در واقع، تخته مدار چاپی (PCB) از مواد خطی الکتریکی ساخته شده اند ، یعنی امپدانس آنها باید ثابت باشد. بنابراین چرا PCB غیر خطی بودن را به سیگنال وارد می کند؟ پاسخ این است که طرح PCB نسبت به جایی که جریان جریان دارد “فضایی غیر خطی” است.

اینکه آیا تقویت کننده جریان را از یک منبع یا منبع دیگر دریافت می کند بستگی به قطبیت لحظه ای سیگنال بر روی بار دارد. جریان از منبع تغذیه ، از طریق خازن بای پس ، از طریق تقویت کننده وارد بار می شود. 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. در سطح زمین ، اغلب بیش از یک مسیر کم امپدانس وجود دارد که بخش بزرگی از جریان زمین از طریق آن عبور می کند: یک مسیر مستقیماً به خازن بای پس متصل می شود. دیگری مقاومت ورودی را تحریک می کند تا به خازن بای پس برسد. شکل 1 این دو مسیر را نشان می دهد. جریان برگشتی چیزی است که واقعاً مشکل را ایجاد می کند.

ارسال

هنگامی که خازن های بای پس در موقعیت های مختلف روی PCB قرار می گیرند ، جریان زمین از طریق مسیرهای مختلف به سمت خازن های بای پس مربوطه می رود ، که منظور از “غیر خطی بودن فضایی” است. 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. اگر قطبیت دیگر جریان زمین مختل نشود ، ولتاژ سیگنال ورودی به صورت غیر خطی تغییر می کند. هنگامی که یک جزء قطبی تغییر می کند اما قطبیت دیگر تغییر نمی کند ، اعوجاج رخ می دهد و به عنوان اعوجاج هارمونیک دوم سیگنال خروجی ظاهر می شود. شکل 2 این اثر اعوجاج را به شکل اغراق آمیز نشان می دهد.

ارسال

هنگامی که فقط یک جزء قطبی از موج سینوسی مختل می شود ، شکل موج حاصله دیگر یک موج سینوسی نیست. شبیه سازی تقویت کننده ایده آل با بار 100-ω و اتصال جریان بار از طریق مقاومت 1-ω به ولتاژ زمین تنها در یک قطب سیگنال ، در شکل 3 به دست می آید. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. در فرکانسهای بالا ، این سطح از اتصال به راحتی در PCB ایجاد می شود ، که می تواند ویژگیهای ضد اعوجاج عالی تقویت کننده را بدون استفاده از اثرات غیر خطی ویژه PCB از بین ببرد. 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.

ارسال

Multiamplifier chip

مشکل تراشه های چند تقویت کننده (دو ، سه یا چهار تقویت کننده) با ناتوانی در دور نگه داشتن اتصال زمین خازن بای پس از کل ورودی تشدید می شود. این امر به ویژه در مورد چهار تقویت کننده صادق است. تراشه های چهار تقویت کننده دارای پایانه های ورودی در هر طرف هستند ، بنابراین جایی برای مدارهای بای پس وجود ندارد که اختلال در کانال ورودی را کاهش دهند.

ارسال

شکل 5 یک رویکرد ساده را برای طرح چهار تقویت کننده نشان می دهد. اکثر دستگاه ها مستقیماً به یک پین تقویت کننده چهارگانه متصل می شوند. جریان زمین یک منبع تغذیه می تواند ولتاژ ورودی زمین و جریان منبع تغذیه کانال دیگر را مختل کرده و در نتیجه اعوجاج ایجاد شود. به عنوان مثال ، خازن بای پس (+Vs) در کانال 1 تقویت کننده چهارگانه می تواند مستقیماً در مجاورت ورودی آن قرار گیرد. خازن بای پس (-Vs) را می توان در طرف دیگر بسته قرار داد. جریان زمین (+Vs) می تواند کانال 1 را مختل کند ، در حالی که جریان زمین (-vs) ممکن است.

ارسال

برای جلوگیری از این مشکل ، اجازه دهید جریان زمین ورودی را مختل کند ، اما اجازه دهید جریان PCB به صورت فضایی خطی جریان یابد. برای دستیابی به این هدف ، خازن بای پس را می توان روی PCB طوری قرار داد که جریان زمین (+Vs) و ( – Vs) از یک مسیر عبور کند. اگر سیگنال ورودی توسط جریانهای مثبت و منفی به یک اندازه مختل شود ، اعوجاج رخ نمی دهد. بنابراین ، دو خازن بای پس را در کنار هم تراز کنید تا یک نقطه زمین مشترک داشته باشند. از آنجا که دو جزء قطبی جریان زمین از یک نقطه (محافظ اتصال خروجی یا زمین بار) آمده و هر دو به یک نقطه برمی گردند (اتصال زمین مشترک خازن بای پس) ، جریان مثبت/منفی از طریق همان مسیر اگر مقاومت ورودی یک کانال با جریان (+Vs) مختل شود ، جریان ( – Vs) نیز همان تأثیر را بر آن می گذارد. 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.

ارسال

برای تأیید استنباط فوق ، از دو طرح مختلف PCB استفاده شد: یک طرح ساده (شکل 5) و یک طرح با اعوجاج کم (شکل 6). اعوجاج تولید شده توسط تقویت کننده چهارعاملی FHP3450 با استفاده از نیمه رسانای چنبر در جدول 1 نشان داده شده است. پهنای باند معمولی FHP3450 210 مگاهرتز ، شیب 1100V/us ، جریان سوگیری ورودی 100nA و جریان کار در هر کانال 3.6 است. 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.

ارسال

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. بدیهی است که یک کانال تقویت کننده معین نه تنها ورودی خود ، بلکه ورودی سایر کانالها را نیز مختل می کند. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

جدول 2 هارمونیک های اندازه گیری شده بر روی سایر کانالهای بدون عملکرد را نشان می دهد که فقط یک کانال هدایت می شود. کانال بدون سوزن یک سیگنال کوچک (تداخل) در فرکانس اساسی نشان می دهد ، اما همچنین باعث ایجاد اعوجاج می شود که مستقیماً توسط جریان زمین در غیاب هرگونه سیگنال اساسی قابل توجه وارد می شود. طرح اعوجاج کم در شکل 6 نشان می دهد که دومین ویژگی اعوجاج هارمونیک و هارمونیک کلی (THD) به دلیل حذف تقریباً اثر جریان زمین بسیار بهبود یافته است.

ارسال

خلاصه این مقاله

به عبارت ساده ، در PCB ، جریان برگشتی از طریق خازن های مختلف بای پس (برای منبع تغذیه مختلف) و خود منبع تغذیه جریان دارد که متناسب با رسانایی آن است. جریان سیگنال با فرکانس بالا به خازن کوچک بای پس بر می گردد. جریانهای فرکانس پایین ، مانند سیگنالهای صوتی ، ممکن است در درجه اول از طریق خازنهای بزرگتر بای پس عبور کنند. حتی ممکن است جریان فرکانسی پایین تر ، ظرفیت کامل بای پس را “نادیده بگیرد” و مستقیماً به سیم برق بازگردد. برنامه خاص تعیین می کند که کدام مسیر فعلی بسیار مهم است. 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.

قانون طلایی برای چیدمان PCB HF این است که خازن بای پس HF را تا حد امکان نزدیک به پین ​​تغذیه بسته بندی شده نگه دارید ، اما مقایسه شکل 5 و شکل 6 نشان می دهد که اصلاح این قاعده برای بهبود ویژگی های اعوجاج تفاوت چندانی ایجاد نمی کند. بهبود ویژگی های اعوجاج به دلیل افزودن حدود 0.15 اینچ سیم کشی خازن فرکانس بالا است ، اما این تأثیر کمی بر عملکرد پاسخ AC FHP3450 داشت. طرح PCB برای به حداکثر رساندن عملکرد تقویت کننده با کیفیت مهم است و مسائل مورد بحث در اینجا تنها به تقویت کننده های hf محدود نمی شود. سیگنالهای فرکانس پایین مانند صدا نیاز به اعوجاج بسیار شدیدتری دارند. اثر جریان زمین در فرکانسهای پایین کوچکتر است ، اما اگر شاخص اعوجاج مورد نیاز بر این اساس بهبود یابد ، ممکن است همچنان مشکل مهمی باشد.