प्रत्येक डिज़ाइनर के लिए आवश्यक PCB लेआउट की मार्गदर्शिका

इलेक्ट्रॉनिक्स परियोजनाओं में इंजीनियरों द्वारा सर्किट, उन्नत घटकों और कोड को प्राथमिकता देना असामान्य नहीं है, जबकि पीसीबी लेआउट—एक महत्वपूर्ण तत्व—कभी-कभी अनदेखा कर दिया जाता है। अपर्याप्त पीसीबी लेआउट के परिणामस्वरूप कार्यक्षमता और विश्वसनीयता संबंधी समस्याएँ हो सकती हैं। यह लेख आपके पीसीबी प्रोजेक्ट्स के सर्वोत्तम संचालन और विश्वसनीयता की गारंटी के लिए व्यावहारिक सलाह प्रदान करता है।

ट्रेस साइज़िंग

तांबे के ट्रेस में एक प्राकृतिक प्रतिरोध होता है जो उनमें से धारा प्रवाहित होने पर वोल्टेज में गिरावट, बिजली की बर्बादी और तापमान में वृद्धि का कारण बन सकता है। पीसीबी डिज़ाइनर ट्रेस की लंबाई, मोटाई और चौड़ाई में समायोजन करके इस समस्या का समाधान करते हैं। चूँकि तांबे के भौतिक गुण निश्चित होते हैं, इसलिए प्रतिरोध को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने के लिए ट्रेस के आकार को अनुकूलित करना आवश्यक है।

पीसीबी की मोटाई औंस तांबे में मापी जाती है। उदाहरण के लिए, एक औंस तांबा, एक वर्ग फुट क्षेत्र में समान वितरण मानते हुए, एक इंच के 1.4 हज़ारवें हिस्से की मोटाई के बराबर होता है। जहाँ कई डिज़ाइनर 1 औंस या 2 औंस तांबे का उपयोग करते हैं, वहीं कुछ पीसीबी निर्माता 6 औंस तक की मोटाई प्रदान कर सकते हैं। यह ध्यान रखना ज़रूरी है कि पतले डिज़ाइन, जैसे कि पास-पास लगे पिन, का निर्माण मोटे तांबे से चुनौतीपूर्ण हो सकता है। अपने पीसीबी निर्माता से उनकी क्षमताओं को समझने के लिए परामर्श करना उचित है।

आपके ट्रेस के लिए इष्टतम मोटाई और चौड़ाई निर्धारित करने के लिए, हम आपके विशिष्ट अनुप्रयोग के आधार पर एक पीसीबी ट्रेस चौड़ाई कैलकुलेटर का उपयोग करने की सलाह देते हैं। इसका उद्देश्य लगभग 5°C का तापमान वृद्धि प्राप्त करना है। यदि बोर्ड पर पर्याप्त जगह है, तो चौड़े ट्रेस चुनने की सलाह दी जाती है, क्योंकि वे किफ़ायती होते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बहु-परत बोर्डों के लिए, बाहरी परतों पर ट्रेस आंतरिक परतों की तुलना में बेहतर शीतलन प्रदान करते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि आंतरिक परतों से निकलने वाली गर्मी को नष्ट होने या दूर ले जाने से पहले तांबे और पीसीबी सामग्री की कई परतों से गुजरना पड़ता है।

लूप्स को छोटा रखें

लूपों को, विशेष रूप से उच्च आवृत्तियों पर, यथासंभव सघन रखना उचित है। लूप के आकार में कमी से प्रेरकत्व और प्रतिरोध दोनों में कमी आती है। लूपों को भू-तल पर रखने से प्रेरकत्व और भी कम हो जाता है, जिससे उच्च-आवृत्ति वोल्टेज कम करने में मदद मिलती है। इसके अतिरिक्त, सघन लूप बाहरी स्रोतों से प्रेरणिक युग्मन और नोड से प्रसारण को न्यूनतम करते हैं, जो कि अधिकांश मामलों में, एंटीना डिज़ाइन करते समय को छोड़कर, लाभदायक होता है। ऑप-एम्प सर्किट में छोटे लूप बनाए रखना अत्यंत महत्वपूर्ण है ताकि शोर को सर्किट में युग्मित होने से रोका जा सके।

डिकप्लिंग कैपेसिटर लगाना

यह अनुशंसा की जाती है कि वियुग्मन संधारित्रों को एकीकृत परिपथों के पावर और ग्राउंड पिनों के यथासंभव निकट रखा जाए ताकि वियुग्मन प्रदर्शन को अनुकूलित किया जा सके। घटकों को अधिक दूरी पर रखने से भटकाव प्रेरकत्व उत्पन्न हो सकता है।

केल्विन कनेक्शन

चार-टर्मिनल सेंसिंग, जिसे केल्विन सेंसिंग भी कहा जाता है, का नाम विलियम थॉमसन, लॉर्ड केल्विन के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1861 में अत्यंत निम्न प्रतिरोधों के सटीक मापन के लिए केल्विन ब्रिज का विकास किया था। इस विधि में, तारों के प्रत्येक जोड़े को केल्विन कनेक्शन कहा जाता है।

सटीक माप के लिए केल्विन संयोजन आवश्यक हैं, क्योंकि इन्हें सटीक बिंदुओं पर लगाया जाता है ताकि भटकाव प्रतिरोध और प्रेरकत्व न्यूनतम हो। उदाहरण के लिए, किसी धारा बोधक प्रतिरोधक को मापते समय, संयोजनों को ट्रेस पर मनमाने बिंदुओं पर लगाने के बजाय, प्रतिरोधक पैड पर सीधे लगाना आवश्यक है। हालाँकि आरेख समान दिखाई दे सकता है, चाहे कनेक्शन पैड पर हों या कहीं और, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि वास्तविक ट्रेस में प्रेरकत्व और प्रतिरोध होता है जो केल्विन संयोजनों का उपयोग न करने पर माप की सटीकता को प्रभावित कर सकता है।

डिजिटल और शोर वाले ट्रेस को एनालॉग ट्रेस से अलग करें

यह ध्यान रखना ज़रूरी है कि समानांतर ट्रेस या कंडक्टरों में धारिता उत्पन्न करने की क्षमता होती है, जिसके परिणामस्वरूप सिग्नलों के बीच, विशेष रूप से उच्च आवृत्तियों पर, कैपेसिटिव युग्मन हो सकता है। अवांछित शोर से जुड़ी किसी भी संभावित समस्या से बचने के लिए, उच्च-आवृत्ति और शोर वाले ट्रेस और संवेदनशील ट्रेस के बीच स्पष्ट अंतर बनाए रखना ज़रूरी है।

ज़मीन ज़मीन नहीं है

यह ध्यान रखना ज़रूरी है कि ग्राउंड एक आदर्श कंडक्टर नहीं है। इसलिए, इष्टतम सिग्नल गुणवत्ता बनाए रखने के लिए शोर वाले ग्राउंड को संवेदनशील सिग्नल से दूर रखना ज़रूरी है। यह सुनिश्चित करना ज़रूरी है कि ग्राउंड ट्रेस अपेक्षित धारा प्रवाह को समायोजित करने के लिए पर्याप्त चौड़े हों। सिग्नल ट्रेस के ठीक नीचे ग्राउंड प्लेन की स्थिति बनाना प्रतिबाधा को कम करने का एक प्रभावी तरीका है, जो सिग्नल की अखंडता बनाए रखने के लिए फायदेमंद है।

आकार और मात्रा के माध्यम से

वाया किसी परिपथ के समग्र प्रेरकत्व और प्रतिरोध में योगदान करते हैं। ऐसे मामलों में जहाँ किसी ट्रेस को मुद्रित परिपथ बोर्ड (PCB) पर रूट करना आवश्यक हो और कम प्रेरकत्व या प्रतिरोध की आवश्यकता हो, एकाधिक वाया का उपयोग करने पर विचार करना उचित है। बड़े वाया प्रतिरोध को कम करते हैं, जिससे वे फ़िल्टर कैपेसिटर और उच्च-धारा नोड्स को ग्राउंड करने के लिए एक अमूल्य संसाधन बन जाते हैं।

पीसीबी को हीट सिंक के रूप में उपयोग करना

यह अनुशंसा की जाती है कि सतह पर लगे घटकों के चारों ओर अतिरिक्त तांबा लगाया जाए ताकि अधिक कुशल ऊष्मा अपव्यय के लिए सतह क्षेत्र को बढ़ाया जा सके। घटक डेटाशीट, विशेष रूप से पावर डायोड, MOSFET, या वोल्टेज नियामकों से संबंधित, के लिए पीसीबी सतह क्षेत्र को हीट सिंक के रूप में उपयोग करने के लिए दिशानिर्देश प्रदान करना आम बात है।

थर्मल विआस

विया, पीसीबी के एक तरफ से दूसरी तरफ ऊष्मा के स्थानांतरण को सुगम बनाते हैं, जो तब लाभदायक होता है जब पीसीबी को हीट सिंक या चेसिस पर लगाया जाता है जिससे ऊष्मा का बेहतर निष्कासन होता है। ऊष्मा स्थानांतरण के लिए छोटे विया की तुलना में बड़े विया का उपयोग अधिक प्रभावी होता है। इसके अलावा, एक से अधिक विया का उपयोग आमतौर पर एक ही विया पर निर्भर रहने की तुलना में अधिक कुशल होता है। इससे घटकों के संचालन तापमान में कमी आती है, जिससे उनकी विश्वसनीयता बढ़ती है।

थर्मल रिलीफ

थर्मल रिलीफ एक सोल्डरिंग तकनीक है जो सोल्डरिंग प्रक्रिया को सुव्यवस्थित करने के लिए ट्रेस या फिल और घटक पिन के बीच छोटे कनेक्शन का उपयोग करती है। विद्युत प्रतिरोध को कम करने के लिए इन कनेक्शनों को छोटा रखा जाता है, जो इंजीनियरिंग की दृष्टि से लाभदायक है। थर्मल रिलीफ के बिना, जहाँ घटक ऊष्मा-अपव्यय करने वाले ट्रेस या फिल से सीधे जुड़ने के कारण बेहतर तापीय अपव्यय प्राप्त कर सकते हैं, वहीं घटक की सोल्डरिंग और डी-सोल्डरिंग अधिक चुनौतीपूर्ण हो सकती है।

ट्रेस और माउंटिंग छेदों के बीच की दूरी

झटके के जोखिम को कम करने के लिए तांबे के निशानों या भरावों और माउंटिंग छिद्रों के बीच उचित दूरी बनाए रखना महत्वपूर्ण है। यह ध्यान रखना ज़रूरी है कि सोल्डर मास्क विश्वसनीय इन्सुलेशन प्रदान नहीं करता है। इसलिए, यह सुनिश्चित करना ज़रूरी है कि तांबे के क्षेत्रों और माउंटिंग हार्डवेयर के बीच पर्याप्त दूरी हो।

ताप संवेदनशील घटक

यह सुनिश्चित करना ज़रूरी है कि ऊष्मा-संवेदी घटकों को ऊष्मा उत्पन्न करने वाले घटकों से अलग रखा जाए। ऊष्मा-संवेदी घटकों के उदाहरणों में थर्मोकपल और विद्युत अपघटनी संधारित्र शामिल हैं। यह ध्यान रखना ज़रूरी है कि ऊष्मा स्रोतों के पास थर्मोकपल रखने से तापमान की गलत रीडिंग हो सकती है, जबकि विद्युत अपघटनी संधारित्रों को ऊष्मा उत्पन्न करने वाले घटकों के पास रखने से उनके जीवनकाल पर हानिकारक प्रभाव पड़ सकता है। ऊष्मा उत्पन्न करने वाले घटकों में ब्रिज रेक्टिफायर, डायोड, MOSFET, इंडक्टर और रेसिस्टर्स शामिल हैं। इन घटकों द्वारा उत्पन्न ऊष्मा की मात्रा उनमें प्रवाहित धारा पर निर्भर करती है।

निष्कर्ष

इस लेख में आवश्यक पीसीबी लेआउट सुझाव दिए गए हैं जो आपके डिज़ाइन की कार्यक्षमता और विश्वसनीयता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकते हैं। कृपया सुनिश्चित करें कि ये सिद्धांत आपके काम में लागू हों।