Στην πραγματικότητα, τυπωμένου κυκλώματος (PCB) είναι κατασκευασμένα από ηλεκτρικά γραμμικά υλικά, δηλαδή η αντίσταση τους πρέπει να είναι σταθερή. Γιατί λοιπόν ένα PCB εισάγει τη μη γραμμικότητα σε ένα σήμα; Η απάντηση είναι ότι η διάταξη PCB είναι “χωρικά μη γραμμική” σε σχέση με το πού ρέει το ρεύμα.

Το αν ο ενισχυτής λαμβάνει ρεύμα από τη μία ή την άλλη πηγή εξαρτάται από τη στιγμιαία πολικότητα του σήματος στο φορτίο. 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. Σε ένα επίπεδο γείωσης, υπάρχουν συχνά περισσότερες από μία διαδρομές χαμηλής σύνθετης αντίστασης μέσω των οποίων ρέει ένα μεγάλο ποσοστό ρεύματος γείωσης: μία διαδρομή συνδέεται άμεσα με τον πυκνωτή παράκαμψης. Το άλλο διεγείρει την αντίσταση εισόδου έως ότου επιτευχθεί ο πυκνωτής παράκαμψης. Το σχήμα 1 απεικονίζει αυτές τις δύο διαδρομές. The backflow current is what’s really causing the problem.

υποβάλουν

Όταν οι πυκνωτές παράκαμψης τοποθετούνται σε διαφορετικές θέσεις στο PCB, το ρεύμα γείωσης ρέει μέσω διαφορετικών διαδρομών στους αντίστοιχους πυκνωτές παράκαμψης, πράγμα που σημαίνει “χωρική μη γραμμικότητα”. 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. Εάν η άλλη πολικότητα του ρεύματος γείωσης δεν διαταραχθεί, η τάση του σήματος εισόδου αλλάζει με μη γραμμικό τρόπο. Όταν ένα συστατικό πολικότητας αλλάζει αλλά η άλλη πολικότητα δεν αλλάζει, συμβαίνει παραμόρφωση και εκδηλώνεται ως η δεύτερη αρμονική παραμόρφωση του σήματος εξόδου. Το σχήμα 2 δείχνει αυτό το αποτέλεσμα παραμόρφωσης σε υπερβολική μορφή.

υποβάλουν

Όταν διαταράσσεται μόνο ένα πολικό συστατικό του ημιτονοειδούς κύματος, η προκύπτουσα κυματομορφή δεν είναι πλέον ημιτονοειδές κύμα. Η προσομοίωση ενός ιδανικού ενισχυτή με φορτίο 100 ω και η σύζευξη του ρεύματος φορτίου μέσω μιας αντίστασης 1 ω στην τάση γείωσης σε μία μόνο πολικότητα του σήματος, έχει ως αποτέλεσμα το σχήμα 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. Σε υψηλές συχνότητες, αυτό το επίπεδο σύζευξης δημιουργείται εύκολα σε ένα PCB, το οποίο μπορεί να καταστρέψει τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά αντιστρέβλωσης ενός ενισχυτή χωρίς να καταφύγει σε πολλά από τα ειδικά μη γραμμικά αποτελέσματα ενός PCB. 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.

υποβάλουν

Multiamplifier chip

Το πρόβλημα των τσιπ πολλαπλών ενισχυτών (δύο, τριών ή τεσσάρων ενισχυτών) επιδεινώνεται από την αδυναμία διατήρησης της σύνδεσης γείωσης του πυκνωτή παράκαμψης μακριά από ολόκληρη την είσοδο. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τέσσερις ενισχυτές. Τα τσιπ τεσσάρων ενισχυτών έχουν ακροδέκτες εισόδου σε κάθε πλευρά, οπότε δεν υπάρχει χώρος για κυκλώματα παράκαμψης που μετριάζουν τη διαταραχή στο κανάλι εισόδου.

υποβάλουν

Το σχήμα 5 δείχνει μια απλή προσέγγιση σε μια διάταξη τεσσάρων ενισχυτών. Οι περισσότερες συσκευές συνδέονται απευθείας με έναν πείρο τετραπλού ενισχυτή. Το ρεύμα γείωσης μιας τροφοδοσίας μπορεί να διαταράξει την τάση εισόδου γείωσης και το ρεύμα γείωσης της τροφοδοσίας του άλλου καναλιού, με αποτέλεσμα την παραμόρφωση. Για παράδειγμα, ο πυκνωτής παράκαμψης (+Vs) στο κανάλι 1 του τετραπλού ενισχυτή μπορεί να τοποθετηθεί ακριβώς δίπλα στην είσοδό του. Ο πυκνωτής παράκαμψης (-Vs) μπορεί να τοποθετηθεί στην άλλη πλευρά της συσκευασίας. Το (+Vs) ρεύμα γείωσης μπορεί να διαταράξει το κανάλι 1, ενώ το (-vs) ρεύμα γείωσης όχι.

υποβάλουν

Για να αποφύγετε αυτό το πρόβλημα, αφήστε το ρεύμα γείωσης να διαταράξει την είσοδο, αλλά αφήστε το ρεύμα PCB να ρέει με χωρικά γραμμικό τρόπο. Για να επιτευχθεί αυτό, ο πυκνωτής παράκαμψης μπορεί να τοποθετηθεί στο PCB με τέτοιο τρόπο ώστε τα ρεύματα γείωσης (+Vs) και ( – Vs) να ρέουν μέσω της ίδιας διαδρομής. Εάν το σήμα εισόδου διαταραχθεί εξίσου από θετικά και αρνητικά ρεύματα, δεν θα υπάρξει παραμόρφωση. Επομένως, ευθυγραμμίστε τους δύο πυκνωτές παράκαμψης ο ένας δίπλα στον άλλο, έτσι ώστε να μοιράζονται ένα σημείο γείωσης. Επειδή τα δύο πολικά συστατικά του ρεύματος γείωσης προέρχονται από το ίδιο σημείο (η θωράκιση του συνδετήρα εξόδου ή το έδαφος φορτίου) και τα δύο επιστρέφουν στο ίδιο σημείο (η κοινή σύνδεση γείωσης του πυκνωτή παράκαμψης), το θετικό/αρνητικό ρεύμα ρέει το ίδιο μονοπάτι. Εάν η αντίσταση εισόδου ενός καναλιού διαταραχθεί από ρεύμα (+Vs), το ρεύμα ( – Vs) έχει το ίδιο αποτέλεσμα σε αυτό. 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.

υποβάλουν

Για την επαλήθευση του παραπάνω συμπεράσματος, χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές διατάξεις PCB: μια απλή διάταξη (Εικόνα 5) και μια διάταξη χαμηλής παραμόρφωσης (Εικόνα 6). Η παραμόρφωση που παράγεται από τον τετραπλού λειτουργικού ενισχυτή FHP3450 χρησιμοποιώντας ημιαγωγό fairchild φαίνεται στον πίνακα 1. Το τυπικό εύρος ζώνης του FHP3450 είναι 210MHz, η κλίση είναι 1100V/us, το ρεύμα πόλωσης εισόδου είναι 100nA και το ρεύμα λειτουργίας ανά κανάλι είναι 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.

υποβάλουν

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Προφανώς, ένα δεδομένο κανάλι ενισχυτή διαταράσσει όχι μόνο τη δική του είσοδο, αλλά και την είσοδο άλλων καναλιών επίσης. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Ο Πίνακας 2 δείχνει τις αρμονικές που μετρούνται σε άλλα μη καύσιμα κανάλια όταν οδηγείται μόνο ένα κανάλι. Το άναρχο κανάλι εμφανίζει ένα μικρό σήμα (διασταύρωση) στη θεμελιώδη συχνότητα, αλλά παράγει επίσης παραμόρφωση που εισάγεται απευθείας από το ρεύμα της γείωσης απουσία σημαντικού θεμελιώδους σήματος. Η διάταξη χαμηλής παραμόρφωσης στο Σχήμα 6 δείχνει ότι η δεύτερη αρμονική και ολική αρμονική παραμόρφωση (THD) βελτιώνονται σημαντικά λόγω της σχεδόν εξάλειψης του φαινομένου του ρεύματος εδάφους.

υποβάλουν

Σύνοψη αυτού του άρθρου

Με απλά λόγια, σε ένα PCB, το ρεύμα αντίστροφης ροής διέρχεται από διαφορετικούς πυκνωτές παράκαμψης (για διαφορετικά τροφοδοτικά) και από το ίδιο το τροφοδοτικό, το οποίο είναι ανάλογο με την αγωγιμότητά του. Το ρεύμα σήματος υψηλής συχνότητας επιστρέφει στον μικρό πυκνωτή παράκαμψης. Ρεύματα χαμηλής συχνότητας, όπως αυτά των ηχητικών σημάτων, μπορεί να ρέουν κυρίως μέσω μεγαλύτερων πυκνωτών παράκαμψης. Ακόμα και ένα ρεύμα χαμηλότερης συχνότητας μπορεί να “αγνοήσει” την πλήρη χωρητικότητα παράκαμψης και να ρέει απευθείας πίσω στο καλώδιο τροφοδοσίας. Η συγκεκριμένη εφαρμογή θα καθορίσει ποια τρέχουσα διαδρομή είναι πιο κρίσιμη. 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.

Ο χρυσός κανόνας για τη διάταξη PCB HF είναι να διατηρείται ο πυκνωτής παράκαμψης HF όσο το δυνατόν πιο κοντά στη συσκευασμένη ακίδα ισχύος, αλλά μια σύγκριση του σχήματος 5 και του σχήματος 6 δείχνει ότι η τροποποίηση αυτού του κανόνα για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών παραμόρφωσης δεν κάνει μεγάλη διαφορά. Τα βελτιωμένα χαρακτηριστικά παραμόρφωσης ήρθαν εις βάρος της προσθήκης περίπου 0.15 ιντσών καλωδίωσης πυκνωτή παράκαμψης υψηλής συχνότητας, αλλά αυτό είχε μικρό αντίκτυπο στην απόδοση απόκρισης AC του FHP3450. Η διάταξη PCB είναι σημαντική για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης ενός ενισχυτή υψηλής ποιότητας και τα ζητήματα που συζητούνται εδώ δεν περιορίζονται στους ενισχυτές hf. Τα σήματα χαμηλότερης συχνότητας όπως ο ήχος έχουν πολύ πιο αυστηρές απαιτήσεις παραμόρφωσης. Η επίδραση του ρεύματος γείωσης είναι μικρότερη σε χαμηλές συχνότητες, αλλά μπορεί να εξακολουθεί να αποτελεί σημαντικό πρόβλημα εάν ο απαιτούμενος δείκτης παραμόρφωσης βελτιωθεί αναλόγως.