Əslində, çap devre (PCB) elektrik xətti materiallardan hazırlanır, yəni onların empedansı sabit olmalıdır. Bəs niyə bir PCB bir siqnala qeyri -xətilik gətirir? Cavab budur ki, PCB düzeni cərəyanın axdığı yerə nisbətən “məkan olaraq xətti deyil”.

Gücləndiricinin bu və ya digər mənbədən cərəyan alması yükdəki siqnalın ani polaritesindən asılıdır. Cərəyan enerji təchizatından, bypass kondansatöründən, gücləndiricidən yükə axır. Cərəyan daha sonra yük torpaq terminalından (və ya PCB çıxış konnektorunun qoruyucusundan) yenidən torpaq təyyarəsinə, bypass kondansatöründən keçərək və cərəyanı əvvəlcə təmin edən mənbəyə qayıdır.

Empedansdan keçən cərəyanın minimum yolu anlayışı səhvdir. Bütün fərqli empedans yollarında cərəyanın miqdarı onun keçiriciliyi ilə mütənasibdir. Torpaq müstəvisində, çox vaxt torpaq cərəyanının böyük bir hissəsinin axdığı birdən çox aşağı empedanslı yol var: bir yol birbaşa bypass kondansatörünə bağlıdır; Digəri, bypass kondansatörünə çatana qədər giriş müqavimətini həyəcanlandırır. Şəkil 1 bu iki yolu göstərir. Geri axın cərəyanı əslində problemə səbəb olan şeydir.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Bypass kondansatörləri PCB -də fərqli mövqelərdə yerləşdirildikdə, torpaq cərəyanı fərqli yollardan keçərək “məkan xətti olmaması” mənasını verən müvafiq bypass kondansatörlərinə keçir. Torpaq cərəyanının qütb komponentinin əhəmiyyətli bir hissəsi giriş dövrəsinin zəminindən keçirsə, siqnalın yalnız o qütb komponenti pozulur. Torpaq cərəyanının digər polaritesi pozulmazsa, giriş siqnalının gərginliyi qeyri -xətti şəkildə dəyişir. Bir polarite komponenti dəyişdirilərkən digər polarite dəyişməsə təhrif meydana gəlir və çıxış siqnalının ikinci harmonik təhrifi kimi özünü göstərir. Şəkil 2 bu təhrif təsirini şişirdilmiş şəkildə göstərir.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Sinus dalğasının yalnız bir qütb komponenti pozulduqda, yaranan dalğa forması artıq sinus dalğası deyildir. İdeal bir gücləndiricinin 100 ω yüklə simulyasiyası və yük cərəyanının 1 ω rezistor vasitəsilə siqnalın yalnız bir polaritesində torpaq gərginliyinə qoşulması 3-cü nəticə ilə nəticələnir.Fourier çevrilməsi, təhrif dalğa formasının -68 DBC -də demək olar ki, bütün ikinci harmoniklər olduğunu göstərir. Yüksək tezliklərdə, bu səviyyəli birləşmə, bir PCB-nin xüsusi qeyri-xətti təsirlərindən çox istifadə etmədən gücləndiricinin əla təhrif əleyhinə xüsusiyyətlərini məhv edə bilən bir PCB-də asanlıqla yaradılır. Yerdəki cərəyan yolu səbəbiylə tək bir əməliyyat gücləndiricisinin çıxışı təhrif edildikdə, Şəkil 4 -də göstərildiyi kimi, yerüstü cərəyanın axını, bypass döngəsinin yenidən qurulması və giriş cihazından məsafənin saxlanılması ilə tənzimlənə bilər.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Çox gücləndirici çip

Çox gücləndirici çiplərin (iki, üç və ya dörd gücləndirici) problemi, bypass kondansatörünün yerlə əlaqəsini bütün girişdən uzaq tuta bilməməsi ilə müşayiət olunur. Bu xüsusilə dörd gücləndirici üçün doğrudur. Dörd gücləndirici çiplərin hər tərəfində giriş terminalları var, buna görə də giriş kanalının narahatlığını azaldan bypass sxemləri üçün yer yoxdur.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Şəkil 5, dörd gücləndirici quruluşa sadə bir yanaşma göstərir. Əksər cihazlar birbaşa dörd gücləndirici pinə qoşulur. Bir enerji təchizatının torpaq cərəyanı digər kanal enerji təchizatının giriş torpaq gərginliyini və torpaq cərəyanını poza bilər ki, bu da təhrifə səbəb olur. Məsələn, dörd gücləndiricinin kanal 1 -də (+Vs) bypass kondansatörü birbaşa girişinə bitişik yerləşdirilə bilər; (-Vs) bypass kondansatörü paketin digər tərəfinə yerləşdirilə bilər. (+Vs) torpaq cərəyanı kanal 1-i narahat edə bilər, (-vs) torpaq axını isə narahat olmaya bilər.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Bu problemin qarşısını almaq üçün, yer cərəyanının girişi pozmasına icazə verin, ancaq PCB cərəyanının məkan xətti bir şəkildə axmasına icazə verin. Buna nail olmaq üçün, bypass kondansatörü PCB -də (+Vs) və ( – Vs) torpaq cərəyanları eyni yoldan axacaq şəkildə təşkil edilə bilər. Giriş siqnalı pozitiv və mənfi cərəyanlar tərəfindən eyni dərəcədə pozulursa, təhrif olmayacaq. Buna görə də, iki bypass kondansatörünü bir nöqtəni bölüşmək üçün bir -birinin yanında hizalayın. Torpaq cərəyanının iki qütb komponenti eyni nöqtədən gəldiyindən (çıxış konnektoru qoruyucu və ya yük zəmini) və hər ikisi eyni nöqtəyə (bypass kondansatörünün ümumi torpaq bağlantısı) geri axdığı üçün müsbət/mənfi cərəyan keçir. eyni yol. Bir kanalın giriş müqaviməti (+Vs) cərəyanı ilə pozulursa, ( – Vs) cərəyanı da ona eyni təsir göstərir. Qütbdən asılı olmayaraq ortaya çıxan narahatlıq eyni olduğu üçün heç bir təhrif yoxdur, ancaq Şəkil 6 -da göstərildiyi kimi kanalın qazancında kiçik bir dəyişiklik meydana gələcək.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Yuxarıdakı nəticəni yoxlamaq üçün iki fərqli PCB düzeni istifadə edildi: sadə bir düzmə (Şəkil 5) və aşağı təhrifli bir düzən (Şəkil 6). Fairchild yarımkeçirici istifadə edərək FHP3450 dörd əməliyyatlı gücləndiricinin istehsal etdiyi təhrif Cədvəl 1-də göstərilmişdir. FHP3450-nin tipik bant genişliyi 210MHz, yamac 1100V/us, giriş qərəz cərəyanı 100nA və kanal başına işləmə cərəyanı 3.6 mA. Cədvəl 1 -dən göründüyü kimi, kanal nə qədər təhrif olunarsa, bir o qədər yaxşı inkişaf edər, beləliklə dörd kanal performans baxımından təxminən bərabərdir.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Bir PCB -də ideal bir dörd gücləndirici olmadan, tək bir gücləndirici kanalının təsirini ölçmək çətin ola bilər. Aydındır ki, müəyyən bir gücləndirici kanal yalnız öz girişini deyil, digər kanalların girişini də narahat edir. Torpaq cərəyanı bütün fərqli kanal girişlərindən axır və fərqli effektlər verir, lakin ölçülə bilən hər bir çıxışdan təsirlənir.

Cədvəl 2, yalnız bir kanal sürüldükdə digər açılmayan kanallarda ölçülmüş harmonikləri göstərir. Gedilməyən kanal, əsas tezlikdə kiçik bir siqnal (kəsişmə) göstərir, eyni zamanda heç bir əhəmiyyətli fundamental siqnal olmadıqda, yer cərəyanının birbaşa təqdim etdiyi təhrif yaradır. Şəkil 6-dakı aşağı təhrif planı, yerdəki cərəyan təsirinin demək olar ki, aradan qaldırılması səbəbindən ikinci harmonik və ümumi harmonik təhrifin (THD) xüsusiyyətlərinin xeyli yaxşılaşdığını göstərir.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Bu məqalənin xülasəsi

Sadəcə olaraq, bir PCB -də, geri axın cərəyanı fərqli bypass kondansatörlərindən (fərqli enerji təchizatı üçün) və keçiriciliyinə mütənasib olan enerji təchizatının özündən keçir. Yüksək tezlikli siqnal axını yenidən kiçik bypass kondansatörünə axır. Səs siqnalları kimi aşağı tezlikli cərəyanlar əsasən daha böyük bypass kondansatörlərindən axa bilər. Daha aşağı tezlikli cərəyan belə, tam bypass tutumunu “göz ardı edə” bilər və birbaşa yenidən elektrik cərəyanına qayıda bilər. Xüsusi tətbiq, mövcud yolun ən kritik olduğunu təyin edəcək. Xoşbəxtlikdən, ümumi bir yer nöqtəsi və çıxış tərəfində bir yer bypass kondansatörü istifadə edərək bütün torpaq cərəyanı yolunu qorumaq asandır.

HF PCB düzeni üçün qızıl qayda, HF bypass kondansatörünü mümkün qədər qablaşdırılmış güc pininə yaxın tutmaqdır, lakin Şəkil 5 və Şəkil 6 -nın müqayisəsi göstərir ki, təhrif xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün bu qaydanın dəyişdirilməsi o qədər də böyük əhəmiyyət kəsb etmir. Təkmilləşdirilmiş təhrif xüsusiyyətləri, təxminən 0.15 düym yüksək tezlikli bypass kondansatör naqilləri əlavə etmək hesabına gəldi, lakin bu, FHP3450-nin AC reaksiya performansına çox az təsir etdi. PCB düzeni, yüksək keyfiyyətli gücləndiricinin performansını maksimum dərəcədə artırmaq üçün vacibdir və burada müzakirə olunan məsələlər yalnız hf gücləndiriciləri ilə məhdudlaşmır. Səs kimi aşağı tezlikli siqnallar daha sərt təhrif tələblərinə malikdir. Torpaq cərəyanının təsiri aşağı tezliklərdə daha kiçikdir, lakin lazımi təhrif indeksinin buna uyğun olaraq yaxşılaşdırılması hələ də əhəmiyyətli bir problem ola bilər.