Tegelikult trükkplaat (PCB) on valmistatud elektrilistest lineaarsetest materjalidest, st nende takistus peaks olema konstantne. Miks lisab PCB signaali mittelineaarsuse? Vastus on see, et trükkplaatide paigutus on „ruumiliselt mittelineaarne” selle suhtes, kus vool liigub.

See, kas võimendi saab voolu ühest või teisest allikast, sõltub koormusel oleva signaali hetkelisest polaarsusest. Vool voolab toiteallikast läbi möödaviigu kondensaatori, läbi võimendi koormusse. 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. Maandustasandil on sageli rohkem kui üks väikese takistusega rada, mille kaudu voolab suur osa maandusvoolust: üks rada on otse ühendatud möödavoolukondensaatoriga; Teine ergastab sisendtakistit, kuni möödavoolukondensaator on saavutatud. Joonis 1 illustreerib neid kahte rada. Tagasivoolu vool on see, mis probleemi tegelikult põhjustab.

esitama

Kui möödavoolukondensaatorid paigutatakse trükkplaadile erinevatesse kohtadesse, voolab maandusvool läbi erinevate radade vastavatele möödavoolukondensaatoritele, mis tähendab „ruumilist mittelineaarsust”. 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. Kui maandusvoolu muud polaarsust ei rikuta, muutub sisendsignaali pinge mittelineaarselt. Kui ühte polaarsuskomponenti muudetakse, teist aga mitte, tekib moonutus ja see avaldub väljundsignaali teise harmoonilise moonutusena. Joonis 2 näitab seda moonutavat efekti liialdatud kujul.

esitama

Kui siinuslaine ainult üks polaarne komponent on häiritud, ei ole saadud lainekuju enam siinuslaine. Ideaalse võimendi simuleerimine 100 ω koormusega ja koormusvoolu ühendamine läbi 1 ω takisti maanduspingesse ainult ühel signaali polaarsusel annab tulemuseks joonise 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. Kõrgetel sagedustel genereeritakse seda tüüpi sidestus kergesti PCB-l, mis võib hävitada võimendi suurepärased moonutustevastased omadused ilma, et kasutataks palju PCB mittelineaarseid eriefekte. 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.

esitama

Multiamplifier chip

Mitme võimendiga kiipide (kahe, kolme või nelja võimendi) probleemi lisab võimetus hoida möödaviigukondensaatori maaühendust kogu sisendist kaugel. See kehtib eriti nelja võimendi kohta. Neljavõimendusega kiipidel on mõlemal küljel sisendklemmid, seega pole ruumi sisendkanali häireid leevendavatele möödavooluahelatele.

esitama

Joonis 5 näitab lihtsat lähenemist nelja võimendi paigutusele. Enamik seadmeid ühendatakse otse nelivõimendiga. Ühe toiteploki maandusvool võib häirida teise kanali toiteallika sisendpinget ja maandusvoolu, põhjustades moonutusi. Näiteks (+Vs) möödavoolukondensaatori neljavõimendi kanalil 1 saab paigutada otse selle sisendi kõrvale; (-Vs) möödavoolukondensaatori saab paigutada pakendi teisele küljele. (+Vs) maandusvool võib häirida kanalit 1, samas kui (-vs) maandusvool ei pruugi seda teha.

esitama

Selle probleemi vältimiseks laske maandusvoolul sisendit häirida, kuid laske PCB voolul voolata ruumiliselt lineaarselt. Selle saavutamiseks saab möödavoolukondensaatori trükkplaadile paigutada nii, et (+Vs) ja ( – Vs) maandusvool voolavad sama rada. Kui sisendsignaali häirivad võrdselt positiivsed ja negatiivsed voolud, ei teki moonutusi. Seetõttu joondage kaks möödavoolukondensaatorit üksteise kõrvale nii, et neil oleks ühine maanduspunkt. Kuna maandusvoolu kaks polaarset komponenti pärinevad samast punktist (väljundpistiku varjestus või koormusmaa) ja mõlemad voolavad tagasi samasse punkti (möödavoolukondensaatori ühine maaühendus), voolab positiivne/negatiivne vool läbi sama rada. Kui kanali sisendtakistust häirib (+Vs) vool, mõjutab ( – Vs) vool seda sama. 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.

esitama

Ülaltoodud järelduse kontrollimiseks kasutati kahte erinevat trükkplaadi paigutust: lihtne paigutus (joonis 5) ja vähese moonutusega paigutus (joonis 6). FHP3450 nelja operatiivvõimendi tekitatud moonutused, kasutades õiglase lapse pooljuhti, on näidatud tabelis 1. FHP3450 tüüpiline ribalaius on 210 MHz, kalle 1100 V/us, sisendpingevool on 100 nA ja töövool kanali kohta on 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.

esitama

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Ilmselgelt ei häiri antud võimendi kanal mitte ainult enda, vaid ka teiste kanalite sisendit. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Tabelis 2 on näidatud harmoonilised mõõtmised, mis on mõõdetud teistel juhtimata kanalitel, kui juhitakse ainult ühte kanalit. Juhtimata kanal kuvab põhisagedusel väikese signaali (ülejooksu), kuid tekitab ka olulise põhisignaali puudumisel moonutusi, mille põhjustab otse maandusvool. Madala moonutusega paigutus joonisel 6 näitab, et maapealse voolu efekti peaaegu kõrvaldamise tõttu on teise harmoonilise ja täieliku harmoonilise moonutuse (THD) omadused oluliselt paranenud.

esitama

Selle artikli kokkuvõte

Lihtsamalt öeldes voolab tagasivoolu vool läbi erinevate möödavoolukondensaatorite (erinevate toiteallikate jaoks) ja toiteallika enda, mis on proportsionaalne selle juhtivusega. Kõrgsageduslik signaalivool voolab tagasi väikesesse möödavoolukondensaatorisse. Madala sagedusega voolud, näiteks helisignaalid, võivad voolata peamiselt suuremate möödavoolukondensaatorite kaudu. Isegi madalama sagedusega vool võib “ignoreerida” täielikku möödaviigu mahtuvust ja voolata otse toitejuhtmesse. Konkreetne rakendus määrab kindlaks, milline praegune tee on kõige kriitilisem. 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.

Kõrgsagedusliku trükkplaadi paigutuse kuldreegel on hoida kõrgsagedusvoolu möödavoolukondensaator võimalikult lähedal pakendatud toitepistikule, kuid joonise 5 ja joonise 6 võrdlus näitab, et selle reegli muutmine moonutusomaduste parandamiseks ei muuda palju. Paranenud moonutusomadused tulid umbes 0.15 tolli kõrgsagedusliku möödavoolukondensaatori juhtmestiku lisamise arvelt, kuid see ei mõjutanud FHP3450 vahelduvvoolu reageerimisvõimet. PCB paigutus on oluline kvaliteetse võimendi jõudluse maksimeerimiseks ja siin käsitletavad probleemid ei piirdu ainult hf-võimenditega. Madalama sagedusega signaalidel, nagu heli, on palju rangemad moonutusnõuded. Maandusvoolu efekt on madalatel sagedustel väiksem, kuid see võib siiski olla oluline probleem, kui nõutavat moonutusindeksit vastavalt parandada.