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. Seejärel liigub vool koormuse maandusklemmist (või trükkplaadi väljundpistiku varjestusest) tagasi maandustasandile, möödaviigu kondensaatori kaudu, ja tagasi allikasse, mis algselt voolu tarnis.

Mõiste minimaalsest vooluteest läbi impedantsi on vale. Vooluhulk kõikidel erinevatel takistusteedel on võrdeline selle juhtivusega. 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.

Kuidas vähendada harmoonilisi moonutusi PCB kujunduses

Kui möödavoolukondensaatorid paigutatakse trükkplaadile erinevatesse kohtadesse, voolab maandusvool läbi erinevate radade vastavatele möödavoolukondensaatoritele, mis tähendab „ruumilist mittelineaarsust”. Kui märkimisväärne osa maandusvoolu polaarsest komponendist voolab läbi sisendahela maanduse, on häiritud ainult see signaali polaarne komponent. 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.

Kuidas vähendada harmoonilisi moonutusi PCB kujunduses

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 ‘teisendus näitab, et moonutuse lainekuju on peaaegu kõik teised harmoonilised temperatuuril -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. Kui ühe operatsioonivõimendi väljund on maandusvoolu raja tõttu moonutatud, saab maandusvoolu reguleerida ümbersõiduahela ümberkorraldamisega ja sisendseadmest kauguse säilitamisega, nagu on näidatud joonisel 4.

Kuidas vähendada harmoonilisi moonutusi PCB kujunduses

Multivõimendi kiip

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.

Kuidas vähendada harmoonilisi moonutusi PCB kujunduses

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.

Kuidas vähendada harmoonilisi moonutusi PCB kujunduses

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. Kuna sellest tulenev häire on polaarsusest sõltumata sama, siis moonutusi ei toimu, kuid kanali võimenduses toimub väike muutus, nagu on näidatud joonisel 6.

Kuidas vähendada harmoonilisi moonutusi PCB kujunduses

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. Nagu tabelist 1 näha, mida rohkem moonutatud kanal, seda parem on paranemine, nii et neli kanalit on jõudlusega peaaegu võrdsed.

Kuidas vähendada harmoonilisi moonutusi PCB kujunduses

Kui PCB -l pole ideaalset nelja võimendit, võib ühe võimendi kanali mõju mõõtmine olla keeruline. Ilmselgelt ei häiri antud võimendi kanal mitte ainult enda, vaid ka teiste kanalite sisendit. Maandusvool voolab läbi erinevate kanalite sisendite ja tekitab erinevaid efekte, kuid seda mõjutab iga väljund, mis on mõõdetav.

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.

Kuidas vähendada harmoonilisi moonutusi PCB kujunduses

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. Õnneks on kogu maandusvoolu rada lihtne kaitsta, kasutades väljundpoolset ühist maanduspunkti ja maandusvoolu kondensaatorit.

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.