০১
ইম্পিডেন্স কন্ট্রোল কী এবং পিসিবিগুলিতে ইম্পিডেন্স কন্ট্রোল কীভাবে করতে হয়
২০২০-০৪-০৮
আধুনিক ইলেকট্রনিক ডিভাইসের নকশায়, পিসিবিগুলি একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। পিসিবিগুলির কর্মক্ষমতা সরাসরি সমগ্র ইলেকট্রনিক সিস্টেমের স্থিতিশীলতা, নির্ভরযোগ্যতা এবং ট্রান্সমিশন দক্ষতার উপর প্রভাব ফেলে। এর মধ্যে, ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণ পিসিবি ডিজাইনের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ। যেহেতু আধুনিক ডিজিটাল সার্কিটগুলিতে সিগন্যাল ট্রান্সমিশন সময় কম এবং ঘড়ির হার বেশি, তাই পিসিবি ট্রেসগুলি আর সহজ সংযোগ নয়, বরং ট্রান্সমিশন লাইন। পিসিবি ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণ বলতে সিগন্যাল ট্রান্সমিশনের গুণমান এবং স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করার জন্য পিসিবিতে সিগন্যালের ট্রান্সমিশন গতি এবং ইম্পিডেন্স ম্যাচিং নিয়ন্ত্রণ করাকে বোঝায়।
বাস্তব পরিস্থিতিতে, যখন ডিজিটাল প্রান্তিক বেগ 1ns এর বেশি হয় অথবা অ্যানালগ ফ্রিকোয়েন্সি 300MHz এর বেশি হয় তখন ট্রেস ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন। PCB ট্রেসের একটি গুরুত্বপূর্ণ পরামিতি হল এর বৈশিষ্ট্যগত প্রতিবন্ধকতা (অর্থাৎ যখন তরঙ্গ সংকেত ট্রান্সমিশন লাইন বরাবর প্রেরণ করা হয় তখন ভোল্টেজ এবং কারেন্টের অনুপাত)। PCB-তে তারের বৈশিষ্ট্যগত প্রতিবন্ধকতা PCB ডিজাইনের একটি গুরুত্বপূর্ণ সূচক। বিশেষ করে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি PCB ডিজাইনে, তারের বৈশিষ্ট্যগত প্রতিবন্ধকতা ডিভাইস বা সিগন্যালের প্রয়োজনীয় বৈশিষ্ট্যগত প্রতিবন্ধকতার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ কিনা বা তার সাথে মেলে কিনা তা বিবেচনা করা প্রয়োজন। এর মধ্যে 2টি ধারণা জড়িত: প্রতিবন্ধকতা নিয়ন্ত্রণ এবং প্রতিবন্ধকতা ম্যাচিং। এই নিবন্ধটি প্রতিবন্ধকতা নিয়ন্ত্রণ এবং স্ট্যাক ডিজাইনের বিষয়গুলির উপর আলোকপাত করে।
প্রতিবন্ধকতা নিয়ন্ত্রণ
পিসিবির কন্ডাক্টরে বিভিন্ন সংকেত প্রেরণ করা হয়। এর ট্রান্সমিশন রেট উন্নত করার জন্য, এর ফ্রিকোয়েন্সি বাড়াতে হবে। সার্কিটের ইম্পিডেন্স মান নিজেই এচিং, স্তরের পুরুত্ব এবং তারের প্রস্থ ইত্যাদির কারণে পরিবর্তিত হয়, যা সংকেত বিকৃতির কারণ হয়। অতএব, উচ্চ-গতির পিসিবিতে কন্ডাক্টরের ইম্পিডেন্স মান একটি নির্দিষ্ট সীমার মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করা উচিত, যাকে "ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণ" বলা হয়।
পিসিবি ট্রেসের প্রতিবন্ধকতা তাদের আবেশক এবং ক্যাপাসিটিভ আবেশকতা, প্রতিরোধ এবং পরিবাহিতা সহগ দ্বারা নির্ধারিত হয়। পিসিবি তারের প্রতিবন্ধকতাকে প্রভাবিত করে এমন কারণগুলির মধ্যে রয়েছে প্রধানত তামার তারের প্রস্থ এবং বেধ, মাধ্যমের ডাইইলেক্ট্রিক ধ্রুবক এবং বেধ, সোল্ডার প্যাডের পুরুত্ব, গ্রাউন্ড তারের পথ এবং তারের চারপাশের তার ইত্যাদি। পিসিবি প্রতিবন্ধকের পরিসর 25 থেকে 120 ওহম।
বাস্তবে, পিসিবি ট্রান্সমিশন লাইনগুলিতে সাধারণত একটি তারের ট্রেস, এক বা একাধিক রেফারেন্স স্তর এবং অন্তরক উপকরণ থাকে। ট্রেস এবং স্তর নিয়ন্ত্রণ প্রতিবন্ধকতা গঠন করে। পিসিবিগুলি প্রায়শই বহু-স্তর কাঠামো গ্রহণ করে এবং প্রতিবন্ধকতা নিয়ন্ত্রণ বিভিন্ন উপায়ে তৈরি করা যেতে পারে। তবে, ব্যবহৃত পদ্ধতি নির্বিশেষে, প্রতিবন্ধকতার মান তার ভৌত কাঠামো এবং অন্তরক উপাদানের ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্য দ্বারা নির্ধারিত হবে:
সিগন্যাল ট্রেসের প্রস্থ এবং বেধ
ট্রেসের উভয় পাশে কোর বা পূর্বে ভরা উপাদানের উচ্চতা
ট্রেস এবং বোর্ড স্তরগুলির কনফিগারেশন
কোর এবং পূর্বে ভরা উপকরণের অন্তরণ ধ্রুবক
পিসিবি ট্রান্সমিশন লাইনের দুটি প্রধান রূপ রয়েছে: মাইক্রোস্ট্রিপ এবং স্ট্রিপলাইন।
মাইক্রোস্ট্রিপ হলো তারের একটি স্ট্রিপ যা এমন একটি ট্রান্সমিশন লাইনকে বোঝায় যার শুধুমাত্র একপাশে একটি রেফারেন্স প্লেন থাকে। উপরের অংশ এবং পাশগুলি বাতাসের সংস্পর্শে থাকে (অথবা আবরণযুক্ত) এবং একটি ইনসুলেশন ধ্রুবক Er PCB-এর পৃষ্ঠে অবস্থিত, যেখানে পাওয়ার বা গ্রাউন্ড লেয়ার একটি রেফারেন্স হিসাবে থাকে। নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:
দ্রষ্টব্য: প্রকৃত পিসিবি তৈরিতে, পিসিবি কারখানা সাধারণত পিসিবির পৃষ্ঠের উপর সবুজ কালির একটি স্তর লেপে। অতএব, প্রকৃত প্রতিবন্ধকতা গণনায়, নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো মডেলটি সাধারণত পৃষ্ঠের মাইক্রোস্ট্রিপ লাইনের জন্য ব্যবহৃত হয়।
একটি স্ট্রিপলাইন হল দুটি রেফারেন্স প্লেনের মধ্যে স্থাপিত তারের একটি স্ট্রিপ, যেমনটি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে। H1 এবং H2 দ্বারা উপস্থাপিত ডাইলেক্ট্রিকের ডাইলেক্ট্রিক ধ্রুবকগুলি ভিন্ন হতে পারে।
উপরের দুটি ঘটনা মাইক্রোস্ট্রিপ এবং স্ট্রিপলাইনের একটি সাধারণ প্রদর্শন মাত্র, যা সাধারণত এমবেডেড আইওটি ইন্টেলিজেন্ট হার্ডওয়্যার এবং অন্যান্য সিস্টেম শেখার জন্য ব্যবহৃত হয়। অনেক নির্দিষ্ট ধরণের মাইক্রোস্ট্রিপ এবং স্ট্রিপলাইন রয়েছে, যেমন কোটেড মাইক্রোস্ট্রিপ, যা পিসিবিগুলির নির্দিষ্ট স্ট্যাকিং কাঠামোর সাথে সম্পর্কিত।
চরিত্রগত প্রতিবন্ধকতা গণনা করার জন্য ব্যবহৃত সমীকরণের জন্য জটিল গাণিতিক গণনার প্রয়োজন হয়, সাধারণত ক্ষেত্র সমাধান পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়, যার মধ্যে সীমানা উপাদান বিশ্লেষণও অন্তর্ভুক্ত থাকে। অতএব, বিশেষায়িত প্রতিবন্ধকতা গণনা সফ্টওয়্যার SI9000 ব্যবহার করে, আমাদের যা করতে হবে তা হল চরিত্রগত প্রতিবন্ধকের পরামিতিগুলি নিয়ন্ত্রণ করা:
ইনসুলেশন স্তরের ডাইইলেক্ট্রিক ধ্রুবক Er, তারের প্রস্থ W1 এবং W2 (ট্র্যাপিজয়েডাল), তারের পুরুত্ব T, এবং ইনসুলেশন স্তরের পুরুত্ব H।
W1 এবং W2 এর ব্যাখ্যা:
এখানে, W=W1, W1=W2
W – পরিকল্পিত লাইন প্রস্থ
A – খোদাই ক্ষতি (উপরের টেবিল দেখুন)
লাইনের উপরের এবং নীচের প্রস্থের অসঙ্গতির কারণ হল, পিসিবি তৈরির সময়, উপর থেকে নীচে ক্ষয় ঘটে, যার ফলে ক্ষয়প্রাপ্ত লাইনটি ট্র্যাপিজয়েডাল আকার ধারণ করে।
এই স্তরের রেখার পুরুত্ব T এবং তামার পুরুত্বের মধ্যে একটি অনুরূপ সম্পর্ক রয়েছে, যা নিম্নরূপ:
| তামার পুরুত্ব | ||
| বেস কপার ধন্যবাদ | ভেতরের স্তরের জন্য | বাইরের স্তরের জন্য |
| এইচ ওজেড | ০.৬ মিলি | ১.৮ মিলি |
| ১ আউন্স | ১.২ মিলি | ২.৫ মিলি |
| ২ আউন্স | ২.৪ মিলি | ৩.৬ মিলি |
সোল্ডার মাস্কের পুরুত্ব:
* ইম্পিডেন্সের উপর সোল্ডার মাস্কের পুরুত্বের সামান্য প্রভাবের কারণে, এটি 0.5 মিলির একটি ধ্রুবক মান বলে ধরে নেওয়া হয়।
এই পরামিতিগুলি নিয়ন্ত্রণ করে আমরা ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণ অর্জন করতে পারি। Anwei এর নীচের PCB কে উদাহরণ হিসেবে নিয়ে, আমরা ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণের ধাপগুলি এবং SI9000 এর ব্যবহার ব্যাখ্যা করব:
নিচের PCB-এর স্ট্যাকিং নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:
দ্বিতীয় স্তরটি হল স্থল সমতল, পঞ্চম স্তরটি হল শক্তি সমতল এবং বাকি স্তরগুলি হল সংকেত স্তর।
প্রতিটি স্তরের পুরুত্ব নীচের সারণীতে দেখানো হয়েছে:
| স্তরের নাম | আদর্শ | উপাদান | চিন্তাভাবনা | শ্রেণী |
| পৃষ্ঠ | বাতাস | |||
| শীর্ষ | কন্ডাক্টর | তামা | ০.৫ আউন্স | রাউটিং |
| ডাইইলেকট্রিক | এফআর-৪ | ৩,৮০০ মিলি | ||
| L2-ইনার | কন্ডাক্টর | তামা | ১ আউন্স | বিমান |
| ডাইইলেকট্রিক | এফআর-৪ | ৫.৯১০ মিলি | ||
| L3-ইনার | কন্ডাক্টর | তামা | ১ আউন্স | রাউটিং |
| ডাইইলেকট্রিক | এফআর-৪ | ৩৩.৮ মিলি | ||
| L4-ইনার | কন্ডাক্টর | তামা | ১ আউন্স | রাউটিং |
| ডাইইলেকট্রিক | এফআর-৪ | ৫.৯১০ মিলি | ||
| L5-ইনার | কন্ডাক্টর | তামা | ১ আউন্স | বিমান |
| ডাইইলেকট্রিক | এফআর-৪ | ৩,৮০০ মিলি | ||
| নীচে | কন্ডাক্টর | তামা | ০.৫ আউন্স | রাউটিং |
| পৃষ্ঠ | বাতাস |
ব্যাখ্যা: মধ্যবর্তী স্তরগুলির মধ্যে ডাইলেক্ট্রিক হল FR-4, যার ডাইলেক্ট্রিক ধ্রুবক 4.2; উপরের এবং নীচের স্তরগুলি হল খালি স্তর যা বাতাসের সাথে সরাসরি সংস্পর্শে আসে এবং বাতাসের ডাইলেক্ট্রিক ধ্রুবক হল 1।
প্রতিবন্ধকতা নিয়ন্ত্রণ অর্জনের জন্য, নিম্নলিখিত কিছু সাধারণ পদ্ধতি রয়েছে:
1. PCB শ্রেণিবদ্ধ নকশার উপর ভিত্তি করে:
পিসিবি ডিজাইনাররা ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণ অর্জনের জন্য পিসিবিগুলির শ্রেণিবদ্ধ কাঠামো সম্পূর্ণরূপে ব্যবহার করতে পারেন। বিভিন্ন স্তরের অবস্থানে বিভিন্ন সংকেত স্তর স্থাপন করে, ইন্টারলেয়ার ক্যাপাসিট্যান্স এবং ইন্ডাক্ট্যান্স কার্যকরভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে। সাধারণভাবে বলতে গেলে, অভ্যন্তরীণ স্তরটি উচ্চ ইম্পিডেন্স উপকরণ ব্যবহার করে এবং বাইরের স্তরটি প্রতিফলন এবং ক্রসটকের প্রভাব কমাতে কম ইম্পিডেন্স উপকরণ ব্যবহার করে।
2. ডিফারেনশিয়াল সিগন্যাল ট্রান্সমিশন লাইন ব্যবহার করুন:
ডিফারেনশিয়াল সিগন্যাল ট্রান্সমিশন লাইনগুলি আরও ভাল অ্যান্টি-হস্তক্ষেপ ক্ষমতা এবং কম ক্রসটক ঝুঁকি প্রদান করতে পারে। ডিফারেনশিয়াল সিগন্যাল ট্রান্সমিশন লাইনগুলি বিপরীত ভোল্টেজ কিন্তু সমান আকারের সমান্তরাল তারের একটি জোড়া, যা আরও ভাল সিগন্যাল অখণ্ডতা এবং অ্যান্টি-হস্তক্ষেপ ক্ষমতা প্রদান করতে পারে। ডিফারেনশিয়াল সিগন্যাল ট্রান্সমিশন লাইনের প্রতিবন্ধকতা সাধারণত লাইনের ব্যবধান, প্রস্থ এবং স্থল সমতল নির্বাচনের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত হয়।
3. নিয়ন্ত্রণ তারের জ্যামিতি:
পিসিবি লাইনের প্রস্থ, ব্যবধান এবং লেআউটের মতো জ্যামিতিক পরামিতিগুলিও ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। সাধারণ মাইক্রোস্ট্রিপ লাইনের জন্য, ঘন লাইনের প্রস্থ এবং বৃহত্তর ব্যবধান ইম্পিডেন্স কমাতে পারে। কোঅ্যাক্সিয়াল লাইনের জন্য, ছোট অভ্যন্তরীণ লাইন ব্যাস এবং বৃহত্তর বাইরের লাইন ব্যাসার্ধ ইম্পিডেন্স বাড়াতে পারে। তারের জ্যামিতি নির্বাচনের জন্য নির্দিষ্ট ইম্পিডেন্স প্রয়োজনীয়তা এবং সংকেত ফ্রিকোয়েন্সির উপর ভিত্তি করে অপ্টিমাইজেশন প্রয়োজন।
৪. পিসিবি উপকরণ নির্বাচন:
পিসিবি উপকরণের ডাইইলেক্ট্রিক ধ্রুবকও প্রতিবন্ধকতাকে প্রভাবিত করে। স্থিতিশীল ডাইইলেক্ট্রিক বৈশিষ্ট্যযুক্ত উপকরণ নির্বাচন করা প্রতিবন্ধকতা নিয়ন্ত্রণের অংশ। উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ-গতির অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, সাধারণত ব্যবহৃত উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে FR-4 (গ্লাস ফাইবার রিইনফোর্সড বোর্ড), PTFE (পলিটেট্রাফ্লুরোইথিলিন) এবং RF (রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি) ল্যামিনেট।
৫. সিমুলেশন এবং ডিজাইন টুল ব্যবহার করুন:
পিসিবি ডিজাইনের আগে, সিমুলেশন এবং ডিজাইন টুল ব্যবহার করে ডিজাইনাররা দ্রুত এবং নির্ভুলভাবে প্রতিবন্ধকতা যাচাই এবং অপ্টিমাইজ করতে পারে। এই টুলগুলি সার্কিট আচরণ, সিগন্যাল ট্রান্সমিশন লস এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক মিথস্ক্রিয়া অনুকরণ করে সর্বোত্তম পিসিবি ডিজাইন প্যারামিটার নির্ধারণ করতে পারে। কিছু সাধারণ সিমুলেশন টুলের মধ্যে রয়েছে সিএসটি স্টুডিও স্যুট, হাইপারলিঙ্কস এবং এডিএস।
উচ্চ-গতির ডিজিটাল এবং অ্যানালগ সার্কিটে পিসিবি ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণ একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। যুক্তিসঙ্গত শ্রেণিবদ্ধ নকশা, ডিফারেনশিয়াল সিগন্যাল ট্রান্সমিশন লাইনের ব্যবহার, তারের জ্যামিতির নিয়ন্ত্রণ, উপযুক্ত পিসিবি উপকরণ নির্বাচন এবং সিমুলেশন এবং ডিজাইন সরঞ্জাম ব্যবহারের মাধ্যমে, সুনির্দিষ্ট ইম্পিডেন্স নিয়ন্ত্রণ অর্জন করা যেতে পারে, যার ফলে সার্কিট কর্মক্ষমতা এবং সিগন্যাল অখণ্ডতা উন্নত হয়।
