صنعتی ، سائنسی ، اور طبی ریڈیو فریکوئنسی (ISM-RF) مصنوعات کے متعدد اطلاق کے کیسز ظاہر کرتے ہیں کہ چھپی سرکٹ بورڈ ان مصنوعات کی ترتیب مختلف نقائص کا شکار ہے۔لوگ اکثر پاتے ہیں کہ ایک ہی آئی سی دو مختلف سرکٹ بورڈز پر نصب ہے ، کارکردگی کے اشارے نمایاں طور پر مختلف ہوں گے۔ Variations in operating conditions, harmonic radiation, anti-interference ability, and start-up time can explain the importance of circuit board layout in a successful design.

This article lists the various design omissions, discusses the causes of each failure, and provides suggestions on how to avoid these design defects. اس کاغذ میں ، fr-4 ڈائی الیکٹرک ، 0.0625in موٹائی ڈبل پرت پی سی بی ایک مثال کے طور پر ، سرکٹ بورڈ گراؤنڈنگ۔ Operating in different frequency bands between 315MHz and 915MHz, Tx and Rx power between -120dbm and +13dBm.

حوصلہ افزائی کی سمت

جب دو انڈکٹرس (یا یہاں تک کہ دو پی سی بی لائنیں) ایک دوسرے کے قریب ہوں تو باہمی انڈکٹینڈنس ہوگا۔ The magnetic field generated by the current in the first circuit excites the current in the second circuit (Figure 1). This process is similar to the interaction between the primary and secondary coils of a transformer. When two currents interact through a magnetic field, the voltage generated is determined by mutual inductance LM:

جہاں ، YB سرکٹ B میں داخل ہونے والی غلطی وولٹیج ہے ، IA سرکٹ A پر کام کرنے والا موجودہ 1 ہے۔ LM is very sensitive to circuit spacing, inductance loop area (i.e., magnetic flux), and loop direction. Therefore, the best balance between compact circuit layout and reduced coupling is the correct alignment of all inductors in the direction.

FIG. 1. It can be seen from magnetic field lines that mutual inductance is related to inductance alignment direction

The direction of circuit B is adjusted so that its current loop is parallel to the magnetic field line of circuit A. اس مقصد کے لیے ، ہر ممکن حد تک ایک دوسرے کے لیے ، براہ کرم لو پاور FSK superheterodyne Receiver Evaluation (EV) بورڈ (MAX7042EVKIT) (شکل 2) کے سرکٹ لے آؤٹ سے رجوع کریں۔ The three inductors on the board (L3, L1 and L2) are very close to each other, and their orientation at 0°, 45° and 90° helps to reduce mutual inductance.

شکل 2۔ دو مختلف پی سی بی لے آؤٹ دکھائے گئے ہیں ، جن میں سے ایک میں عناصر کو غلط سمت (L1 اور L3) میں ترتیب دیا گیا ہے ، جبکہ دوسرا زیادہ موزوں ہے۔

خلاصہ کرنے کے لیے ، درج ذیل اصولوں پر عمل کیا جانا چاہیے:

انڈکٹینس کا فاصلہ جہاں تک ممکن ہو ہونا چاہیے۔

انڈکٹرس کے درمیان کراس اسٹاک کو کم کرنے کے لیے دائیں زاویوں پر بندوبست کیا جاتا ہے۔

جوڑے کی قیادت کریں۔

جس طرح انڈیکٹرز کی واقفیت مقناطیسی جوڑے کو متاثر کرتی ہے ، اسی طرح جوڑے بھی ایک دوسرے کے بہت قریب ہوتے ہیں۔ اس قسم کی ترتیب کا مسئلہ بھی پیدا کرتا ہے جسے باہمی حس کہتے ہیں۔ آر ایف سرکٹ کے سب سے زیادہ پریشان کن مسائل میں سے ایک سسٹم کے حساس حصوں کی وائرنگ ہے ، جیسے ان پٹ میچنگ نیٹ ورک ، ریسیور کا گونج چینل ، ٹرانسمیٹر کا اینٹینا میچنگ نیٹ ورک وغیرہ۔

ریٹرن مقناطیسی میدان کو کم سے کم کرنے کے لیے واپسی کا موجودہ راستہ مرکزی موجودہ راستے کے قریب ہونا چاہیے۔ This arrangement helps to reduce the current loop area. ریٹرن کرنٹ کے لیے مثالی کم مزاحمت کا راستہ عام طور پر لیڈ کے نیچے زمینی علاقہ ہوتا ہے – لوپ ایریا کو مؤثر طریقے سے اس علاقے تک محدود کرنا جہاں ڈائی الیکٹرک کی موٹائی لیڈ کی لمبائی سے ضرب ہو۔ تاہم ، اگر زمینی علاقہ تقسیم ہو جائے تو لوپ ایریا بڑھ جاتا ہے (شکل 3)۔ For leads passing through the split region, the return current will be forced through the high resistance path, greatly increasing the current loop area. This arrangement also makes circuit leads more susceptible to mutual inductance.

شکل 3. مکمل بڑے ایریا گراؤنڈنگ سسٹم کی کارکردگی کو بہتر بنانے میں مدد کرتا ہے۔

اصل انڈکٹر کے لیے ، لیڈ سمت کا مقناطیسی میدان کے جوڑے پر بھی نمایاں اثر پڑتا ہے۔ اگر حساس سرکٹ کی لیڈز ایک دوسرے کے قریب ہونی چاہئیں تو ، جوڑے کو کم کرنے کے لیے عمودی طور پر لیڈز کو سیدھا کرنا بہتر ہے (شکل 4)۔ If vertical alignment is not possible, consider using a guard line. پروٹیکشن وائر ڈیزائن کے لیے ، براہ کرم نیچے گراؤنڈنگ اور فلنگ ٹریٹمنٹ سیکشن سے رجوع کریں۔

Figure 4. Similar to Figure 1, shows the possible coupling of magnetic field lines.

To sum up, the following principles should be followed when the plate is distributed:

Complete grounding should be ensured below the lead.

Sensitive leads should be arranged vertically.

If the leads must be arranged in parallel, ensure adequate spacing or use guard wires.

Grounding via

آر ایف سرکٹ لے آؤٹ کے ساتھ اہم مسئلہ عام طور پر سرکٹ کی suboptimal خصوصیت والی رکاوٹ ہے ، جس میں سرکٹ کے اجزاء اور ان کے باہمی رابطے شامل ہیں۔ پتلی تانبے کی کوٹنگ والی سیسہ انڈکٹانس تار کے برابر ہے اور آس پاس کے دیگر لیڈز کے ساتھ تقسیم شدہ گنجائش بناتی ہے۔ سیسہ سوراخ سے گزرتے ہوئے انڈیکٹنس اور گنجائش کی خصوصیات کو بھی ظاہر کرتا ہے۔

The through-hole capacitance mainly comes from the capacitance formed between the copper cladding on the side of the through-hole pad and the copper cladding on the ground, separated by a fairly small ring. Another influence comes from the cylinder of the metal perforation itself. پرجیوی اہلیت کا اثر عام طور پر چھوٹا ہوتا ہے اور عام طور پر صرف تیز رفتار ڈیجیٹل سگنلز میں کنارے کی تبدیلی کا سبب بنتا ہے (جس پر اس مقالے میں بحث نہیں کی گئی ہے)۔

تھرو ہول کا سب سے بڑا اثر پرجیوی انڈکٹنس ہے جو متعلقہ باہمی ربط کی وجہ سے ہوتا ہے۔ Because most metal perforations in RF PCB designs are the same size as lumped components, the effect of electrical perforations can be estimated using a simple formula (FIG. 5) :

Where, LVIA is lumped inductance through hole; H is the height of the throughhole, in inches; D تھرو ہول کا قطر ہے ، انچ 2 میں۔

پرنٹ بورڈز کی پی سی بی ترتیب میں مختلف نقائص سے کیسے بچا جائے۔

FIG. 5. PCB cross section used to estimate parasitic effects on through-hole structures

The parasitic inductance often has a great influence on the connection of bypass capacitors. مثالی بائی پاس کیپسیٹرز سپلائی زون اور فارمیشن کے درمیان ہائی فریکوئنسی شارٹ سرکٹ مہیا کرتے ہیں ، لیکن غیر مثالی تھرو ہولس فارمیشن اور سپلائی زون کے درمیان کم حساسیت والے راستے کو متاثر کرسکتے ہیں۔ A typical PCB through hole (d = 10 mil, h = 62.5 mil) is approximately equivalent to a 1.34nH inductor. ISM-RF پروڈکٹ کی مخصوص آپریٹنگ فریکوئنسی کو دیکھتے ہوئے ، تھرو ہولز حساس سرکٹس جیسے گونج چینل سرکٹس ، فلٹرز اور مماثل نیٹ ورکس پر منفی اثر ڈال سکتے ہیں۔

دیگر مسائل پیدا ہوتے ہیں اگر حساس سرکٹس سوراخ بانٹتے ہیں ، جیسے arms قسم کے نیٹ ورک کے دو بازو۔ مثال کے طور پر ، ایک مثالی سوراخ کو لپڈ انڈکٹنس کے برابر رکھ کر ، مساوی منصوبہ بندی اصل سرکٹ ڈیزائن (تصویر 6) سے بالکل مختلف ہے۔ As with crosstalk of common current path 3, resulting in increased mutual inductance, increased crosstalk and feed-through.

How to avoid PCB design problems

شکل 6. مثالی بمقابلہ غیر مثالی فن تعمیر ، سرکٹ میں ممکنہ “سگنل راستے” ہیں۔

To sum up, circuit layout should follow the following principles:

Ensure modeling of through-hole inductance in sensitive areas.

The filter or matching network uses independent through-holes.

Note that a thinner PCB copper-clad will reduce the effect of parasitic inductance through the hole.

سیسہ کی لمبائی۔

میکسم ISM-RF پروڈکٹ ڈیٹا اکثر کم سے کم ممکنہ ہائی فریکوئنسی ان پٹ اور آؤٹ پٹ استعمال کرنے کی سفارش کرتا ہے تاکہ نقصانات اور تابکاری کو کم کیا جاسکے۔ دوسری طرف ، اس طرح کے نقصانات عام طور پر غیر مثالی پرجیوی پیرامیٹرز کی وجہ سے ہوتے ہیں ، لہذا پرجیوی انڈکٹانس اور کیپسیٹینس دونوں سرکٹ لے آؤٹ کو متاثر کرتے ہیں ، اور کم سے کم ممکنہ لیڈ کا استعمال پرجیوی پیرامیٹرز کو کم کرنے میں مدد کرتا ہے۔ Typically, a 10 mil wide PCB lead with a distance of 0.0625in… From a FR4 board produces an inductance of approximately 19nH/in and a distributed capacitance of approximately 1pF/in. 20nH انڈکٹر اور 3pF کیپسیٹر کے ساتھ LAN/ مکسر سرکٹ کے لیے ، جب سرکٹ اور جزو کی ترتیب بہت کمپیکٹ ہو تو مؤثر جزو کی قیمت بہت متاثر ہوگی۔

Ipc-d-317a4 in ‘Institute for Printed Circuits’ provides an industry standard equation for estimating various impedance parameters of microstrip PCB. اس دستاویز کو 2003 میں IPC-2251 5 نے تبدیل کیا ، جو مختلف PCB لیڈز کے لیے زیادہ درست حساب کتاب کا طریقہ فراہم کرتا ہے۔ Online calculators are available from a variety of sources, most of which are based on equations provided by IPC-2251. The Electromagnetic Compatibility Lab at Missouri Institute of Technology provides a very practical method for calculating PCB lead impedance 6.

The accepted criteria for calculating the impedance of microstrip lines are:

فارمولے میں ، εr ڈائی الیکٹرک کا ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ ہے ، h سٹرٹم سے لیڈ کی اونچائی ہے ، W لیڈ کی چوڑائی ہے ، اور T لیڈ موٹائی ہے (انجیر 7)۔ جب w/h 0.1 اور 2.0 کے درمیان ہوتا ہے اور εr 1 اور 15 کے درمیان ہوتا ہے ، اس فارمولے کے حساب کے نتائج کافی درست ہوتے ہیں۔

Figure 7. This figure is a PCB cross section (similar to Figure 5) and represents the structure used to calculate the impedance of a microstrip line.

In order to evaluate the effect of lead length, it is more practical to determine the detuning effect of ideal circuit by lead parasitical parameters. اس مثال میں ، ہم بھٹکے ہوئے اہلیت اور اضافے پر تبادلہ خیال کرتے ہیں۔ The standard equation of characteristic capacitance for microstrip lines is:

اسی طرح ، خصوصیت کے اضافے کا حساب مندرجہ بالا مساوات کے ذریعے مساوات سے لگایا جاسکتا ہے:

مثال کے طور پر ، 0.0625in کی پی سی بی کی موٹائی فرض کریں۔ (h = 62.5 mil) ، 1 اونس تانبے سے لیپت لیڈ (t = 1.35 mil) ، 0.01in۔ (w = 10 mil) ، اور ایک FR-4 بورڈ۔ نوٹ کریں کہ FR-4 کا ε R عام طور پر 4.35 farad/m (F/m) ہے ، لیکن 4.0F/m سے 4.7F/m تک ہوسکتا ہے۔ اس مثال میں شمار کیے گئے ایجین ویلیوز ہیں Z0 = 134 ω ، C0 = 1.04pF/in ، L0 = 18.7nH/in۔

ایک ISM-RF ڈیزائن کے لیے ، بورڈ پر لیڈز کی 12.7mm (0.5in) لے آؤٹ لمبائی تقریبا 0.5pF اور 9.3nH (شکل 8) کے پرجیوی پیرامیٹرز پیدا کر سکتی ہے۔ اس سطح پر پرجیوی پیرامیٹرز کا اثر رسیور کے گونج چینل پر (ایل سی پروڈکٹ کی مختلف حالت) 315MHz ± 2 or یا 433.92mhz ± 3.5٪ تغیر کا نتیجہ ہو سکتا ہے۔ سیسہ کے پرجیوی اثر کی وجہ سے اضافی گنجائش اور انڈکٹینس کی وجہ سے ، 315 میگاہرٹز کی اولیشن فریکوئنسی کی چوٹی 312.17 میگاہرٹز تک پہنچ جاتی ہے ، اور 433.92 میگا ہرٹز کی فریکوئنسی کی چوٹی 426.6 میگاہرٹز تک پہنچ جاتی ہے۔

Another example is the resonant channel of Maxim’s superheterodyne receiver (MAX7042). The recommended components are 1.2pF and 30nH at 315MHz; At 433.92MHz, it is 0pF and 16nH. مساوات کا استعمال کرتے ہوئے گونج سرکٹ کی دوڑ تعدد کا حساب لگائیں:

پلیٹ کے گونج دار سرکٹ کی تشخیص میں پیکیج اور لے آؤٹ کے پرجیوی اثرات شامل ہونے چاہئیں ، اور 7.3MHz گونج والی تعدد کا حساب لگاتے وقت پرجیوی پیرامیٹرز بالترتیب 7.5PF اور 315PF ہیں۔ نوٹ کریں کہ LC پروڈکٹ lumped capacitance کی نمائندگی کرتا ہے۔

خلاصہ کرنے کے لیے ، درج ذیل اصولوں پر عمل کیا جانا چاہیے:

لیڈ کو جتنا ممکن ہو مختصر رکھیں۔

کلیدی سرکٹس کو جتنا ممکن ہو آلہ کے قریب رکھیں۔

کلیدی اجزاء کو حقیقی ترتیب پرجیوی ازم کے مطابق معاوضہ دیا جاتا ہے۔

گراؤنڈنگ اور فلنگ ٹریٹمنٹ۔

The grounding or power layer defines a common reference voltage that supplies power to all parts of the system through a low resistance path. اس طرح تمام برقی شعبوں کو برابر کرنے سے بچانے کا ایک اچھا طریقہ کار پیدا ہوتا ہے۔

براہ راست کرنٹ ہمیشہ کم مزاحمت کے راستے پر بہتا ہے۔ اسی طرح ، ہائی فریکوئنسی کرنٹ ترجیحی طور پر سب سے کم مزاحمت والے راستے سے بہتا ہے۔ So, for a standard PCB microstrip line above the formation, the return current tries to flow into the ground region directly below the lead. As described in the lead coupling section above, the cut ground area introduces various noises that increase crosstalk either through magnetic field coupling or by converging currents (Figure 9).

پرنٹ بورڈز کی پی سی بی ترتیب میں مختلف نقائص سے کیسے بچا جائے۔

FIG. 9. Keep the formation intact as much as possible, otherwise the return current will cause crosstalk.

Filled ground, also known as guard lines, is commonly used in circuits where continuous grounding is difficult to lay or where shielding sensitive circuits is required (FIG. 10). The shielding effect can be increased by placing grounding holes (i.e. hole arrays) at both ends of the lead or along the lead. 8. واپسی کا راستہ فراہم کرنے کے لیے ڈیزائن کی گئی سیسہ کے ساتھ گارڈ تار کو نہ ملائیں۔ یہ انتظام کراس اسٹاک متعارف کروا سکتا ہے۔

پرنٹ بورڈز کی پی سی بی ترتیب میں مختلف نقائص سے کیسے بچا جائے۔

انجیر. 10. آر ایف سسٹم ڈیزائن کو تیرتے ہوئے تانبے سے لیس تاروں سے بچنا چاہیے ، خاص طور پر اگر تانبے کی چادر کی ضرورت ہو۔

تانبے سے ڈھکا ہوا علاقہ (تیرتا) نہیں ہے یا صرف ایک سرے پر گراؤنڈ ہے ، جو اس کی تاثیر کو محدود کرتا ہے۔ In some cases, it can cause unwanted effects by forming parasitic capacitance that changes the impedance of the surrounding wiring or creates a “latent” path between circuits. مختصر طور پر ، اگر تانبے کی کلاڈنگ (نان سرکٹ سگنل وائرنگ) کا ایک ٹکڑا سرکٹ بورڈ پر رکھا جاتا ہے تاکہ چڑھانے کی مستقل موٹائی کو یقینی بنایا جاسکے۔ تانبے پہنے علاقوں سے بچنا چاہیے کیونکہ وہ سرکٹ ڈیزائن کو متاثر کرتے ہیں۔

آخر میں ، اینٹینا کے قریب کسی بھی زمینی علاقے کے اثرات پر غور کرنا یقینی بنائیں۔ کسی بھی مونوپول اینٹینا میں زمینی علاقہ ، وائرنگ اور سوراخ سسٹم کے توازن کے حصے کے طور پر ہوں گے ، اور غیر مثالی توازن وائرنگ تابکاری کی کارکردگی اور اینٹینا (تابکاری ٹیمپلیٹ) کی سمت کو متاثر کرے گی۔ Therefore, the ground area should not be placed directly below the monopole PCB lead antenna.

خلاصہ کرنے کے لیے ، درج ذیل اصولوں پر عمل کیا جانا چاہیے:

جہاں تک ممکن ہو مسلسل اور کم مزاحمت والے گراؤنڈنگ زون فراہم کریں۔

بھرنے والی لائن کے دونوں سرے گراؤنڈ ہیں ، اور جہاں تک ممکن ہو ایک سوراخ والی صف استعمال کی جاتی ہے۔

آر ایف سرکٹ کے نزدیک تانبے سے لیس تار نہ لگائیں ، آر ایف سرکٹ کے ارد گرد تانبا نہ بچھائیں۔

اگر سرکٹ بورڈ ایک سے زیادہ تہوں پر مشتمل ہے ، تو بہتر ہے کہ سوراخ کے ذریعے زمین بچھائی جائے جب سگنل کیبل ایک طرف سے دوسری طرف جائے۔

ضرورت سے زیادہ کرسٹل گنجائش۔

Parasitic capacitance will cause the crystal frequency to deviate from the target value 9. لہذا ، کرسٹل پنوں ، پیڈوں ، تاروں ، یا آریف آلات کے کنکشن کے آوارہ گنجائش کو کم کرنے کے لیے کچھ عمومی ہدایات پر عمل کیا جانا چاہیے۔

مندرجہ ذیل اصولوں پر عمل کرنا چاہئے:

کرسٹل اور آر ایف ڈیوائس کے درمیان رابطہ ہر ممکن حد تک مختصر ہونا چاہیے۔

جہاں تک ممکن ہو ایک دوسرے سے وائرنگ رکھیں۔

اگر شنٹ پرجیوی اہلیت بہت بڑی ہے تو ، کرسٹل کے نیچے گراؤنڈنگ ریجن کو ہٹا دیں۔

پلانر وائرنگ انڈکٹینس

Planar wiring or PCB spiral inductors are not recommended. Typical PCB manufacturing processes have certain inaccuracies, such as width and space tolerances, which greatly affect the accuracy of component values. لہذا ، زیادہ تر کنٹرولڈ اور ہائی Q انڈیکٹرز زخم کی قسم ہیں۔ دوم ، آپ ملٹی لیئر سیرامک ​​انڈکٹر کا انتخاب کرسکتے ہیں ، ملٹی لیئر چپ کیپسیٹر مینوفیکچررز بھی یہ پروڈکٹ فراہم کرتے ہیں۔ بہر حال ، کچھ ڈیزائنرز جب چاہتے ہیں تو سرپل انڈیکٹرز کا انتخاب کرتے ہیں۔ The standard formula for calculating planar spiral inductance is usually Wheeler’s formula 10:

جہاں ، کنڈلی کا اوسط رداس ، انچ میں ہے N موڑ کی تعداد ہے C کنڈلی کور (روٹر رنر) کی چوڑائی ، انچ میں ہے۔ جب کنڈلی c “0.2a 11، حساب کے طریقہ کار کی درستگی 5٪ کے اندر ہے۔

مربع ، مسدس ، یا دیگر اشکال کے سنگل لیئر سرپل انڈکٹر استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ انٹیگریٹڈ سرکٹ ویفرز پر پلانر انڈکٹینس کو ماڈل بنانے کے لیے بہت اچھے اندازے مل سکتے ہیں۔ اس مقصد کو حاصل کرنے کے لیے ، معیاری وہیلر فارمولے میں ترمیم کی گئی ہے تاکہ چھوٹے سائز اور مربع سائز 12 کے لیے موزوں ہوائی جہاز کی تخفیف کا اندازہ حاصل کیا جا سکے۔

کہاں ، the بھرنے کا تناسب ہے: N موڑ کی تعداد ہے ، اور dAVG اوسط قطر ہے:. مربع ہیلی کاپٹروں کے لیے ، K1 = 2.36 ، K2 = 2.75۔

اس قسم کے انڈیکٹر کے استعمال سے بچنے کی بہت سی وجوہات ہیں ، جو عام طور پر خلائی حدود کی وجہ سے انڈکٹینس کی اقدار کو کم کرتی ہیں۔ The main reasons for avoiding planar inductors are limited geometry and poor control of critical dimensions, which makes it impossible to predict inductor values. اس کے علاوہ ، پی سی بی کی پیداوار کے دوران اصل انڈکٹینس ویلیوز کو کنٹرول کرنا مشکل ہوتا ہے ، اور انڈکٹینس سرکٹ کے دوسرے حصوں میں بھی شور مچاتا ہے۔