Sut i leihau ystumiad harmonig mewn dyluniad PCB?

Yn wir, bwrdd cylched printiedig Mae (PCB) wedi’u gwneud o ddeunyddiau llinellol trydanol, hy dylai eu rhwystriant fod yn gyson. Felly pam mae PCB yn cyflwyno nonlinearity i signal? Yr ateb yw bod cynllun y PCB yn “aflinol yn ofodol” o’i gymharu â lle mae’r cerrynt yn llifo.

Mae p’un a yw’r mwyhadur yn derbyn cerrynt o un ffynhonnell neu’r llall yn dibynnu ar bolaredd ar unwaith y signal ar y llwyth. Mae cerrynt yn llifo o’r cyflenwad pŵer, trwy’r cynhwysydd ffordd osgoi, trwy’r mwyhadur i’r llwyth. Yna mae’r cerrynt yn teithio o’r derfynell ddaear llwyth (neu gysgodi’r cysylltydd allbwn PCB) yn ôl i’r awyren ddaear, trwy’r cynhwysydd ffordd osgoi, ac yn ôl i’r ffynhonnell a gyflenwodd y cerrynt yn wreiddiol.

ipcb

Mae’r cysyniad o lwybr lleiaf cerrynt trwy rwystriant yn anghywir. Mae maint y cerrynt ym mhob llwybr rhwystriant gwahanol yn gymesur â’i ddargludedd. Mewn awyren ddaear, yn aml mae mwy nag un llwybr rhwystriant isel y mae cyfran fawr o gerrynt y ddaear yn llifo trwyddo: mae un llwybr wedi’i gysylltu’n uniongyrchol â’r cynhwysydd ffordd osgoi; Mae’r llall yn cyffroi’r gwrthydd mewnbwn nes cyrraedd y cynhwysydd ffordd osgoi. Mae Ffigur 1 yn dangos y ddau lwybr hyn. Y cerrynt ôl-lif yw’r hyn sy’n achosi’r broblem mewn gwirionedd.

Sut i leihau ystumiad harmonig mewn dyluniad PCB

Pan osodir y cynwysyddion ffordd osgoi mewn gwahanol leoliadau ar y PCB, mae cerrynt y ddaear yn llifo trwy wahanol lwybrau i’r cynwysorau ffordd osgoi priodol, sef ystyr “nonlinearity gofodol”. Os yw cyfran sylweddol o gydran begynol o gerrynt y ddaear yn llifo trwy ddaear y gylched fewnbwn, dim ond y gydran begynol honno o’r signal sy’n cael ei tharfu. Os na aflonyddir ar bolaredd arall cerrynt y ddaear, mae foltedd y signal mewnbwn yn newid mewn modd aflinol. Pan fydd un gydran polaredd yn cael ei newid ond nad yw’r polaredd arall, mae ystumiad yn digwydd ac yn cael ei amlygu fel ail ystumiad harmonig y signal allbwn. Mae Ffigur 2 yn dangos yr effaith ystumio hon ar ffurf gorliwio.

Sut i leihau ystumiad harmonig mewn dyluniad PCB

Pan aflonyddir ar ddim ond un gydran begynol o’r don sin, nid yw’r donffurf sy’n deillio ohoni bellach yn don sin. Mae efelychu mwyhadur delfrydol gyda llwyth 100-ω a chyplysu’r cerrynt llwyth trwy wrthydd 1-ω i’r foltedd daear ar un polaredd yn unig o’r signal, yn arwain at ffigur 3.Mae trawsnewidiad Fourier yn dangos bod y donffurf ystumio bron yr ail harmonig yn -68 DBC. Ar amleddau uchel, mae’n hawdd cynhyrchu’r lefel hon o gyplu ar PCB, a all ddinistrio nodweddion gwrth-ystumio rhagorol mwyhadur heb droi at lawer o effeithiau aflinol arbennig PCB. Pan fydd allbwn mwyhadur gweithredol sengl yn cael ei ystumio oherwydd llwybr cerrynt y ddaear, gellir addasu llif cerrynt y ddaear trwy aildrefnu’r ddolen ffordd osgoi a chynnal pellter o’r ddyfais fewnbwn, fel y dangosir yn Ffigur 4.

Sut i leihau ystumiad harmonig mewn dyluniad PCB

Sglodyn Multiamplifier

Mae problem sglodion aml-fwyhadur (dau, tri, neu bedwar chwyddseinydd) yn cael ei gwaethygu gan yr anallu i gadw cysylltiad daear y cynhwysydd ffordd osgoi ymhell o’r mewnbwn cyfan. Mae hyn yn arbennig o wir ar gyfer pedwar chwyddseinydd. Mae gan sglodion mwyhadur cwad derfynellau mewnbwn ar bob ochr, felly nid oes lle i gylchedau ffordd osgoi sy’n lliniaru aflonyddwch i’r sianel fewnbwn.

Sut i leihau ystumiad harmonig mewn dyluniad PCB

Mae Ffigur 5 yn dangos dull syml o osod cynllun pedwar mwyhadur. Mae’r rhan fwyaf o ddyfeisiau’n cysylltu’n uniongyrchol â phin mwyhadur cwad. Gall cerrynt daear un cyflenwad pŵer darfu ar foltedd daear mewnbwn a cherrynt daear y cyflenwad pŵer sianel arall, gan arwain at ystumio. Er enghraifft, gellir gosod y cynhwysydd ffordd osgoi (+ Vs) ar sianel 1 y mwyhadur cwad yn union wrth ymyl ei fewnbwn; Gellir gosod y cynhwysydd ffordd osgoi (-Vs) yr ochr arall i’r pecyn. Gall y cerrynt daear (+ Vs) darfu ar sianel 1, tra na fydd y cerrynt daear (-vs) yn gwneud hynny.

Sut i leihau ystumiad harmonig mewn dyluniad PCB

Er mwyn osgoi’r broblem hon, gadewch i’r cerrynt daear darfu ar y mewnbwn, ond gadewch i’r cerrynt PCB lifo mewn dull llinellol ofodol. I gyflawni hyn, gellir trefnu’r cynhwysydd ffordd osgoi ar y PCB yn y fath fodd fel bod y ceryntau daear (+ Vs) a (- Vs) yn llifo trwy’r un llwybr. Os yw’r ceryntau positif a negyddol yn tarfu ar yr un signal, ni fydd ystumiad yn digwydd. Felly, aliniwch y ddau gynhwysydd ffordd osgoi wrth ymyl ei gilydd fel eu bod yn rhannu pwynt daear. Oherwydd bod dwy gydran begynol cerrynt y ddaear yn dod o’r un pwynt (y cysylltydd allbwn yn cysgodi neu’r ddaear llwyth) ac mae’r ddau yn llifo yn ôl i’r un pwynt (cysylltiad daear cyffredin y cynhwysydd ffordd osgoi), mae’r cerrynt positif / negyddol yn llifo trwyddo. yr un llwybr. Os yw cerrynt (+ Vs) yn tarfu ar wrthwynebiad mewnbwn sianel, mae cerrynt (- Vs) yn cael yr un effaith arni. Oherwydd bod yr aflonyddwch sy’n deillio o hyn yr un fath waeth beth yw’r polaredd, nid oes ystumiad, ond bydd newid bach yn enillion y sianel, fel y dangosir yn Ffigur 6.

Sut i leihau ystumiad harmonig mewn dyluniad PCB

I wirio’r casgliad uchod, defnyddiwyd dau gynllun PCB gwahanol: cynllun syml (Ffigur 5) a chynllun ystumio isel (Ffigur 6). Dangosir yr ystumiad a gynhyrchir gan y mwyhadur cwad-weithredol FHP3450 gan ddefnyddio lled-ddargludydd fairchild yn nhabl 1. Lled band nodweddiadol yr FHP3450 yw 210MHz, y llethr yw 1100V / ni, y cerrynt gogwydd mewnbwn yw 100nA, a’r cerrynt gweithredu fesul sianel yw 3.6 mA. Fel y gwelir yn Nhabl 1, po fwyaf ystumiedig y sianel, y gorau fydd y gwelliant, fel bod y pedair sianel bron yn gyfartal o ran perfformiad.

Sut i leihau ystumiad harmonig mewn dyluniad PCB

Heb fwyhadur cwad delfrydol ar PCB, gall fod yn anodd mesur effeithiau un sianel mwyhadur. Yn amlwg, mae sianel mwyhadur penodol yn tarfu nid yn unig ar ei mewnbwn ei hun, ond ar fewnbwn sianeli eraill hefyd. Mae cerrynt y ddaear yn llifo trwy’r holl wahanol fewnbynnau sianel ac yn cynhyrchu gwahanol effeithiau, ond mae pob allbwn yn dylanwadu arno, sy’n fesuradwy.

Mae Tabl 2 yn dangos y harmonigau a fesurir ar sianeli undriven eraill pan mai dim ond un sianel sy’n cael ei gyrru. Mae’r sianel undriven yn arddangos signal bach (crosstalk) ar yr amledd sylfaenol, ond mae hefyd yn cynhyrchu ystumiad a gyflwynir yn uniongyrchol gan y cerrynt daear yn absenoldeb unrhyw signal sylfaenol sylweddol. Mae’r cynllun ystumio isel yn Ffigur 6 yn dangos bod yr ail nodweddion ystumio harmonig a chyfanswm ystumio harmonig (THD) wedi’u gwella’n fawr oherwydd bod effaith gyfredol y ddaear bron â chael ei dileu.

Sut i leihau ystumiad harmonig mewn dyluniad PCB

Crynodeb o’r erthygl hon

Yn syml, ar PCB, mae’r cerrynt ôl-lif yn llifo trwy wahanol gynwysyddion ffordd osgoi (ar gyfer gwahanol gyflenwadau pŵer) a’r cyflenwad pŵer ei hun, sy’n gymesur â’i ddargludedd. Mae’r cerrynt signal amledd uchel yn llifo yn ôl i’r cynhwysydd ffordd osgoi bach. Gall ceryntau amledd isel, fel rhai signalau sain, lifo’n bennaf trwy gynwysyddion ffordd osgoi mwy. Gall hyd yn oed cerrynt amledd is “ddiystyru” cynhwysedd y ffordd osgoi lawn a llifo’n uniongyrchol yn ôl i’r plwm pŵer. Bydd y cymhwysiad penodol yn penderfynu pa lwybr cyfredol sydd fwyaf hanfodol. Yn ffodus, mae’n hawdd amddiffyn llwybr cerrynt cyfan y ddaear trwy ddefnyddio pwynt daear cyffredin a chynhwysydd ffordd osgoi daear ar yr ochr allbwn.

Y rheol euraidd ar gyfer cynllun HF PCB yw cadw’r cynhwysydd ffordd osgoi HF mor agos at y pin pŵer wedi’i becynnu â phosibl, ond mae cymhariaeth o Ffigur 5 a Ffigur 6 yn dangos nad yw addasu’r rheol hon i wella nodweddion ystumio yn gwneud llawer o wahaniaeth. Daeth y nodweddion ystumio gwell ar draul ychwanegu tua 0.15 modfedd o weirio cynhwysydd ffordd osgoi amledd uchel, ond ni chafodd hyn fawr o effaith ar berfformiad ymateb AC yr FHP3450. Mae cynllun PCB yn bwysig i gynyddu perfformiad mwyhadur o ansawdd uchel i’r eithaf, ac nid yw’r materion a drafodir yma yn gyfyngedig i fwyhaduron hf. Mae gan signalau amledd is fel sain ofynion ystumio llawer llymach. Mae’r effaith gyfredol ar y ddaear yn llai ar amleddau isel, ond gall fod yn broblem bwysig o hyd os yw’r mynegai ystumio gofynnol yn cael ei wella yn unol â hynny.