मिश्रित-सिग्नल पीसीबी रिटर्न पथ की गलतियाँ जो शोर का कारण बनती हैं
अधिकांश मिश्रित-सिग्नल पीसीबी शोर समस्याएं टूटे हुए रिटर्न पथों से आती हैं, न कि निशानों के बहुत करीब होने से। एक ठोस संदर्भ विमान से शुरू करें, कन्वर्टर्स को एनालॉग-डिजिटल सीमा पर रखें, विमान विभाजन में तेजी से निशानों को रूट करने से बचें, और जहां भी संदर्भित सिग्नल परतें बदलता है या डोमेन सीमा को पार करता है, वहां सिलाई वियास जोड़ें।
मुख्य बिंदु
- •तांबे को विभाजित करने से पहले एनालॉग और डिजिटल गतिविधि को अलग करने के लिए प्लेसमेंट और लूप कन्टेनमेंट का उपयोग करें।
- •जब तक क्रॉसिंग और रिटर्न ब्रिज को स्पष्ट रूप से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तब तक घड़ियों, एसपीआई, पीडब्लूएम, या बस जोड़े को ग्राउंड स्प्लिट के पार न ले जाएं।
- •एडीसी और डीएसी को सीमा घटकों के रूप में मानें जिनके संदर्भ, डिकॉउलिंग और इनपुट रिटर्न लूप भौतिक रूप से छोटे रहने चाहिए।
- •निकटवर्ती ग्राउंड सिलाई के बिना एक सिग्नल थ्रू अक्सर मामूली ट्रेस-चौड़ाई त्रुटि की तुलना में अधिक मिश्रित-सिग्नल समस्या पैदा करता है।
- •निर्माण के लिए जारी करने से पहले कनेक्टर्स, कटआउट, एंटीपैड और सुरक्षा भागों पर वर्तमान निरंतरता की समीक्षा करें।
रिटर्न पथ की गलतियाँ मिश्रित-सिग्नल बोर्ड क्यों तोड़ती हैं
जब एक मिश्रित-सिग्नल बोर्ड बेंच पर और चैम्बर में अलग-अलग व्यवहार करता है, तो मैं सबसे पहले उस किनारे की धारा की तलाश करता हूं जिसने अपना विमान खो दिया है। वापसी पथ में 20 मिमी का चक्कर ट्रेस में 20 मिलियन जोड़ने से अधिक मायने रख सकता है।
पांच सबसे आम रिटर्न पथ गलतियाँ
वास्तविक मिश्रित-सिग्नल लेआउट के लिए निर्णय मैट्रिक्स
| बोर्ड स्थिति | सामान्य गलत कदम | बेहतर रिटर्न-पथ रणनीति | व्यावहारिक लक्ष्य |
|---|---|---|---|
| MCU + 16-बिट ADC + निम्न-स्तरीय सेंसर फ्रंट एंड | बड़ा AGND/DGND एक पतले पुल से विभाजित | निरंतर तल, शांत एनालॉग प्लेसमेंट द्वीप, सीमा पर कनवर्टर, लघु संदर्भ-डिकॉउलिंग लूप | सेंसर और संदर्भ लूप को 10-20 मिमी स्थानीय क्षेत्र के अंदर रखें |
| वर्तमान शंट और एनकोडर इनपुट के साथ मोटर ड्राइवर | शंट सेंस क्षेत्र पर पीडब्लूएम/गेट सिग्नलों को रूट करना | प्लेसमेंट के आधार पर शोर वाले पावर लूप को अलग करें, सेंस पेयर को निर्बाध जमीन पर रखें, पावर-लेयर ट्रांज़िशन के बगल में सिलाई जोड़ें | शंट केल्विन सेंस को हाफ-ब्रिज रिटर्न लूप से दूर रखें |
| CAN या RS-485 ट्रांसीवर एनालॉग IO के पास | कनेक्टर तक पहुंचने के लिए समतल रिक्तियों को पार करना | बस जोड़ी को ठोस संदर्भ पर रखें और डोमेन सीमा को प्लेसमेंट में ले जाएं, जोड़ी के नीचे नहीं | जोड़ी या इसके टीवीएस रिटर्न के तहत कोई स्प्लिट क्रॉसिंग नहीं |
| पृथक डीसी/डीसी प्लस परिशुद्धता माप | अपरिभाषित ब्रिज करंट के साथ एकाधिक सिले हुए द्वीप | स्पष्ट प्राथमिक और द्वितीयक रिटर्न क्षेत्रों का उपयोग करें, फिर अलगाव बाधा से पहले प्रत्येक स्थानीय लूप को बंद रखें | केवल इच्छित पृथक्करण घटकों को पार करें |
| ऑडियो कोडेक प्लस तेज़ प्रोसेसर | एनालॉग द्वीप किनारों को पार करते हुए घड़ी के निशान | ठोस तल पर लघु घड़ी वाले मार्ग, दूरी और स्थानीय डिकॉउलिंग द्वारा अलग किए जाते हैं, लंबे स्लॉट को तराश कर नहीं | इनपुट/रेफरेंस नेट के पास चलने वाली समानांतर घड़ी से बचें |
| 4-लेयर औद्योगिक नियंत्रक | शीर्ष परत को एकमात्र रिटर्न संदर्भ के रूप में उपयोग करना | एक आंतरिक तल को मुख्य वापसी पथ के रूप में आरक्षित करें और ऊपरी हिस्से को केवल पूरक परिरक्षण के रूप में उपयोग करें | परत 2 सबसे तेज़ मार्गों के अंतर्गत निरंतर |
एडीसी, डीएसी और संदर्भों के आसपास क्या करें
14-बिट और 16-बिट बोर्ड पर, संदर्भ डिकॉउलिंग लूप और पहला रिटर्न अक्सर यह तय करता है कि स्विचिंग इवेंट के दौरान आप 1 एलएसबी खोते हैं या 10 एलएसबी। योजनाबद्ध शायद ही उस जोखिम को स्पष्ट रूप से दिखाता है।
- कनवर्टर को एनालॉग उत्तेजना और डिजिटल प्रोसेसिंग के बीच की सीमा पर रखें ताकि एनालॉग इनपुट लूप स्थानीय रहे जबकि डिजिटल इंटरफ़ेस डिजिटल तरफ से निकल जाए।
- रेफरेंस कैपेसिटर, रेफरेंस पिन और ग्राउंड रिटर्न को सबसे छोटे संभव लूप में रखें। कई 12-बिट से 18-बिट डेटा-अधिग्रहण बोर्डों पर, यह लूप गुणवत्ता एमसीयू से 5 मिमी की दूरी से अधिक मायने रखती है।
- सेंसर फिल्टर, एंटी-एलियास आरसी नेटवर्क और इनपुट सुरक्षा को उसी स्थानीय एनालॉग संदर्भ क्षेत्र में लौटाएं जो कनवर्टर उपयोग करता है। केवल इसलिए कि इंटरनेट का नाम जीएनडी है, उन्हें किसी दूर के क्षेत्र में न फेंक दें।
- यदि SPI, I2C, या LVDS लाइनें कनवर्टर के पास परतें बदलती हैं, तो पास की ग्राउंड सिलाई जोड़ें ताकि रिटर्न करंट न्यूनतम प्रसार के साथ संक्रमण का पालन कर सके।
- एनालॉग और डिजिटल संदर्भ क्षेत्रों से जुड़ें जहां कनवर्टर या इसका नियंत्रित पुल स्वाभाविक रूप से वर्तमान लूप को जोड़ता है। सजावटी सितारा बिंदुओं से बचें जो कई सेंटीमीटर दूर स्थित हों।
जब एक विमान विभाजन उचित है
आमतौर पर बचें
- एक छोटे 4-लेयर कंट्रोलर पर एनालॉग और डिजिटल ग्राउंड को केवल इसलिए विभाजित करना क्योंकि ADC डेटाशीट में AGND और DGND पिन का उल्लेख है।
- घड़ियों, सीरियल लिंक, या बस जोड़े के नीचे लंबी खाई बनाना जो खंडों के बीच से गुज़रनी चाहिए।
- आंतरिक विमान उपलब्ध होने पर एक संदर्भ विमान को नकली बनाने के लिए अलग-अलग शीर्ष-परत का उपयोग करना।
आमतौर पर उचित
- सुरक्षा अलगाव बाधाएं जहां क्रीपेज, निकासी, या प्रमाणन नियमों के लिए अलग तांबे के क्षेत्रों की आवश्यकता होती है।
- पृथक शक्ति के प्राथमिक और द्वितीयक पक्ष जहां बाधा एक जानबूझकर कार्यात्मक सीमा है।
- बहुत उच्च-वर्तमान, बहुत शोर वाला पावर रिटर्न जिसे भौतिक रूप से माइक्रोवोल्ट-स्तरीय सेंसिंग से दूर रखा जाना चाहिए, बशर्ते माप रिटर्न में अभी भी एक छोटा नियंत्रित पुल हो।
लेयर परिवर्तन, स्टिचिंग वियास, और एज कंट्रोल
- जब संदर्भ विमान बदलता है या जब मार्ग गुहा किनारे के पास से गुजरता है तो उच्च-किनारे-दर सिग्नल के लगभग 2-5 मिमी के भीतर एक ग्राउंड सिलाई डालें।
- कनेक्टर्स, टीवीएस डायोड, कॉमन-मोड चोक और शील्ड टाई पर, सुनिश्चित करें कि रिटर्न पथ फॉरवर्ड सर्ज या सिग्नल पथ के समान सीधा है।
- यदि कोई एनालॉग ट्रेस केवल डिजिटल ब्रेकआउट से बचने के लिए परत बदलता है, तो पूछें कि क्या डिजिटल ब्रेकआउट को स्थानांतरित करना एनालॉग पथ में रिटर्न डिसकंटीनिटी को मजबूर करने से अधिक सुरक्षित है।
- एनालॉग सर्किट के पास अंतर लिंक के लिए, जोड़ी समरूपता को संरक्षित करें और एक सतत आसन्न संदर्भ प्रदान करें। विभेदक रूटिंग खराब सामान्य-मोड रिटर्न व्यवहार को समाप्त नहीं करती है।
- एंटीपैड, माउंटिंग होल और कटआउट से तांबे के रिक्त स्थान की समीक्षा करें। वापसी-पथ की कई समस्याएं स्पष्ट योजनाबद्ध इरादे के बजाय यांत्रिक विशेषताओं से आती हैं।
रिलीज़ से पहले एक तेज़ समीक्षा चेकलिस्ट
यदि फैब्रिकेशन पैकेज मुझे ट्रेस चौड़ाई बता सकता है लेकिन मुझे इच्छित रिटर्न पथ नहीं बता सकता है, तो डिज़ाइन समीक्षा अधूरी है। मिश्रित-सिग्नल बोर्डों पर, वह अंतर अक्सर फ़ील्ड विफलता बन जाता है।
| चेकपॉइंट | क्या अच्छा दिखता है | रेड फ़्लैग को पहले ठीक करें |
|---|---|---|
| कन्वर्टर प्लेसमेंट | ADC/DAC एनालॉग-डिजिटल सीमा पर बैठता है | कन्वर्टर डिजिटल क्षेत्र में दबा हुआ है जबकि एनालॉग नेटवर्क दूरस्थ है |
| संदर्भ विमान | तेज़ और संवेदनशील मार्गों के अंतर्गत निरंतर विमान | ट्रेस स्लॉट, स्प्लिट, या बड़े एंटीपैड फ़ील्ड को पार करता है |
| परत परिवर्तन | सिग्नल विअस के पास ग्राउंड स्टिचिंग विअस है | लेयर जंप बिना रिटर्न-वाया पार्टनर के |
| पावर लूप रोकथाम | हाफ-ब्रिज, डीसी/डीसी, या क्लॉक लूप को स्थानीय रखा | शोर वर्तमान लूप सेंसर क्षेत्र के माध्यम से फैलता है |
| कनेक्टर वापसी | TVS, शील्ड, और कनेक्टर ग्राउंड उपयोग लघु प्रत्यक्ष रिटर्न | संरक्षण पथ पतली गर्दन के नीचे से होकर गुजरता है |
| दस्तावेज़ीकरण | सीमा पारगमन और अनुमत पुल स्पष्ट हैं | टीम के सदस्य इस बात पर असहमत हैं कि एजीएनडी और डीजीएनडी वास्तव में कहां जुड़ते हैं |
इंजीनियरों और खरीदारों के लिए अनुशंसित वर्कफ़्लो
- पहले स्टैकअप चुनें ताकि प्रत्येक महत्वपूर्ण मार्ग में एक पूर्वानुमानित संदर्भ विमान हो।
- शोर पावर चरणों, प्रोसेसर और सटीक एनालॉग ब्लॉक को लूप नियंत्रण द्वारा रखें, न कि केवल योजनाबद्ध समूहन द्वारा।
- प्रत्येक जानबूझकर डोमेन क्रॉसिंग को चिह्नित करें और विस्तृत रूटिंग शुरू होने से पहले स्थानीय रिटर्न ब्रिज की पुष्टि करें।
- रिटर्न पाथ परिभाषित होने के बाद चौड़ाई, थ्रू और प्रतिबाधा कैलकुलेटर चलाएँ, पहले नहीं।
- समीक्षा के दौरान, लेआउट और विमान दृश्यता दोनों चालू होने पर कनवर्टर्स, कनेक्टर्स और परत परिवर्तनों के आसपास क्रॉस-सेक्शन का निरीक्षण करें।
- रिलीज से पहले, सत्यापित करें कि कोई भी गैर-पृथक सिग्नल बिना किसी उचित, दस्तावेजी कारण के विभाजन को पार नहीं करता है।
- → प्रारंभिक तांबे के आकार के लिए ट्रेस चौड़ाई कैलकुलेटर
- → संदर्भित उच्च गति मार्गों के लिए प्रतिबाधा कैलकुलेटर
- → परत-परिवर्तन बाधाओं के लिए वर्तमान कैलकुलेटर के माध्यम से
- → शोर नियंत्रण बोर्डों के लिए औद्योगिक स्वचालन पीसीबी डिजाइन गाइड
- → सेंसर, ड्राइव और फीडबैक लूप के लिए रोबोटिक्स कंट्रोल पीसीबी डिज़ाइन गाइड
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संबंधित लेख
त्वरित FAQ
क्या मुझे प्रत्येक मिश्रित-सिग्नल पीसीबी पर एनालॉग और डिजिटल ग्राउंड को विभाजित करना चाहिए?
नहीं. कई 4-परत मिश्रित-सिग्नल बोर्डों पर, एक ठोस संदर्भ विमान पूर्ण AGND/DGND विभाजन से बेहतर काम करता है। तांबे को केवल तभी विभाजित करें जब अलगाव, सुरक्षा, या स्पष्ट रूप से सीमित शोर वाले पावर डोमेन की आवश्यकता हो, और किसी भी इच्छित पुल को वास्तविक वर्तमान लूप के करीब रखें।
मिश्रित-सिग्नल रूटिंग में एक सिलाई थ्रू सिग्नल थ्रू के कितने करीब होनी चाहिए?
उच्च-किनारे-दर वाले जालों के लिए एक व्यावहारिक प्रारंभिक लक्ष्य लगभग 2-5 मिमी के भीतर होता है, खासकर जब संदर्भ विमान बदलता है या मार्ग एक गुहा किनारे से गुजरता है। सटीक दूरी वृद्धि समय, परत रिक्ति और अनुमत ईएमआई मार्जिन पर निर्भर करती है।
एनालॉग और डिजिटल आधार एडीसी के पास कहां मिलना चाहिए?
उन्हें वहां मिलना चाहिए जहां कनवर्टर और इसकी स्थानीय रिटर्न धाराएं स्वाभाविक रूप से मिलती हैं, आमतौर पर एडीसी या इसके नियंत्रित संदर्भ क्षेत्र के पास। 50-100 मिमी दूर स्थित एक तारा बिंदु अक्सर विद्युत रूप से साफ-सुथरा होता है लेकिन शारीरिक रूप से गलत होता है।
ट्रेस चौड़ाई उदार होने पर भी मिश्रित-सिग्नल बोर्ड ईएमसी में विफल क्यों होता है?
क्योंकि व्यापक निशान टूटे हुए वापसी पथ को ठीक नहीं करते हैं। यदि किनारे की धाराएँ समतल विभाजनों, बढ़ते छिद्रों, या गायब ग्राउंड विअस के आसपास घूमती हैं, तो भारी तांबे के साथ भी लूप इंडक्शन और सामान्य-मोड विकिरण तेजी से बढ़ सकता है।
एक खरीदार को रिटर्न-पथ नियंत्रण के बारे में लेआउट पार्टनर से क्या पूछना चाहिए?
पूछें कि मुख्य संदर्भ विमान कहां निरंतर है, जो क्रॉस डोमेन सीमाओं को संकेत देता है, जहां सिलाई वाया को परत परिवर्तन पर रखा जाता है, और जहां एजीएनडी और डीजीएनडी जानबूझकर जुड़ते हैं। यदि वे उत्तर स्पष्ट नहीं हैं, तो मिश्रित-संकेत जोखिम अभी भी अधिक है।
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