Hain zuzen ere, inprimatutako zirkuitu taula (PCB) material lineal elektrikoz osatuta daude, hau da, haien inpedantziak konstanteak izan beharko lirateke. Orduan, zergatik sartzen du PCBak linealtasuna ez den seinale batean? Erantzuna da PCBaren diseinua “espazialki ez lineala” dela korrontea nondik norakoarekiko.

Anplifikadoreak iturri batetik edo bestetik korrontea jasotzen duen ala ez kargako seinalearen berehalako polaritatearen araberakoa da. Korrontea korronte-iturritik igarotzen da, saihesbide-kondentsadorearen bidez, anplifikadorearen bidez kargara. Orduan, korrontea kargaren lurreko terminaletik (edo PCB irteerako konektorearen apainketatik) lurreko planora itzuliko da, saihesbide kondentsadoretik, eta jatorriz korrontea hornitzen zuen iturrira itzuliko da.

Inpedantziaren bidez korrontearen gutxieneko bidea kontzeptua ez da zuzena. Inpedantzia bide guztietan korronte kopurua bere eroankortasunaren proportzionala da. Lurreko plano batean, inpedantzia txikiko bide bat baino gehiago egon ohi da, lurreko korronte proportzio handi bat igarotzen baita: bide bat zuzenean dago lotuta saihesbidearen kondentsadorearekin; Besteak sarrerako erresistentzia kitzikatzen du saihesbide kondentsadorera iritsi arte. 1. irudiak bi bide horiek erakusten ditu. Atzera-korrontea da arazoa eragiten duena.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Saihesbide kondentsadoreak PCBaren posizio desberdinetan jartzen direnean, lurreko korrontea bide desberdinetatik igarotzen da dagozkien saihesbide kondentsadoreetara, eta hori da “linealtasun espazialaren” esanahia. Lurreko korrontearen osagai polarraren zati esanguratsu bat sarrerako zirkuituaren lurretik igarotzen bada, seinalearen osagai polar hori bakarrik asaldatzen da. Lurreko korrontearen beste polaritatea asaldatzen ez bada, sarrerako seinalearen tentsioa modu ez linealean aldatzen da. Polaritate osagai bat aldatzen denean baina beste polaritatea ez denean, distortsioa gertatzen da eta irteerako seinalearen bigarren distortsio harmoniko gisa agertzen da. 2. irudian distortsio efektu hori gehiegizko eran erakusten da.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Sinus uhinaren osagai polar bakarra asaldatzen denean, sortzen den uhin forma jada ez da sinus uhin bat. Anplifikadore ideala 100 ω kargarekin simulatuz eta karga korrontea 1 ω erresistentzia baten bidez lurreko tentsioarekin lotuz seinalearen polaritate bakarrarekin, 3. irudia lortzen da.Fourier-en transformatuak erakusten du distortsio uhin forma ia bigarren harmonikoa dela -68 DBC-n. Maiztasun altuetan, akoplamendu maila hori PCB batean sortzen da, eta horrek anplifikadorearen distortsioaren aurkako ezaugarri bikainak suntsitu ditzake, PCB baten efektu ez-lineal berezietara jo gabe. Lurreko korronte bidea dela eta anplifikadore operatibo bakar baten irteera desitxuratzen denean, lurreko korrontearen emaria doitu daiteke saihesbide begizta berrantolatuz eta sarrera gailutik distantzia mantenduz, 4. irudian agertzen den moduan.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Anplifikadore anitzeko txipa

Anplifikadore anitzeko txipen arazoa (bi, hiru edo lau anplifikadore) arazoari gehitzen zaio saihesbide kondentsadorearen lurreko konexioa sarrera osotik urrun mantentzeko. Hau bereziki egia da lau anplifikadoreetan. Lau anplifikadore txipek sarrerako terminalak dituzte alde bakoitzean, beraz, ez dago sarrerako kanalaren asaldura arintzen duten saihesbide zirkuituetarako lekurik.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

5. irudian lau anplifikadoreen diseinurako ikuspegi sinplea erakusten da. Gailu gehienak zuzenean konektatzen dira quad anplifikadore pin batera. Energia iturri baten lurreko korronteak beste kanaleko iturriaren sarrerako lurreko tentsioa eta lurreko korrontea asaldatu ditzake, eta, ondorioz, distortsioa sor daiteke. Adibidez, (+ Vs) saihesbide kondentsadorea quad anplifikadorearen 1. kanalean bere sarreraren ondoan jar daiteke; (-Vs) saihesbide kondentsadorea paketearen beste aldean jar daiteke. (+ Vs) lurreko korronteak 1. kanala asaldatu dezake, (-vs) lurreko korronteak, aldiz, ez.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Arazo hau ekiditeko, utzi lurreko korronteak sarrera asaldatzen, baina utzi PCB korrontea espazialki modu linealean. Hori lortzeko, saihesbide kondentsadorea PCBan antola daiteke, modu horretan (+ Vs) eta (- Vs) lurreko korronteak bide beretik igarotzen direlarik. Sarrerako seinalea korronte positibo eta negatiboek berdin asaldatzen badute, ez da distortsiorik sortuko. Hori dela eta, lerrokatu bi saihesbide kondentsadoreak bata bestearen ondoan, lurreko puntu bat partekatu dezaten. Lurraren korrontearen bi osagai polarrak puntu beretik datozelako (irteerako konektorearen blindajea edo kargaren lurra) eta biak puntu berera itzultzen direlako (saihesbide kondentsadorearen lurreko konexio arruntera), korronte positiboa / negatiboa zeharkatzen du bide bera. Kanal baten sarrerako erresistentzia (+ Vs) korronteak asaldatzen badu, (- Vs) korronteak eragin berdina du bertan. Lortutako asaldura berdina denez polaritatea edozein dela ere, ez dago distortsiorik, baina kanalaren irabazian aldaketa txiki bat gertatuko da, 6. irudian erakusten den moduan.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Aurreko inferentzia egiaztatzeko, bi PCB diseinu desberdin erabili dira: diseinu sinplea (5. irudia) eta distortsio txikiko diseinua (6. irudia). FHP3450 anplifikadore lau-operatiboak Fairchild erdieroalea erabiliz sortutako distortsioa 1. taulan agertzen da. FHP3450 banda zabalera tipikoa 210 MHz da, malda 1100 V / us-koa da, sarrera alborapen korrontea 100nA da eta kanal bakoitzeko funtzionamendu korrontea 3.6 da. mA. 1. taulan ikus daitekeenez, kanala zenbat eta distortsionatuagoa izan, orduan eta hobekuntza hobea da, beraz, lau kanalak ia berdinak dira errendimenduan.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

PCB batean lau anplifikadore idealik gabe, anplifikadore kanal bakarraren efektuak neurtzea zaila izan daiteke. Jakina, anplifikadore kanal jakin batek bere sarrera ez ezik, beste kanal batzuen sarrera ere asaldatzen du. Lurreko korrontea kanaleko sarrera desberdinetatik igarotzen da eta efektu desberdinak sortzen ditu, baina neurgarria den irteera bakoitzaren eragina du.

2. taulan kontrolatu gabeko beste kanal batzuetan neurtutako harmonikoak erakusten dira kanal bakarra gidatzen denean. Biderik gabeko kanalak seinale txiki bat (elkarrizketa-tartea) erakusten du oinarrizko maiztasunean, baina lurreko korronteak zuzenean sortutako distortsioa sortzen du, oinarrizko seinale esanguratsurik ez dagoenean. 6. Irudiko distortsio txikiko diseinuak erakusten du bigarren distortsio harmoniko eta totalaren (THD) ezaugarriak asko hobetzen direla lurreko korronte efektua ia ezabatu delako.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Artikulu honen laburpena

Besterik gabe esanda, PCB batean, atzera-korrontea saihesbide kondentsadore desberdinetatik igarotzen da (elikatze iturri desberdinetarako) eta elikatze iturria bera, hau da, bere eroankortasunaren proportzionala. Maiztasun handiko seinale korrontea saihesbide kondentsadore txikira itzultzen da. Maiztasun baxuko korronteak, hala nola audio seinaleenak, batez ere saihesbide kondentsadore handienetatik igaro daitezke. Maiztasun txikiagoko korronte batek ere saihestu ahal izango du saihesbide osoko kapazitantzia eta zuzenean korronte elektrikoaren ondora itzul daiteke. Aplikazio zehatzak uneko bidea zein den kritikoena zehaztuko du. Zorionez, erraza da lurreko korronte bide osoa babestea, lurreko puntu komun bat eta irteerako aldean lurreko saihesbide kondentsadorea erabiliz.

HF PCBaren diseinurako urrezko araua da HF saihesbidearen kondentsadorea ontziratutako potentzia pinetik ahalik eta hurbilen mantentzea, baina 5. irudiaren eta 6. irudiaren alderaketak erakusten du arau hori aldatzeak distortsio ezaugarriak hobetzeko ez duela alde handirik egiten. Distortzioaren ezaugarri hobetuak maiztasun handiko saihesbide kondentsadoreko kablea 0.15 hazbeteko inguru gehitzearen kaltetan izan ziren, baina horrek eragin txikia izan zuen FHP3450ren AC erantzunaren errendimenduan. PCBen diseinua garrantzitsua da kalitate handiko anplifikadore baten errendimendua maximizatzeko eta hemen eztabaidatutako gaiak ez dira hf anplifikadoreetara mugatzen. Maiztasun txikiagoko seinaleek, hala nola audioak, distortsio baldintza askoz ere zorrotzagoak dituzte. Lurreko korronte efektua txikiagoa da maiztasun baxuetan, baina hala ere arazo garrantzitsua izan daiteke beharrezko distortsio indizea horren arabera hobetzen bada.