На самай справе, друкаваная плата (PCB) are made of electrical linear materials, i.e. their impedance should be constant. Дык чаму ж друкаваная плата ўводзіць у сігнал нелінейнасць? Адказ у тым, што макет друкаванай платы “прасторава нелінейны” адносна таго, куды цячэ ток.

Ці будзе ўзмацняльнік атрымліваць ток ад той ці іншай крыніцы, залежыць ад імгненнай палярнасці сігналу на нагрузцы. 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; Іншы ўзбуджае ўваходны рэзістар, пакуль не будзе дасягнуты абходны кандэнсатар. Малюнак 1 ілюструе гэтыя два шляхі. The backflow current is what’s really causing the problem.

прадставіць

Калі абходныя кандэнсатары размешчаны ў розных пазіцыях на друкаванай плаце, ток зазямлення працякае па розных шляхах да адпаведных абыходных кандэнсатараў, што азначае «прасторавую нелінейнасць». 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. Калі адзін кампанент палярнасці зменены, а іншы палярнасці няма, адбываецца скажэнне і выяўляецца як другое гарманічнае скажэнне выхаднога сігналу. На малюнку 2 паказаны гэты эфект скажэння ў перабольшаным выглядзе.

прадставіць

Калі парушаецца толькі адзін палярны кампанент сінусоіды, выніковая форма хвалі больш не з’яўляецца сінусоідай. Імітацыя ідэальнага ўзмацняльніка з нагрузкай 100 ω і падлучэнне току нагрузкі праз рэзістар 1-ω да напружання зямлі толькі на адной палярнасці сігналу прыводзіць да малюнка 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. На высокіх частотах гэты ўзровень сувязі лёгка ствараецца на друкаванай плаце, што можа знішчыць выдатныя характарыстыкі ўзмацняльніка супраць скажэнняў, не звяртаючыся да большай часткі спецыяльных нелінейных эфектаў друкаванай платы. 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.

прадставіць

Multiamplifier chip

Праблема мікраўзмацняльных мікрасхем (двух, трох ці чатырох узмацняльнікаў) ускладняецца немагчымасцю ўтрымліваць зазямленне злучальнага байпаснага кандэнсатара далёка ад усяго ўваходу. Асабліва гэта тычыцца чатырох узмацняльнікаў. Мікрасхемы з чатырох узмацняльнікамі маюць уваходныя клемы з кожнага боку, таму няма месца для байпасных схем, якія змякчаюць перашкоды на ўваходным канале.

прадставіць

На малюнку 5 паказаны просты падыход да кампаноўкі з чатырма ўзмацняльнікамі. Большасць прылад падключаецца непасрэдна да кантакту чатырох’ядравага ўзмацняльніка. Ток зазямлення аднаго блока харчавання можа парушыць уваходнае напружанне зазямлення і ток зазямлення другога канала харчавання, што прывядзе да скажэнняў. Напрыклад, абходны кандэнсатар (+Vs) на канале 1 чатырох’ядравага ўзмацняльніка можа быць размешчаны непасрэдна побач з яго ўваходам; Абходны кандэнсатар (-Vs) можна размясціць на другім баку пакета. Ток зазямлення (+Vs) можа перашкаджаць каналу 1, а ток зямлі (-vs) не.

прадставіць

Каб пазбегнуць гэтай праблемы, хай ток зазямлення перашкаджае ўваходу, але хай ток друкаванай платы працякае прасторава лінейна. Каб дасягнуць гэтага, абходны кандэнсатар можна размясціць на друкаванай плаце такім чынам, каб токі (+Vs) і ( – Vs) праходзілі па адной траекторыі. Калі ўваходны сігнал у роўнай ступені парушаецца станоўчым і адмоўным токам, скажэнне не адбудзецца. Такім чынам, выраўнуйце два байпасных кандэнсатара адзін да аднаго так, каб яны падзялялі кропку зазямлення. Паколькі два палярныя кампаненты току зазямлення зыходзяць з адной кропкі (экран выхаднога раздыма або заземленне нагрузкі) і абодва цякуць назад у адну кропку (агульнае зазямленне злучэння байпаснага кандэнсатара), станоўчы/адмоўны ток працякае праз той жа шлях. Калі ўваходны супраціў канала парушаны токам (+Vs), ток ( – Vs) аказвае на яго такое ж дзеянне. 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.

прадставіць

Для праверкі вышэйзгаданага вываду былі выкарыстаны два розных макета друкаванай платы: просты макет (малюнак 5) і макет з невялікімі скажэннямі (малюнак 6). Скажэнне, якое вырабляецца чатырохразовым аперацыйным узмацняльнікам FHP3450 з выкарыстаннем паўправадніка fairchild, паказана ў табліцы 1. Тыповая паласа прапускання FHP3450 складае 210 МГц, нахіл-1100 В/us, уваходны ток зрушэння-100 нА, а працоўны ток на канал-3.6. ма. 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.

прадставіць

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Відавочна, што дадзены канал узмацняльніка парушае не толькі яго ўласны ўваход, але і ўваход іншых каналаў. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

У табліцы 2 паказаны гармонікі, вымераныя на іншых каналах без прывада, калі працуе толькі адзін канал. Няводны канал адлюстроўвае невялікі сігнал (перакрыжаванне) на асноўнай частаце, але таксама вырабляе скажэнне, непасрэдна ўнесенае токам зазямлення пры адсутнасці якога -небудзь істотнага асноўнага сігналу. Макет з нізкімі скажэннямі на малюнку 6 паказвае, што характарыстыкі другой гармонікі і сумарных гарманічных скажэнняў (THD) значна паляпшаюцца з-за амаль выключэння эфекту току зазямлення.

прадставіць

Рэзюмэ гэтага артыкула

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. Высокачашчынны сігнал току вяртаецца да малога байпаснага кандэнсатару. Нізкачашчынныя токі, напрыклад, гукавых сігналаў, могуць праходзіць у асноўным праз вялікія байпасныя кандэнсатары. Нават ток з больш нізкай частатой можа “ігнараваць” поўную ёмістасць байпаса і паступаць непасрэдна назад да сілкавальніка. Канкрэтнае прыкладанне вызначыць, які бягучы шлях найбольш крытычны. 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.

Залатое правіла для размяшчэння ВЧ друкаванай платы – трымаць ВЧ -абходны кандэнсатар як мага бліжэй да спакаванага штыфта харчавання, але параўнанне малюнкаў 5 і 6 паказвае, што змяненне гэтага правіла для паляпшэння характарыстык скажэнняў не мае вялікага значэння. Палепшаныя характарыстыкі скажэнняў адбыліся за кошт дадання каля 0.15 цалі высокачашчыннай абводной кандэнсатарнай праводкі, але гэта мала паўплывала на характарыстыку пераменнага току FHP3450. Макет друкаванай платы важны для максімальнай прадукцыйнасці высакаякаснага ўзмацняльніка, і абмяркоўваемыя тут пытанні не абмяжоўваюцца толькі ВЧ-узмацняльнікамі. Сігналы больш нізкіх частот, такія як аўдыё, маюць значна больш жорсткія патрабаванні да скажэнняў. Уплыў току на зямлю меншы на нізкіх частотах, але гэта можа па -ранейшаму стаць важнай праблемай, калі неабходны індэкс скажэнняў будзе адпаведна палепшаны.