In werklikheid, printplaat (PCB) is gemaak van elektriese lineêre materiale, dws die impedansie daarvan moet konstant wees. 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. Stroom vloei uit die kragtoevoer, deur die bypass -kondensator, deur die versterker na die las. Die stroom beweeg dan van die laaigrondterminaal (of afskerming van die PCB -uitgangskonnekteerder) terug na die grondvlak, deur die omleidingskondensator, en terug na die bron wat die stroom oorspronklik verskaf het.

Die konsep van die minimum pad van stroom deur impedansie is verkeerd. Die hoeveelheid stroom in alle verskillende impedansiepaaie is eweredig aan die geleidingsvermoë daarvan. In ‘n grondvlak is daar dikwels meer as een lae-impedansie pad waardeur ‘n groot deel grondstroom vloei: een pad is direk verbind met die omleidingskondensator; Die ander maak die insetweerstand opgewonde totdat die bypass -kapasitor bereik is. Figuur 1 illustreer hierdie twee paaie. Die terugvloeistroom is die oorsaak van die probleem.

Hoe om harmoniese vervorming in PCB -ontwerp te verminder

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”. As ‘n beduidende deel van ‘n poolkomponent van die grondstroom deur die grond van die ingangskring vloei, word slegs die polêre komponent van die sein versteur. As die ander polariteit van die grondstroom nie versteur word nie, verander die ingangsein se spanning nie -lineêr. 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.

Hoe om harmoniese vervorming in PCB -ontwerp te verminder

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 -transformasie toon aan dat die vervormingsgolfvorm byna al die tweede harmonieke by -68 DBC is. 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. As die uitset van ‘n enkele operasionele versterker as gevolg van die grondstroompad verdraai word, kan die grondstroomvloei aangepas word deur die omleidingslus te herrangskik en afstand van die invoertoestel te handhaaf, soos in figuur 4 getoon.

Hoe om harmoniese vervorming in PCB -ontwerp te verminder

Vermenigvuldiger chip

Die probleem van multi-versterker-skyfies (twee, drie of vier versterkers) word vererger deur die onvermoë om die grondverbinding van die omleidings-kondensator ver van die hele invoer te hou. Dit geld veral vir vier versterkers. Quad-versterker-skyfies het ingangsklemme aan elke kant, dus is daar geen ruimte vir omseilbane wat die versteuring van die ingangskanaal versag nie.

Hoe om harmoniese vervorming in PCB -ontwerp te verminder

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.

Hoe om harmoniese vervorming in PCB -ontwerp te verminder

Om hierdie probleem te vermy, laat die grondstroom die inset versteur, maar laat die PCB -stroom ruimtelik lineêr vloei. Om dit te bereik, kan die bypass -kondensator op die PCB so gerangskik word dat die (+Vs) en ( – Vs) grondstrome deur dieselfde pad vloei. As die insetsein ewe versteur word deur positiewe en negatiewe strome, sal vervorming nie plaasvind nie. 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. As die insetweerstand van ‘n kanaal deur (+Vs) stroom versteur word, het ( – Vs) stroom dieselfde uitwerking daarop. Omdat die gevolglike versteuring dieselfde is, ongeag die polariteit, is daar geen vervorming nie, maar ‘n klein verandering in die versterking van die kanaal sal plaasvind, soos getoon in figuur 6.

Hoe om harmoniese vervorming in PCB -ontwerp te verminder

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. Soos uit tabel 1 blyk, hoe meer verwronge die kanaal, hoe beter is die verbetering, sodat die vier kanale byna gelyk is aan prestasie.

Hoe om harmoniese vervorming in PCB -ontwerp te verminder

Sonder ‘n ideale vierversterker op ‘n PCB kan dit moeilik wees om die effek van ‘n enkele versterkerkanaal te meet. Uiteraard versteur ‘n gegewe versterkerkanaal nie net sy eie insette nie, maar ook die insette van ander kanale. Die aardstroom vloei deur al die verskillende kanaalinsette en lewer verskillende effekte, maar word beïnvloed deur elke uitset, wat meetbaar is.

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.

Hoe om harmoniese vervorming in PCB -ontwerp te verminder

Hierdie artikel opsomming

Eenvoudig gestel, op ‘n PCB vloei die terugstroomstroom deur verskillende bypass -kondensators (vir verskillende kragtoevoer) en die kragtoevoer self, wat eweredig is aan sy geleidingsvermoë. 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. Gelukkig is dit maklik om die hele grondstroombaan te beskerm deur ‘n gemeenskaplike grondpunt en ‘n grondomleidingskondensator aan die uitvoerkant te gebruik.

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. Die aardstroom -effek is kleiner by lae frekwensies, maar dit kan steeds ‘n belangrike probleem wees as die vereiste vervormingsindeks dienooreenkomstig verbeter word.