Zapravo, štampana ploča (PCB) izrađeni su od električnih linearnih materijala, odnosno njihova impedancija treba biti konstantna. Pa zašto PCB uvodi nelinearnost u signal? Odgovor je da je raspored PCB-a “prostorno nelinearan” u odnosu na mjesto gdje struja teče.

Hoće li pojačalo primati struju iz jednog ili drugog izvora ovisi o trenutnom polaritetu signala na opterećenju. Struja teče iz napajanja, preko bypass kondenzatora, kroz pojačalo u opterećenje. 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. U ravnini uzemljenja često postoji više od jedne nisko impedancijske staze kroz koju protiče veliki dio struje uzemljenja: jedna staza je izravno spojena na zaobilazni kondenzator; Drugi uzbuđuje ulazni otpornik sve dok se ne dosegne kondenzator premosnice. Slika 1 prikazuje ove dvije staze. Struja povratnog toka je ono što zaista uzrokuje problem.

podnijeti

Kada se zaobilazni kondenzatori postave na različite položaje na PCB -u, struja uzemljenja teče različitim putevima do odgovarajućih zaobilaznih kondenzatora, što znači “prostorna nelinearnost”. 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. Ako se ne poremeti drugi polaritet struje uzemljenja, napon ulaznog signala se mijenja na nelinearan način. Kada se promijeni jedna komponenta polariteta, a druga nije, dolazi do izobličenja koje se očituje kao drugo harmoničko izobličenje izlaznog signala. Slika 2 prikazuje ovaj efekt izobličenja u pretjeranom obliku.

podnijeti

Kada je poremećena samo jedna polarna komponenta sinusnog vala, rezultirajući valni oblik više nije sinusni val. Simulacija idealnog pojačala s opterećenjem od 100 ω i spajanje struje opterećenja kroz otpornik od 1 ω u napon uzemljenja na samo jednom polaritetu signala rezultira slikom 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. Na visokim frekvencijama, ovaj nivo sprega se lako generira na PCB-u, što može uništiti izvrsne karakteristike protiv izobličenja pojačala bez pribjegavanja većini posebnih nelinearnih efekata PCB-a. 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.

podnijeti

Multiamplifier chip

Problem čipova s ​​više pojačala (dva, tri ili četiri pojačala) pogoršan je nemogućnošću da se veza uzemljenja kondenzatora zaobilaznice zadrži daleko od cijelog ulaza. Ovo se posebno odnosi na četiri pojačala. Čipovi sa četiri pojačala imaju ulazne priključke sa svake strane, tako da nema mjesta za zaobilazna kola koja umanjuju smetnje na ulaznom kanalu.

podnijeti

Slika 5 prikazuje jednostavan pristup rasporedu s četiri pojačala. Većina uređaja se spaja direktno na pin četvero pojačala. Struja uzemljenja jednog izvora napajanja može poremetiti ulazni napon uzemljenja i struju uzemljenja drugog kanala napajanja, što može dovesti do izobličenja. Na primjer, (+Vs) zaobilazni kondenzator na kanalu 1 četverostrukog pojačala može se postaviti neposredno uz njegov ulaz; (-Vs) bypass kondenzator može se postaviti na drugu stranu pakovanja. Struja uzemljenja (+Vs) može ometati kanal 1, dok struja uzemljenja (-vs) ne mora.

podnijeti

Da biste izbjegli ovaj problem, dopustite da struja uzemljenja ometa ulaz, ali neka struja PCB -a teče prostorno linearno. Da bi se to postiglo, zaobilazni kondenzator može se postaviti na PCB na takav način da (+Vs) i ( – Vs) struje uzemljenja teku istim putem. Ako ulazni signal podjednako ometaju pozitivna i negativna struja, neće doći do izobličenja. Stoga poravnajte dva zaobilazna kondenzatora jedan do drugog tako da dijele uzemljenje. Budući da dvije polarne komponente struje uzemljenja dolaze iz iste točke (zaštita izlaznog konektora ili masa opterećenja) i obje teku natrag u istu točku (zajedničko uzemljenje veze zaobilaznog kondenzatora), pozitivna/negativna struja teče kroz istim putem. Ako ulazni otpor kanala ometa (+Vs) struja, ( – Vs) struja ima isti učinak na nju. 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.

podnijeti

Za provjeru gornjeg zaključka korištena su dva različita rasporeda PCB-a: jednostavan izgled (slika 5) i izgled s niskim izobličenjem (slika 6). Izobličenje koje proizvodi četverooperacijsko pojačalo FHP3450 pomoću fairchild poluvodiča prikazano je u tablici 1. Tipična širina pojasa FHP3450 je 210MHz, nagib je 1100V/us, ulazna struja pristranosti 100nA, a radna struja po kanalu je 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.

podnijeti

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Očigledno, dati kanal pojačala ne ometa samo svoj ulaz, već i ulaz drugih kanala. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Tablica 2 prikazuje harmonike izmjerene na drugim neukrštenim kanalima kada se pokreće samo jedan kanal. Nedefinirani kanal prikazuje mali signal (preslušavanje) na osnovnoj frekvenciji, ali također proizvodi izobličenja koja direktno unosi struja uzemljenja u odsustvu bilo kakvog značajnog fundamentalnog signala. Raspored s niskim izobličenjem na slici 6 pokazuje da su karakteristike drugog harmonika i totalnog harmonijskog izobličenja (THD) značajno poboljšane zbog skoro eliminiranja efekta uzemljenja.

podnijeti

Sažetak ovog članka

Jednostavno rečeno, na PCB -u struja povratnog toka protiče kroz različite zaobilazne kondenzatore (za različita napajanja) i samo napajanje, što je proporcionalno njegovoj vodljivosti. Struja visokofrekventnog signala teče natrag u mali zaobilazni kondenzator. Struje niske frekvencije, poput onih audio signala, mogu protjecati prvenstveno kroz veće zaobilazne kondenzatore. Čak i struja niže frekvencije može “zanemariti” puni kapacitet premosnice i teći direktno natrag do napajanja. Određena aplikacija će odrediti koji je trenutni put najkritičniji. 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.

Zlatno pravilo za raspored VF PCB -a je držati HF premosnički kondenzator što bliže zapakiranom priključku za napajanje, ali usporedba slika 5 i 6 pokazuje da izmjena ovog pravila radi poboljšanja karakteristika izobličenja nema velike razlike. Poboljšane karakteristike izobličenja nastale su na račun dodavanja oko 0.15 inča visokofrekventnog zaobilaznog ožičenja kondenzatora, ali to je imalo mali utjecaj na performanse odziva izmjenične struje FHP3450. Raspored PCB-a važan je za maksimiziranje performansi visokokvalitetnog pojačala, a pitanja o kojima se ovdje govori nisu ograničena samo na VF pojačala. Signali niže frekvencije, poput zvuka, imaju mnogo strože zahtjeve za izobličenje. Učinak struje uzemljenja je manji na niskim frekvencijama, ali može i dalje predstavljati veliki problem ako se odgovarajući indeks izobličenja na odgovarajući način poboljša.