مائبادی کنٹرول کیا ہے اور PCBs پر مائبادا کنٹرول کیسے انجام دیا جائے۔

جدید الیکٹرانک آلات کے ڈیزائن میں، PCBs ایک اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ PCBs کی کارکردگی پورے الیکٹرانک سسٹم کے استحکام، وشوسنییتا اور ٹرانسمیشن کی کارکردگی کو براہ راست متاثر کرتی ہے۔ ان میں سے، مائبادا کنٹرول پی سی بی ڈیزائن کا ایک اہم حصہ ہے۔ چونکہ جدید ڈیجیٹل سرکٹس میں سگنل ٹرانسمیشن کے اوقات کم ہوتے ہیں اور گھڑی کی شرح زیادہ ہوتی ہے، اس لیے پی سی بی کے نشانات اب سادہ کنکشن نہیں ہیں، بلکہ ٹرانسمیشن لائنیں اسی مناسبت سے ہیں۔ پی سی بی امپیڈینس کنٹرول سے مراد ٹرانسمیشن کی رفتار کو کنٹرول کرنا ہے اور پی سی بی پر سگنلز کی مائبادا ملاپ کو سگنل ٹرانسمیشن کے معیار اور استحکام کو یقینی بنانا ہے۔

عملی حالات میں، جب ڈیجیٹل حاشیہ کی رفتار 1ns سے زیادہ ہو یا اینالاگ فریکوئنسی 300MHz سے زیادہ ہو تو ٹریس مائبادی کو کنٹرول کرنا ضروری ہے۔ پی سی بی ٹریس کے اہم پیرامیٹرز میں سے ایک اس کی خصوصیت کی رکاوٹ ہے (یعنی سگنل ٹرانسمیشن لائن کے ساتھ لہر کی ترسیل کے دوران وولٹیج اور کرنٹ کا تناسب)۔ PCBs پر تاروں کی خصوصیت کی رکاوٹ PCB ڈیزائن کا ایک اہم اشارہ ہے۔ خاص طور پر ہائی فریکوئنسی پی سی بی ڈیزائن میں، اس بات پر غور کرنا ضروری ہے کہ آیا تار کی خصوصیت کی رکاوٹ آلہ یا سگنل کی مطلوبہ خصوصیت کی رکاوٹ سے مطابقت رکھتی ہے یا اس سے ملتی ہے۔ اس میں 2 تصورات شامل ہیں: مائبادا کنٹرول اور مائبادا ملاپ۔ یہ مضمون رکاوٹ کنٹرول اور اسٹیک ڈیزائن کے مسائل پر مرکوز ہے۔

پی سی بی کے کنڈکٹرز میں مختلف سگنلز منتقل ہوتے ہیں۔ اس کی ترسیل کی شرح کو بہتر بنانے کے لیے اس کی فریکوئنسی میں اضافہ کرنا ضروری ہے۔ سرکٹ کی مائبادی قدر خود مختلف عوامل کی وجہ سے مختلف ہوتی ہے جیسے کہ اینچنگ، پرت کی موٹائی اور تار کی چوڑائی وغیرہ، جس سے سگنل بگڑتے ہیں۔ لہذا، تیز رفتار PCBs پر کنڈکٹرز کی مائبادی قدر کو ایک خاص حد کے اندر کنٹرول کیا جانا چاہیے، جسے "امپیڈینس کنٹرول" کہا جاتا ہے۔

پی سی بی ٹریس کی رکاوٹ کا تعین ان کے انڈکٹیو اور کیپسیٹیو انڈکٹینس، مزاحمت اور چالکتا کے گتانک سے ہوتا ہے۔ پی سی بی کی وائرنگ کی رکاوٹ کو متاثر کرنے والے عوامل میں بنیادی طور پر تانبے کے تار کی چوڑائی اور موٹائی، درمیانے درجے کی ڈائی الیکٹرک مستقل اور موٹائی، سولڈر پیڈ کی موٹائی، زمینی تار کا راستہ، اور وائرنگ کے ارد گرد وائرنگ وغیرہ شامل ہیں۔ PCB کی رکاوٹ کی حد 25 سے 120ohms ہے۔

عملی طور پر، پی سی بی ٹرانسمیشن لائنیں عام طور پر تاروں کے نشانات، ایک یا زیادہ حوالہ جاتی تہوں، اور موصلیت کے مواد پر مشتمل ہوتی ہیں۔ ٹریس اور پرت کنٹرول مائبادا کی تشکیل کرتی ہے۔ پی سی بی اکثر ملٹی لیئر ڈھانچے کو اپناتے ہیں، اور مائبادی کنٹرول کو بھی مختلف طریقوں سے بنایا جا سکتا ہے۔ تاہم، استعمال شدہ طریقہ سے قطع نظر، رکاوٹ کی قدر کا تعین اس کی جسمانی ساخت اور موصل مواد کی الیکٹرانک خصوصیات سے کیا جائے گا:

مائیکرو اسٹریپ تار کی ایک پٹی ہوتی ہے جس سے مراد ایک ٹرانسمیشن لائن ہوتی ہے جس کی صرف ایک طرف حوالہ طیارہ ہوتا ہے۔ اوپر اور اطراف ہوا کے سامنے ہوتے ہیں (یا لیپت ہوتے ہیں) اور ایک موصلیت مستقل Er PCB کی سطح پر واقع ہوتے ہیں، جس میں پاور یا زمینی تہہ بطور حوالہ ہوتی ہے۔ جیسا کہ مندرجہ ذیل تصویر میں دکھایا گیا ہے:

نوٹ: پی سی بی کی اصل مینوفیکچرنگ میں، پی سی بی فیکٹری عام طور پر پی سی بی کی سطح پر سبز سیاہی کی ایک تہہ کوٹ کرتی ہے۔ لہذا، اصل مائبادی کے حساب کتاب میں، مندرجہ ذیل شکل میں دکھایا گیا ماڈل عام طور پر سطحی مائیکرو اسٹریپ لائنوں کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

ایک سٹرپ لائن تار کی ایک پٹی ہے جو 2 حوالہ طیاروں کے درمیان رکھی گئی ہے، جیسا کہ درج ذیل تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ H1 اور H2 کے ذریعہ دکھائے جانے والے ڈائی الیکٹرک کے ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ مختلف ہو سکتے ہیں۔

مندرجہ بالا 2 کیسز مائیکرو اسٹریپ اور سٹرپ لائنز کا محض ایک عام مظاہرہ ہیں، جو عام طور پر ایمبیڈڈ IoT ذہین ہارڈ ویئر اور دیگر سسٹمز کو سیکھنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ مائیکرو سٹریپ اور سٹرپ لائنز کی بہت سی مخصوص قسمیں ہیں، جیسے کوٹڈ مائیکرو سٹریپ، جو PCBs کے مخصوص اسٹیکنگ ڈھانچے سے متعلق ہیں۔

خصوصیت کی رکاوٹ کا حساب لگانے کے لیے استعمال ہونے والی مساوات کے لیے پیچیدہ ریاضیاتی حساب کی ضرورت ہوتی ہے، عام طور پر فیلڈ حل کرنے کے طریقے استعمال کیے جاتے ہیں، بشمول باؤنڈری عنصر کا تجزیہ۔ اس لیے، خصوصی مائبادی کیلکولیشن سافٹ ویئر SI9000 استعمال کرنے کے ساتھ، ہمیں صرف خصوصیت کی رکاوٹ کے پیرامیٹرز کو کنٹرول کرنے کی ضرورت ہے:

موصلیت کی تہہ کا ڈائی الیکٹرک مستقل Er، وائرنگ کی چوڑائی W1 اور W2 (trapezoidal)، وائرنگ کی موٹائی T، اور موصلیت کی تہہ کی موٹائی H۔

W - ڈیزائن کردہ لائن کی چوڑائی

A - اینچ نقصان (اوپر جدول دیکھیں)

لائن کے اوپر اور نیچے کے درمیان متضاد چوڑائی کی وجہ یہ ہے کہ PCBs کے مینوفیکچرنگ کے عمل کے دوران، اوپر سے نیچے تک سنکنرن ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں کھردری لائن کی trapezoidal شکل ہوتی ہے۔

لائن کی موٹائی T اور اس پرت کی تانبے کی موٹائی کے درمیان ایک متعلقہ رشتہ ہے، جیسا کہ:

* مائبادا پر سولڈر ماسک کی موٹائی کے چھوٹے اثر کی وجہ سے، یہ 0.5mil کی مستقل قدر سمجھا جاتا ہے۔

ہم ان پیرامیٹرز کو کنٹرول کرکے مائبادا کنٹرول حاصل کرسکتے ہیں۔ Anwei کے نیچے PCB کو بطور مثال لیتے ہوئے، ہم مائبادا کنٹرول کے اقدامات اور SI9000 کے استعمال کی وضاحت کریں گے:

دوسری پرت زمینی طیارہ ہے، پانچویں پرت پاور طیارہ ہے، اور باقی پرتیں سگنل کی تہیں ہیں۔

وضاحت: درمیانی تہوں کے درمیان ڈائی الیکٹرک FR-4 ہے، جس کا ڈائی الیکٹرک مستقل 4.2 ہے۔ اوپر اور نیچے کی تہیں ننگی تہیں ہیں جو ہوا کے ساتھ براہ راست رابطے میں آتی ہیں، اور ہوا کا ڈائی الیکٹرک مستقل 1 ہے۔

پی سی بی کے ڈیزائنرز مائبادی کنٹرول حاصل کرنے کے لیے پی سی بی کے درجہ بندی کی ساخت کو مکمل طور پر استعمال کر سکتے ہیں۔ مختلف سگنل پرتوں کو مختلف پرتوں کی پوزیشنوں میں رکھ کر، انٹرلیئر کیپیسیٹینس اور انڈکٹنس کو مؤثر طریقے سے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ عام طور پر، اندرونی تہہ زیادہ مائبادی والے مواد کا استعمال کرتی ہے اور بیرونی تہہ عکاسی اور کراسسٹالک کے اثرات کو کم کرنے کے لیے کم مائبادی والے مواد کا استعمال کرتی ہے۔

تفریق سگنل ٹرانسمیشن لائنز بہتر مداخلت مخالف صلاحیت اور کم کراسسٹالک رسک فراہم کر سکتی ہیں۔ تفریق سگنل ٹرانسمیشن لائنیں متوازی تاروں کا ایک جوڑا ہے جو مخالف وولٹیجز لیکن برابر سائز کے ہیں، جو بہتر سگنل کی سالمیت اور مداخلت مخالف صلاحیت فراہم کر سکتے ہیں۔ تفریق سگنل ٹرانسمیشن لائنوں کی رکاوٹ کو عام طور پر لائن اسپیسنگ، چوڑائی اور زمینی جہاز کے انتخاب سے کنٹرول کیا جاتا ہے۔

جیومیٹرک پیرامیٹرز جیسے پی سی بی لائن کی چوڑائی، وقفہ کاری اور ترتیب کو بھی رکاوٹ کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ عام مائیکرو سٹریپ لائنوں کے لیے، موٹی لکیر کی چوڑائی اور بڑا فاصلہ رکاوٹ کو کم کر سکتا ہے۔ سماکشیی لکیروں کے لیے، چھوٹے اندرونی لکیروں کے قطر اور بڑی بیرونی لکیر کا ریڈی مائبادا بڑھا سکتا ہے۔ وائرنگ جیومیٹری کے انتخاب کے لیے مخصوص رکاوٹ کی ضروریات اور سگنل فریکوئنسی کی بنیاد پر اصلاح کی ضرورت ہوتی ہے۔

پی سی بی مواد کا ڈائی الیکٹرک مستقل بھی رکاوٹ کو متاثر کرتا ہے۔ مستحکم ڈائی الیکٹرک خصوصیات کے ساتھ مواد کا انتخاب رکاوٹ کنٹرول کا حصہ ہے۔ ہائی فریکوئنسی اور تیز رفتار ایپلی کیشنز میں، عام طور پر استعمال ہونے والے مواد میں FR-4 (گلاس فائبر ریئنفورسڈ بورڈ)، PTFE (polytetrafluoroethylene)، اور RF (ریڈیو فریکوئنسی) لیمینیٹ شامل ہیں۔

پی سی بی کے ڈیزائن سے پہلے، تخروپن اور ڈیزائن ٹولز کا استعمال ڈیزائنرز کو تیزی سے اور درست طریقے سے رکاوٹ کی تصدیق اور اصلاح کرنے میں مدد کر سکتا ہے۔ یہ ٹولز زیادہ سے زیادہ پی سی بی ڈیزائن کے پیرامیٹرز کا تعین کرنے کے لیے سرکٹ کے رویے، سگنل ٹرانسمیشن کے نقصانات اور برقی مقناطیسی تعاملات کی تقلید کر سکتے ہیں۔ کچھ عام سمولیشن ٹولز میں CST Studio Suite، HyperLynx اور ADS شامل ہیں۔

تیز رفتار ڈیجیٹل اور اینالاگ سرکٹس میں پی سی بی مائبادی کنٹرول ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔ معقول درجہ بندی کے ڈیزائن کے ذریعے، ڈیفرینشل سگنل ٹرانسمیشن لائنوں کا استعمال، وائرنگ جیومیٹری کا کنٹرول، مناسب پی سی بی مواد کا انتخاب، اور سمولیشن اور ڈیزائن ٹولز کے استعمال سے، عین مائبادی کنٹرول حاصل کیا جا سکتا ہے، اس طرح سرکٹ کی کارکردگی اور سگنل کی سالمیت کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔