На самай справе, друкаваная плата (Друкаваная плата) зроблены з электрычных лінейных матэрыялаў, гэта значыць іх супраціў павінен быць сталым. 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. Ток паступае ад блока харчавання, праз байпасны кандэнсатар, праз узмацняльнік у нагрузку. Затым ток паступае ад клемы заземлення нагрузкі (або экранавання раздыма друкаванай платы) назад у плоскасць зямлі, праз байпасны кандэнсатар і назад да крыніцы, якая падавала ток.

Канцэпцыя мінімальнага шляху току праз супраціў няправільная. Колькасць току ва ўсіх розных імпедансных трасах прапарцыйная яго праводнасці. У плоскасці зямлі часта існуе больш за адзін нізкаімпедансны шлях, па якім праходзіць вялікая частка току зазямлення: адзін шлях непасрэдна падлучаны да байпаснага кандэнсатару; Іншы ўзбуджае ўваходны рэзістар, пакуль не будзе дасягнуты абходны кандэнсатар. Малюнак 1 ілюструе гэтыя два шляхі. Ток зваротнага патоку – гэта тое, што сапраўды выклікае праблему.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Калі абходныя кандэнсатары размешчаны ў розных пазіцыях на друкаванай плаце, ток зазямлення працякае па розных шляхах да адпаведных абыходных кандэнсатараў, што азначае «прасторавую нелінейнасць». Калі значная частка палярнага кампанента току зазямлення праходзіць праз зямлю ўваходнай ланцуга, парушаецца толькі гэтая палярная складнік сігналу. Калі іншая палярнасць току зазямлення не парушаецца, напружанне ўваходнага сігналу змяняецца нелінейна. 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.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

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.Пераўтварэнне Фур’е паказвае, што сігнал скажэння складае амаль усе другія гармонікі пры -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. Калі выхад аднаго аперацыйнага ўзмацняльніка скажаецца з -за шляху току на зямлю, ток току на зямлю можна рэгуляваць, перабудоўваючы петлю абыходу і захоўваючы адлегласць ад прылады ўводу, як паказана на малюнку 4.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Чып множнага ўзмацняльніка

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.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

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.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

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. Паколькі ў выніку парушэнні аднолькавыя незалежна ад палярнасці, скажэнняў няма, але адбудзецца невялікае змяненне ўзмацнення канала, як паказана на малюнку 6.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

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. Як відаць з табліцы 1, чым больш дэфармаваны канал, тым лепш паляпшэнне, так што чатыры канала практычна роўныя па прадукцыйнасці.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Без ідэальнага чатырох’ядравага ўзмацняльніка на друкаванай плаце вымярэнне эфектаў аднаго канала ўзмацняльніка можа быць цяжкім. Відавочна, што дадзены канал узмацняльніка парушае не толькі яго ўласны ўваход, але і ўваход іншых каналаў. Ток на зямлю праходзіць праз усе ўваходы розных каналаў і вырабляе розныя эфекты, але пад уплывам кожнага выхаду, які можна вымераць.

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.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Рэзюмэ гэтага артыкула

Прасцей кажучы, на друкаванай плаце ток зваротнага патоку працякае праз розныя абыходныя кандэнсатары (для розных блокаў харчавання) і сам крыніца харчавання, што прапарцыянальна яго праводнасці. 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. На шчасце, лёгка абараніць увесь шлях току на зямлю, выкарыстоўваючы агульную кропку зазямлення і кандэнсатар абходу зазямлення на баку вываду.

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.