چوڑائی میں تقریباμ 3μV تک اضافہ کرے گا ، لیکن پھر بھی تقریباμ 1μV کی ریزولوشن حاصل کرنا ممکن ہے – زیادہ تر زمینی شور کو 80 فیصد تک اعتماد کے لیے کافی ہے۔
سوال: مندرجہ بالا ٹیسٹ کے طریقہ کار کے بارے میں کیا نوٹ کرنا چاہیے؟
A: کوئی بھی باری باری مقناطیسی فیلڈ پروب لیڈ پر وولٹیج پیدا کرے گا ، جس کی جانچ پڑتال ایک دوسرے کو شارٹ سرکٹ کرکے (اور زمینی مزاحمت کے لیے موڑ کا راستہ فراہم کرکے) اور آسکیلوسکوپ ویوفارم کا مشاہدہ کرکے کی جاسکتی ہے۔ مشاہدہ شدہ AC ویوفارم انڈکشن کی وجہ سے ہے اور سیسے کی پوزیشن تبدیل کرکے یا مقناطیسی فیلڈ کو ختم کرنے کی کوشش کرکے اسے کم کیا جاسکتا ہے۔ اس کے علاوہ ، یہ یقینی بنانا ضروری ہے کہ یمپلیفائر کی گراؤنڈنگ سسٹم کی گراؤنڈنگ سے منسلک ہے۔ اگر یمپلیفائر کا یہ کنکشن ہے تو واپسی کا کوئی راستہ نہیں ہے اور یمپلیفائر کام نہیں کرے گا۔ گراؤنڈنگ کو یہ بھی یقینی بنانا چاہیے کہ استعمال شدہ گراؤنڈنگ طریقہ ٹیسٹ کے تحت سرکٹ کی موجودہ تقسیم میں مداخلت نہ کرے۔
س: ہائی فریکوئنسی گراؤنڈنگ شور کی پیمائش کیسے کریں؟
A: مناسب وائیڈ بینڈ انسٹرومینٹیشن یمپلیفائر کے ساتھ hf زمینی شور کی پیمائش کرنا مشکل ہے ، لہذا hf اور VHF غیر فعال تحقیقات مناسب ہیں۔ یہ ایک فیرائٹ مقناطیسی انگوٹی (6 ~ 8 ملی میٹر کا بیرونی قطر) پر مشتمل ہے جس میں 6 ~ 10 کے دو کنڈلے ہیں۔ ہائی فریکوئنسی آئسولیشن ٹرانسفارمر بنانے کے لیے ایک کنڈلی سپیکٹرم اینالائزر ان پٹ اور دوسری پروب سے منسلک ہوتی ہے۔
ٹیسٹ کا طریقہ کم فریکوئنسی کیس کی طرح ہے ، لیکن سپیکٹرم تجزیہ کار شور کی نمائندگی کے لیے طول و عرض فریکوئنسی خصوصیت والے منحنی خطوط کا استعمال کرتا ہے۔ ٹائم ڈومین پراپرٹیز کے برعکس ، شور کے ذرائع کو ان کی فریکوئنسی خصوصیات کی بنیاد پر آسانی سے ممتاز کیا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ ، سپیکٹرم تجزیہ کار کی حساسیت براڈ بینڈ آسکلوسکوپ سے کم از کم 60dB زیادہ ہے۔
س: تار کے لگانے کے بارے میں کیا خیال ہے؟
A: کنڈکٹرز اور پی سی بی کنڈکٹیو بینڈ کی شمولیت کو زیادہ تعدد پر نظر انداز نہیں کیا جا سکتا۔ ایک براہ راست تار اور ایک conductive بینڈ کی inductance کا حساب کرنے کے لئے ، دو تخمینہ یہاں متعارف کرایا جاتا ہے.
مثال کے طور پر ، 1 سینٹی میٹر لمبا اور 0.25 ملی میٹر چوڑا کنڈکٹیو بینڈ 10 این ایچ کا انڈکٹانس بنائے گا۔
کنڈکٹر انڈکٹنس = 0.0002LLN2LR-0.75 μH۔
مثال کے طور پر ، 1cm لمبی 0.5 ملی میٹر بیرونی قطر کی تار 7.26nh (2R = 0.5mm ، L = 1cm)
کنڈکٹیو بینڈ انڈکٹانس = 0.0002LLN2LW+H+0.2235W+HL+0.5μH
مثال کے طور پر ، 1 سینٹی میٹر چوڑا 0.25 ملی میٹر پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کنڈکٹیو بینڈ 9.59nh (H = 0.038mm ، W = 0.25mm ، L = 1cm) ہے۔
تاہم ، انڈیکٹو ری ایکشن عام طور پر پرجیوی بہاؤ اور کٹ انڈکٹیو سرکٹ کی حوصلہ افزائی والی وولٹیج سے بہت چھوٹا ہوتا ہے۔ لوپ ایریا کو کم سے کم کرنا چاہیے کیونکہ حوصلہ افزائی وولٹیج لوپ ایریا کے متناسب ہے۔ جب وائرنگ بٹی ہوئی جوڑی ہو تو یہ کرنا آسان ہے۔
پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز میں ، لیڈ اور واپسی کے راستے ایک دوسرے کے قریب ہونے چاہئیں۔ وائرنگ کی چھوٹی تبدیلیاں اکثر اثر کو کم کرتی ہیں ، ماخذ اے کم توانائی لوپ بی کے ساتھ مل کر دیکھیں۔
لوپ ایریا کو کم کرنا یا کپلنگ لوپس کے درمیان فاصلہ بڑھانا اثر کو کم کرے گا۔ لوپ ایریا کو عام طور پر کم سے کم کیا جاتا ہے اور جوڑے کے لوپس کے درمیان فاصلہ زیادہ سے زیادہ ہوتا ہے۔ کبھی کبھی مقناطیسی شیلڈنگ کی ضرورت ہوتی ہے ، لیکن یہ مہنگا ہوتا ہے اور میکانی ناکامی کا شکار ہوتا ہے ، لہذا اس سے بچیں۔
11. سوال: ایپلیکیشن انجینئرز کے سوال و جواب میں ، مربوط سرکٹس کے غیر مثالی رویے کا اکثر ذکر کیا جاتا ہے۔ سادہ اجزاء جیسے مزاحم استعمال کرنا آسان ہونا چاہیے۔ مثالی اجزاء کی قربت کی وضاحت کریں۔
A: میں صرف چاہتا ہوں کہ ایک ریزسٹر ایک مثالی ڈیوائس ہو ، لیکن ریزسٹر کی قیادت میں مختصر سلنڈر بالکل خالص ریزسٹر کی طرح کام کرتا ہے۔ اصل ریزسٹر میں خیالی مزاحمت کا جزو بھی ہوتا ہے – رد عمل کا جزو۔ زیادہ تر مزاحمت کرنے والوں کی مزاحمت کے ساتھ متوازی طور پر ایک چھوٹی سی گنجائش (عام طور پر 1 سے 3pF) ہوتی ہے۔ اگرچہ کچھ فلمی مزاحم ، ان کی مزاحمتی فلموں میں ہیلیکل نالی کاٹنا زیادہ تر دلکش ہوتا ہے ، ان کا دلکش رد عمل دسیوں یا سیکڑوں ناہین (این ایچ) ہوتا ہے۔ یقینا ، تار زخم کی مزاحمت عام طور پر کیپسیٹیو کے بجائے دلکش ہوتی ہے (کم از کم کم تعدد پر)۔ بہر حال ، تار زخم مزاحم کنڈلیوں سے بنے ہوتے ہیں ، لہذا تار کے زخموں کے خلاف مزاحمت کرنے والوں کے لیے کئی مائکرو ہیم (μH) یا دسیوں مائکرو ہیم ، یا نام نہاد “نان انڈکٹیو” تار زخم ریزسٹرس ہونا غیر معمولی بات نہیں ہے۔ (جہاں آدھے کنڈلی گھڑی کی سمت اور باقی آدھی گھڑی کی سمت میں ہوتے ہیں) تاکہ کنڈلی کے دو حصوں سے پیدا ہونے والی انڈکٹینس ایک دوسرے کو منسوخ کردے) 1 hasH یا اس سے زیادہ بقایا انڈکٹینس بھی ہے۔ تقریبا 10 کلو above سے زیادہ کی قیمت والے تار کے زخموں کے مزاحم کے لیے ، بقیہ مزاحم زیادہ تر ترغیب دینے کے بجائے کیپسیٹیو ہوتے ہیں ، اور گنجائش 10 پی ایف تک ہوتی ہے جو کہ معیاری پتلی فلم یا مصنوعی مزاحم سے زیادہ ہوتی ہے۔ مزاحموں پر مشتمل ہائی فریکوئینسی سرکٹس کو ڈیزائن کرتے وقت اس رد عمل پر غور کیا جانا چاہئے۔
س: لیکن آپ کے بیان کردہ بہت سے سرکٹس ڈی سی یا انتہائی کم تعدد پر درست پیمائش کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ آوارہ انڈیکٹرز اور آوارہ کیپسیٹرز ان ایپلی کیشنز میں غیر متعلقہ ہیں ، ٹھیک ہے؟
A: جی ہاں چونکہ ٹرانجسٹر (دونوں مجرد اور مربوط سرکٹس کے اندر) بہت وسیع بینڈ کی چوڑائی رکھتے ہیں ، بعض اوقات دوڑیں سینکڑوں یا ہزاروں میگا ہرٹز بینڈ میں ہو سکتی ہیں جب سرکٹ انڈکٹیو بوجھ کے ساتھ ختم ہوتی ہے۔ دوڑ سے وابستہ آفسیٹ اور اصلاحی اقدامات کم تعدد درستگی اور استحکام پر برے اثرات مرتب کرتے ہیں۔
اس سے بھی بدتر بات یہ ہے کہ دوڑیں آسکلوسکوپ پر نظر نہیں آتیں یا تو اس وجہ سے کہ آسکلوسکوپ کی بینڈوڈتھ بہت کم ہے جس کے مقابلے میں ہائی فریکوئینسی آسکیلیشنز کی بینڈوڈتھ ہے ، یا اس وجہ سے کہ آسکیلوسکوپ پروب کی چارج کی گنجائش دوولوں کو روکنے کے لیے کافی ہے۔ بہترین طریقہ یہ ہے کہ ایک وسیع بینڈ (اوپر 15GHz تک کم فریکوئنسی) سپیکٹرم تجزیہ کار استعمال کیا جائے تاکہ نظام کو پرجیوی گردش کے لیے چیک کیا جا سکے۔ یہ چیک اس وقت کیا جانا چاہئے جب ان پٹ پوری متحرک رینج میں مختلف ہو ، کیونکہ پرجیوی دوڑ کبھی کبھی ان پٹ بینڈ کی بہت تنگ رینج میں ہوتی ہے۔
سوال: کیا مزاحم کے بارے میں کوئی سوال ہے؟
A: ایک مزاحم کی مزاحمت طے نہیں ہے ، لیکن درجہ حرارت کے ساتھ مختلف ہوتی ہے۔ درجہ حرارت کی گنجائش (TC) چند PPM /° C (ملینواں فی ڈگری سیلسیس) سے کئی ہزار PPM /° C تک مختلف ہوتی ہے۔ سب سے زیادہ مستحکم مزاحم تار زخم یا دھاتی فلم مزاحم ہیں ، اور بدترین مصنوعی کاربن فلم مزاحم ہیں۔
بڑے درجہ حرارت کی گنجائش بعض اوقات کارآمد ہو سکتی ہے (a +3500ppm/ ° C ریزٹر کا استعمال جنکشن ڈائیڈ خصوصیت کے مساوات میں kT/ Q کی تلافی کے لیے کیا جا سکتا ہے ، جیسا کہ پہلے ایپلیکیشن انجینئرز کے لیے سوال و جواب میں ذکر کیا گیا ہے)۔ لیکن درجہ حرارت کے ساتھ عام مزاحمت میں صحت سے متعلق سرکٹس میں خرابی کا ذریعہ بن سکتا ہے۔
اگر سرکٹ کی درستگی مختلف درجہ حرارت کے گتانکوں کے ساتھ دو مزاحموں کے میچ پر منحصر ہے ، پھر چاہے ایک درجہ حرارت پر کتنا ہی اچھی طرح مماثل ہو ، یہ دوسرے سے مماثل نہیں ہوگا۔ یہاں تک کہ اگر دو مزاحموں کے درجہ حرارت کے گتانک مماثل ہوں ، اس بات کی کوئی گارنٹی نہیں ہے کہ وہ ایک ہی درجہ حرارت پر رہیں گے۔ اندرونی بجلی کی کھپت سے پیدا ہونے والی سیلف ہیٹ یا سسٹم میں ہیٹ سورس سے منتقل ہونے والی بیرونی گرمی درجہ حرارت میں مماثلت پیدا کر سکتی ہے جس کے نتیجے میں مزاحمت ہوتی ہے۔ یہاں تک کہ اعلی معیار کے تار زخم یا دھاتی فلم کے مزاحموں میں درجہ حرارت کی مماثلت سینکڑوں (یا ہزاروں) پی پی ایم / ہوسکتی ہے۔ اس کا واضح حل یہ ہے کہ دو مزاحموں کو استعمال کیا جائے تاکہ وہ دونوں ایک ہی میٹرکس کے بہت قریب ہوں ، تاکہ سسٹم کی درستگی ہر وقت اچھی طرح مماثل ہو۔ سبسٹریٹ سلیکن ویفرز ہوسکتی ہیں جو عین مطابق انٹیگریٹڈ سرکٹس ، گلاس ویفرز یا دھاتی فلموں کی تقلید کرتی ہیں۔ سبسٹریٹ سے قطع نظر ، دو مزاحمیں تیاری کے دوران اچھی طرح مماثل ہیں ، درجہ حرارت کے اچھی طرح سے مماثل ہیں ، اور تقریبا ایک ہی درجہ حرارت پر ہیں (کیونکہ وہ بہت قریب ہیں)۔