In werklikheid, printplaat (PCB) are made of electrical linear materials, i.e. their impedance should be constant. Waarom voer ‘n PCB nie -lineariteit in ‘n sein in? Die antwoord is dat die PCB-uitleg ‘ruimtelik nie-lineêr’ is relatief tot waar die stroom vloei.

Of die versterker stroom van die een of ander bron ontvang, hang af van die oombliklike polariteit van die sein op die las. Current flows from the power supply, through the bypass capacitor, through the amplifier into the load. The current then travels from the load ground terminal (or shielding of the PCB output connector) back to the ground plane, through the bypass capacitor, and back to the source that originally supplied the current.

The concept of minimum path of current through impedance is incorrect. The amount of current in all different impedance paths is proportional to its conductivity. In a ground plane, there is often more than one low-impedance path through which a large proportion of ground current flows: one path is directly connected to the bypass capacitor; Die ander maak die insetweerstand opgewonde totdat die bypass -kapasitor bereik is. Figure 1 illustrates these two paths. The backflow current is what’s really causing the problem.

voorlê

As die bypass -kondensators op verskillende posisies op die PCB geplaas word, vloei die aardstroom deur verskillende paaie na die onderskeie bypass -kondensators, wat die betekenis is van “ruimtelike nie -lineariteit”. If a significant portion of a polar component of the ground current flows through the ground of the input circuit, only that polar component of the signal is disturbed. If the other polarity of the ground current is not disturbed, the input signal voltage changes in a nonlinear manner. As die een polariteitskomponent verander word, maar die ander polariteit nie, vind vervorming plaas en manifesteer dit as die tweede harmoniese vervorming van die uitsetsignaal. Figuur 2 toon hierdie vervormingseffek in oordrewe vorm aan.

voorlê

As slegs een polêre komponent van die sinusgolf versteur word, is die gevolglike golfvorm nie meer ‘n sinusgolf nie. Die simulasie van ‘n ideale versterker met ‘n 100-ω las en die koppeling van die lasstroom deur ‘n 1-ω weerstand in die grondspanning op slegs een polariteit van die sein, lei tot figuur 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. By hoë frekwensies word hierdie koppelingsvlak maklik op ‘n PCB gegenereer, wat die uitstekende eienskappe van ‘n versterker teen vervorming kan vernietig sonder om veel van die spesiale nie-lineêre effekte van ‘n PCB te gebruik. When the output of a single operational amplifier is distorted due to the ground current path, the ground current flow can be adjusted by rearranging the bypass loop and maintaining distance from the input device, as shown in Figure 4.

voorlê

Multiamplifier chip

The problem of multi-amplifier chips (two, three, or four amplifiers) is compounded by the inability to keep the ground connection of the bypass capacitor far from the entire input. This is especially true for four amplifiers. Quad-versterker-skyfies het ingangsklemme aan elke kant, dus is daar geen ruimte vir omseilbane wat die versteuring van die ingangskanaal versag nie.

voorlê

Figuur 5 toon ‘n eenvoudige benadering tot ‘n vierversterker-uitleg. Die meeste toestelle maak direk verbinding met ‘n vierversterkerpen. Die grondstroom van die een kragtoevoer kan die ingangsspanning en grondstroom van die ander kanaal se kragtoevoer versteur, wat lei tot vervorming. Die (+Vs) bypass -kondensator op kanaal 1 van die quad -versterker kan byvoorbeeld direk langs die ingang daarvan geplaas word; Die (-Vs) omleidingskondensator kan aan die ander kant van die pakket geplaas word. Die (+Vs) grondstroom kan kanaal 1 versteur, terwyl die (-vs) grondstroom nie.

voorlê

Om hierdie probleem te vermy, laat die grondstroom die inset versteur, maar laat die PCB -stroom ruimtelik lineêr vloei. To achieve this, the bypass capacitor can be arranged on the PCB in such a way that the (+Vs) and (– Vs) ground currents flow through the same path. If the input signal is equally disturbed by positive and negative currents, distortion will not occur. Rig die twee bypass -kondensators dus langs mekaar sodat hulle ‘n grondpunt deel. Omdat die twee polêre komponente van die aardstroom van dieselfde punt afkomstig is (die uitgangskonnector of die lasgrond) en beide terugvloei na dieselfde punt (die gemeenskaplike aardverbinding van die omleidingskondensator), vloei die positiewe/negatiewe stroom deur dieselfde pad. If the input resistance of a channel is disturbed by (+Vs) current, (– Vs) current has the same effect on it. Because the resulting disturbance is the same regardless of the polarity, there is no distortion, but a small change in the gain of the channel will occur, as shown in Figure 6.

voorlê

Om die gevolgtrekking hierbo te verifieer, is twee verskillende PCB-uitlegte gebruik: ‘n eenvoudige uitleg (Figuur 5) en ‘n lae-vervormingsuitleg (Figuur 6). Die vervorming wat deur die FHP3450 vier-operasionele versterker met behulp van fairchild halfgeleier geproduseer word, word in tabel 1. getoon. Die tipiese bandwydte van die FHP3450 is 210MHz, die helling is 1100V/us, die insetspanning is 100nA en die werkstroom per kanaal is 3.6 mA. As can be seen from Table 1, the more distorted the channel, the better the improvement, so that the four channels are nearly equal in performance.

voorlê

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Uiteraard versteur ‘n gegewe versterkerkanaal nie net sy eie insette nie, maar ook die insette van ander kanale. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Tabel 2 toon die harmonieke gemeet op ander ongedrewe kanale wanneer slegs een kanaal aangedryf word. Die ongedraaide kanaal vertoon ‘n klein sein (kruising) by die fundamentele frekwensie, maar produseer ook vervorming wat direk deur die grondstroom ingebring word in die afwesigheid van ‘n beduidende fundamentele sein. Die uitleg met ‘n lae vervorming in figuur 6 toon aan dat die kenmerke van die tweede harmoniese en totale harmoniese vervorming (THD) aansienlik verbeter word as gevolg van die feit dat die aardstroom-effek amper uitgeskakel word.

voorlê

Hierdie artikel opsomming

Simply put, on a PCB, the backflow current flows through different bypass capacitors (for different power supplies) and the power supply itself, which is proportional to its conductivity. Die hoëfrekwensie seinstroom vloei terug na die klein omleidingskondensator. Lae-frekwensie strome, soos die van klankseine, vloei hoofsaaklik deur groter omleidings kapasitors. Selfs ‘n laer frekwensiestroom kan die volle omseilkapasiteit “verontagsaam” en direk na die kragleiding terugvloei. Die spesifieke toepassing sal bepaal watter huidige pad die belangrikste is. Fortunately, it is easy to protect the entire ground current path by using a common ground point and a ground bypass capacitor on the output side.

Die goue reël vir HF PCB -uitleg is om die HF -omleidingskondensator so na as moontlik aan die verpakte kragpen te hou, maar ‘n vergelyking van figuur 5 en figuur 6 toon aan dat die aanpassing van hierdie reël om vervormingseienskappe te verbeter, nie veel verskil maak nie. Die verbeterde vervormingseienskappe kom ten koste van die byvoeging van ongeveer 0.15 duim hoëfrekwensie-omleidings-kondensatorbedrading, maar dit het min invloed op die wisselstroomresponsvermoë van die FHP3450. PCB-uitleg is belangrik om die prestasie van ‘n versterker van hoë gehalte te maksimeer, en die kwessies wat hier bespreek word, is nie beperk tot hf-versterkers nie. Lae frekwensie seine soos klank het baie strengere vervormingsvereistes. The ground current effect is smaller at low frequencies, but it may still be an important problem if the required distortion index is improved accordingly.