پی سی بی مخلوط سگنل سرکٹ کا ڈیزائن بہت پیچیدہ ہے۔ اجزاء کی ترتیب اور وائرنگ اور بجلی کی فراہمی اور زمینی تار کی پروسیسنگ سرکٹ کی کارکردگی اور برقی مقناطیسی مطابقت کی کارکردگی کو براہ راست متاثر کرے گی۔ اس مقالے میں متعارف کرائے گئے گراؤنڈ اور پاور سپلائی کا پارٹیشن ڈیزائن مخلوط سگنل سرکٹس کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتا ہے۔

ڈیجیٹل اور اینالاگ سگنلز کے درمیان مداخلت کو کیسے کم کیا جائے؟ ڈیزائن سے پہلے برقی مقناطیسی مطابقت (EMC) کے دو بنیادی اصولوں کو سمجھنا ضروری ہے: پہلا اصول موجودہ لوپ کے رقبے کو کم سے کم کرنا ہے۔ دوسرا اصول یہ ہے کہ نظام صرف ایک حوالہ طیارہ استعمال کرتا ہے۔ اس کے برعکس، اگر نظام میں دو حوالہ جات ہیں، تو ڈوپول اینٹینا بنانا ممکن ہے (نوٹ: چھوٹے ڈوپول اینٹینا کی تابکاری لائن کی لمبائی، کرنٹ کے بہنے کی مقدار اور تعدد کے متناسب ہے)۔ اگر سگنل سب سے چھوٹے ممکنہ لوپ کے ذریعے واپس نہیں آتا ہے، تو ایک بڑا سرکلر اینٹینا بن سکتا ہے۔ جہاں تک ممکن ہو اپنے ڈیزائن میں دونوں سے پرہیز کریں۔

ڈیجیٹل گراؤنڈ اور اینالاگ گراؤنڈ کو مکسڈ سگنل سرکٹ بورڈ پر الگ کرنے کی تجویز دی گئی ہے تاکہ ڈیجیٹل گراؤنڈ اور اینالاگ گراؤنڈ کے درمیان تنہائی حاصل کی جا سکے۔ اگرچہ یہ نقطہ نظر ممکن ہے، اس میں بہت سے ممکنہ مسائل ہیں، خاص طور پر بڑے اور پیچیدہ نظاموں میں۔ سب سے اہم مسئلہ پارٹیشن گیپ وائرنگ کو عبور نہ کرنا ہے، ایک بار پارٹیشن گیپ وائرنگ کو عبور کرنے سے برقی مقناطیسی تابکاری اور سگنل کراسسٹالک ڈرامائی طور پر بڑھ جائے گا۔ پی سی بی ڈیزائن میں سب سے عام مسئلہ EMI کا مسئلہ ہے جو سگنل لائن کراس کرنے یا بجلی کی فراہمی کی وجہ سے ہوتا ہے۔

جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے، ہم اوپر سیگمنٹیشن کا طریقہ استعمال کرتے ہیں، اور سگنل لائن دو گراؤنڈ کے درمیان خلا کو پھیلاتی ہے، سگنل کرنٹ کی واپسی کا راستہ کیا ہے؟ فرض کریں کہ دو تقسیم شدہ زمینیں کسی مقام پر جڑی ہوئی ہیں (عام طور پر ایک نقطہ پر ایک ہی نقطہ)، اس صورت میں زمین کا کرنٹ ایک بڑا لوپ بنائے گا۔ بڑے لوپ سے بہتا ہوا ہائی فریکوئنسی کرنٹ تابکاری اور ہائی گراؤنڈ انڈکٹنس پیدا کرے گا۔ اگر بڑے لوپ کے ذریعے بہنے والے نچلے درجے کے اینالاگ کرنٹ کو بیرونی سگنلز کے ذریعے مداخلت کرنا آسان ہے۔ سب سے بری بات یہ ہے کہ جب حصے پاور سورس پر آپس میں جڑے ہوتے ہیں تو ایک بہت بڑا کرنٹ لوپ بنتا ہے۔ اس کے علاوہ، ینالاگ اور ڈیجیٹل گراؤنڈ ایک لمبی تار سے جڑے ہوئے ایک ڈوپول اینٹینا بناتے ہیں۔

زمین پر موجودہ بیک فلو کے راستے اور موڈ کو سمجھنا مکسڈ سگنل سرکٹ بورڈ ڈیزائن کو بہتر بنانے کی کلید ہے۔ بہت سے ڈیزائن انجینئر کرنٹ کے مخصوص راستے کو نظر انداز کرتے ہوئے صرف اس بات پر غور کرتے ہیں کہ سگنل کرنٹ کہاں سے بہتا ہے۔ اگر زمینی پرت کو تقسیم کرنا ضروری ہے اور اسے پارٹیشنز کے درمیان خلا سے روٹ کرنا ضروری ہے، تو تقسیم شدہ زمین کے درمیان ایک نقطہ کنکشن بنایا جا سکتا ہے تاکہ دو زمینی تہوں کے درمیان کنکشن پل بنایا جا سکے اور پھر کنکشن پل کے ذریعے روٹ کیا جا سکے۔ اس طرح، ہر سگنل لائن کے نیچے ایک براہ راست کرنٹ بیک فلو راستہ فراہم کیا جا سکتا ہے، جس کے نتیجے میں ایک چھوٹا لوپ ایریا ہوتا ہے۔

آپٹیکل آئسولیشن ڈیوائسز یا ٹرانسفارمرز کو سیگمنٹیشن گیپ کو عبور کرنے والے سگنل کا احساس کرنے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ پہلے کے لیے، یہ آپٹیکل سگنل ہے جو سیگمنٹیشن گیپ کو پھیلاتا ہے۔ ٹرانسفارمر کے معاملے میں، یہ مقناطیسی میدان ہے جو تقسیم کے فرق کو پھیلاتا ہے۔ تفریق سگنل بھی ممکن ہیں: سگنل ایک لائن سے آتے ہیں اور دوسری سے واپس آتے ہیں، ایسی صورت میں وہ غیر ضروری طور پر بیک فلو راستوں کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔

اینالاگ سگنل میں ڈیجیٹل سگنل کی مداخلت کو دریافت کرنے کے لیے، ہمیں پہلے ہائی فریکوئنسی کرنٹ کی خصوصیات کو سمجھنا چاہیے۔ ہائی فریکوئنسی کرنٹ ہمیشہ سگنل کے نیچے سب سے کم مائبادا (انڈکٹنس) کے ساتھ راستے کا انتخاب کرتا ہے، اس لیے ریٹرن کرنٹ ملحقہ سرکٹ پرت سے گزرے گا، قطع نظر اس سے کہ ملحقہ پرت پاور سپلائی کی پرت ہو یا زمینی تہہ۔

عملی طور پر، عام طور پر یکساں پی سی بی تقسیم کو اینالاگ اور ڈیجیٹل حصوں میں استعمال کرنے کو ترجیح دی جاتی ہے۔ ینالاگ سگنلز بورڈ کی تمام تہوں کے ینالاگ ریجن میں روٹ کیے جاتے ہیں، جبکہ ڈیجیٹل سگنلز کو ڈیجیٹل سرکٹ ریجن میں روٹ کیا جاتا ہے۔ اس صورت میں، ڈیجیٹل سگنل ریٹرن کرنٹ ینالاگ سگنل کی زمین میں نہیں جاتا ہے۔

ڈیجیٹل سگنلز سے اینالاگ سگنلز میں مداخلت صرف اس وقت ہوتی ہے جب ڈیجیٹل سگنلز کو روٹ کیا جاتا ہے یا ینالاگ سگنل سرکٹ بورڈ کے ڈیجیٹل حصوں پر روٹ کیے جاتے ہیں۔ یہ مسئلہ سیگمنٹیشن کی کمی کی وجہ سے نہیں ہے، اصل وجہ ڈیجیٹل سگنلز کی غلط وائرنگ ہے۔

پی سی بی ڈیزائن متحد، ڈیجیٹل سرکٹ اور اینالاگ سرکٹ پارٹیشن اور مناسب سگنل وائرنگ کے ذریعے استعمال کرتا ہے، عام طور پر کچھ زیادہ مشکل ترتیب اور وائرنگ کے مسائل کو حل کر سکتا ہے، لیکن زمینی تقسیم کی وجہ سے ہونے والی کچھ ممکنہ پریشانی بھی نہیں ہوتی ہے۔ اس صورت میں، اجزاء کی ترتیب اور تقسیم ڈیزائن کے معیار کا تعین کرنے میں اہم ہو جاتی ہے۔ اگر صحیح طریقے سے ترتیب دیا جائے تو، ڈیجیٹل گراؤنڈ کرنٹ بورڈ کے ڈیجیٹل حصے تک محدود رہے گا اور اینالاگ سگنل میں مداخلت نہیں کرے گا۔ اس طرح کی وائرنگ کو احتیاط سے چیک کیا جانا چاہیے تاکہ وائرنگ کے قوانین کی 100% تعمیل کو یقینی بنایا جا سکے۔ دوسری صورت میں، ایک غلط سگنل لائن ایک بہت اچھے سرکٹ بورڈ کو مکمل طور پر تباہ کر دے گی۔

A/D کنورٹرز کے ینالاگ اور ڈیجیٹل گراؤنڈ پن کو ایک ساتھ جوڑنے پر، زیادہ تر A/D کنورٹر مینوفیکچررز AGND اور DGND پنوں کو مختصر ترین لیڈز کا استعمال کرتے ہوئے ایک ہی کم رکاوٹ والی زمین سے جوڑنے کی تجویز کرتے ہیں (نوٹ: چونکہ زیادہ تر A/D کنورٹر چپس ینالاگ اور ڈیجیٹل گراؤنڈ کو اندرونی طور پر ایک ساتھ نہیں جوڑتے ہیں، اس لیے اینالاگ اور ڈیجیٹل گراؤنڈ کو بیرونی پنوں کے ذریعے جوڑا جانا چاہیے)، DGND سے منسلک کوئی بھی بیرونی رکاوٹ پرجیوی کے ذریعے IC کے اندر موجود اینالاگ سرکٹ میں مزید ڈیجیٹل شور کو جوڑ دے گی۔ اہلیت اس سفارش کے بعد، A/D کنورٹر AGND اور DGND پن دونوں کو ینالاگ گراؤنڈ سے منسلک کرنے کی ضرورت ہے، لیکن یہ نقطہ نظر سوال اٹھاتا ہے جیسے کہ ڈیجیٹل سگنل ڈیکپلنگ کیپسیٹر کا گراؤنڈ اینڈ اینالاگ یا ڈیجیٹل گراؤنڈ سے منسلک ہونا چاہیے۔

اگر سسٹم میں صرف ایک A/D کنورٹر ہے، تو مندرجہ بالا مسئلہ آسانی سے حل کیا جا سکتا ہے۔ جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے، زمین تقسیم ہے اور اینالاگ اور ڈیجیٹل گراؤنڈ سیکشن A/D کنورٹر کے نیچے ایک ساتھ جڑے ہوئے ہیں۔ جب یہ طریقہ اپنایا جاتا ہے، تو اس بات کو یقینی بنانا ضروری ہے کہ دونوں جگہوں کے درمیان پل کی چوڑائی IC کی چوڑائی کے برابر ہو، اور یہ کہ کوئی سگنل لائن پارٹیشن گیپ کو عبور نہ کر سکے۔

اگر سسٹم میں بہت سے A/D کنورٹرز ہیں، مثال کے طور پر، 10 A/D کنورٹرز کیسے جڑیں؟ اگر ینالاگ اور ڈیجیٹل گراؤنڈ ہر A/D کنورٹر کے تحت جڑے ہوئے ہیں، تو ایک ملٹی پوائنٹ کنکشن کا نتیجہ ہوگا، اور ینالاگ اور ڈیجیٹل گراؤنڈ کے درمیان تنہائی بے معنی ہوگی۔ اگر آپ ایسا نہیں کرتے ہیں، تو آپ کارخانہ دار کی ضروریات کی خلاف ورزی کرتے ہیں۔

یونیفارم کے ساتھ شروع کرنے کا بہترین طریقہ ہے۔ جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے، زمین کو یکساں طور پر اینالاگ اور ڈیجیٹل حصوں میں تقسیم کیا گیا ہے۔ یہ لے آؤٹ نہ صرف اینالاگ اور ڈیجیٹل گراؤنڈ پنوں کے کم رکاوٹ کنکشن کے لیے آئی سی ڈیوائس مینوفیکچررز کی ضروریات کو پورا کرتا ہے، بلکہ لوپ اینٹینا یا ڈوپول اینٹینا کی وجہ سے ہونے والے EMC مسائل سے بھی بچتا ہے۔

اگر آپ کو مکسڈ سگنل پی سی بی ڈیزائن کے متحد انداز کے بارے میں شک ہے تو، آپ پورے سرکٹ بورڈ کو ترتیب دینے اور روٹ کرنے کے لیے گراؤنڈ لیئر پارٹیشن کا طریقہ استعمال کر سکتے ہیں۔ ڈیزائن میں، اس بات پر توجہ دی جانی چاہیے کہ سرکٹ بورڈ کو بعد کے تجربے میں 0/1 انچ سے کم فاصلے پر جمپرز یا 2 اوہم ریزسٹرس کے ساتھ جوڑنے میں آسانی ہو۔ زوننگ اور وائرنگ پر توجہ دیں اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ کوئی بھی ڈیجیٹل سگنل لائنز تمام تہوں کے اینالاگ سیکشن سے اوپر نہیں ہیں اور کوئی بھی اینالاگ سگنل لائنیں ڈیجیٹل سیکشن کے اوپر نہیں ہیں۔ مزید برآں، کوئی سگنل لائن زمینی خلا کو عبور نہیں کرے گی اور نہ ہی بجلی کے ذرائع کے درمیان خلا کو تقسیم کرے گی۔ بورڈ کے فنکشن اور EMC کارکردگی کو جانچنے کے لیے، 0 اوہم ریزسٹر یا جمپر کے ذریعے دونوں منزلوں کو آپس میں جوڑ کر بورڈ کے فنکشن اور EMC کارکردگی کو دوبارہ جانچیں۔ ٹیسٹ کے نتائج کا موازنہ کرتے ہوئے، یہ پایا گیا کہ تقریباً تمام صورتوں میں، متحد حل تقسیم کے حل کے مقابلے فعالیت اور EMC کارکردگی کے لحاظ سے بہتر تھا۔

کیا اب بھی زمین کی تقسیم کا طریقہ کارگر ہے؟

اس نقطہ نظر کو تین صورتوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے: کچھ طبی آلات کو مریض سے منسلک سرکٹس اور سسٹم کے درمیان بہت کم رساو کی ضرورت ہوتی ہے۔ کچھ صنعتی عمل کو کنٹرول کرنے والے آلات کا آؤٹ پٹ شور اور زیادہ طاقت والے الیکٹرو مکینیکل آلات سے منسلک ہو سکتا ہے۔ ایک اور صورت یہ ہے کہ جب پی سی بی کا لے آؤٹ مخصوص پابندیوں سے مشروط ہو۔

مکسڈ سگنل پی سی بی بورڈ پر عام طور پر الگ الگ ڈیجیٹل اور اینالاگ پاور سپلائیز ہوتے ہیں جن کا پاور سپلائی چہرہ تقسیم ہو سکتا ہے اور ہونا چاہیے۔ تاہم، پاور سپلائی لیئر سے ملحق سگنل لائنیں پاور سپلائیز کے درمیان موجود خلا کو عبور نہیں کر سکتیں، اور تمام سگنل لائنز جو اس خلا کو عبور کرتی ہیں وہ بڑے علاقے سے متصل سرکٹ پرت پر واقع ہونی چاہئیں۔ بعض صورتوں میں، اینالاگ پاور سپلائی کو ایک چہرے کے بجائے پی سی بی کنکشن کے ساتھ ڈیزائن کیا جا سکتا ہے تاکہ بجلی کے چہرے کی تقسیم سے بچا جا سکے۔

مخلوط سگنل پی سی بی کا پارٹیشن ڈیزائن

مخلوط سگنل پی سی بی ڈیزائن ایک پیچیدہ عمل ہے، ڈیزائن کے عمل کو مندرجہ ذیل نکات پر توجہ دینا چاہئے:

1. پی سی بی کو الگ الگ اینالاگ اور ڈیجیٹل حصوں میں تقسیم کریں۔

2. مناسب اجزاء کی ترتیب۔

3. A/D کنورٹر پارٹیشنز میں رکھا جاتا ہے۔

4. زمین کو تقسیم نہ کریں۔ ینالاگ حصہ اور سرکٹ بورڈ کا ڈیجیٹل حصہ یکساں طور پر رکھا گیا ہے۔

5. بورڈ کی تمام تہوں میں، ڈیجیٹل سگنل کو صرف بورڈ کے ڈیجیٹل حصے میں روٹ کیا جا سکتا ہے۔

6. بورڈ کی تمام تہوں میں، ینالاگ سگنل صرف بورڈ کے اینالاگ حصے میں روٹ کیے جا سکتے ہیں۔

7. اینالاگ اور ڈیجیٹل پاور علیحدگی۔

8. وائرنگ کو سپلٹ پاور سپلائی سطحوں کے درمیان فرق نہیں پھیلانا چاہیے۔

9. وہ سگنل لائنیں جو سپلٹ پاور سپلائیز کے درمیان خلا کو پھیلاتی ہیں، ایک بڑے علاقے سے متصل وائرنگ کی پرت پر واقع ہونی چاہئیں۔

10. زمین کے بہاؤ کے اصل راستے اور موڈ کا تجزیہ کریں۔

11. وائرنگ کے صحیح اصول استعمال کریں۔