Itse asiassa, piirilevy (PCB) on valmistettu sähköisistä lineaarisista materiaaleista, eli niiden impedanssin tulisi olla vakio. Joten miksi piirilevy tuo epälineaarisuuden signaaliin? Vastaus on, että piirilevyasettelu on ”spatiaalisesti epälineaarinen” suhteessa siihen, missä virta kulkee.

Se, saako vahvistin virran yhdestä tai toisesta lähteestä, riippuu kuorman signaalin hetkellisestä napaisuudesta. Virta virtaa virtalähteestä ohituskondensaattorin kautta vahvistimen kautta kuormaan. 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. Maatasossa on usein useampi kuin yksi matalan impedanssin polku, jonka läpi suuri osa maavirrasta virtaa: yksi polku on suoraan kytketty ohituskondensaattoriin; Toinen herättää tulovastusta, kunnes ohituskondensaattori on saavutettu. Kuva 1 havainnollistaa näitä kahta polkua. Takaisinvirtausvirta aiheuttaa ongelman.

antaa

Kun ohituskondensaattorit on sijoitettu eri paikkoihin piirilevyllä, maavirta virtaa eri reittien kautta vastaaviin ohituskondensaattoreihin, mikä on ”spatiaalisen epälineaarisuuden” merkitys. 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. Jos maavirran toinen napaisuus ei ole häiriintynyt, tulosignaalin jännite muuttuu epälineaarisesti. Kun toista napaisuuskomponenttia muutetaan, mutta toista napaisuutta ei, vääristymä tapahtuu ja ilmenee lähtösignaalin toisena harmonisena vääristymänä. Kuvio 2 esittää tämän vääristymän liioitellussa muodossa.

antaa

Kun vain yksi siniaallon polaarinen komponentti häiriintyy, syntynyt aaltomuoto ei ole enää siniaalto. Ihanteellisen vahvistimen simulointi 100 ω: n kuormituksella ja kuormitusvirran kytkeminen 1 ω: n vastuksen kautta maajännitteeseen vain yhden signaalin napaisuuden perusteella, tuloksena on kuva 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. Korkeilla taajuuksilla tämä kytkentätaso voidaan helposti muodostaa piirilevylle, mikä voi tuhota vahvistimen erinomaiset vääristymienesto-ominaisuudet turvautumatta suuriin piirilevyn epälineaarisiin vaikutuksiin. 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.

antaa

Multiamplifier chip

Monivahvistinsirujen (kaksi, kolme tai neljä vahvistinta) ongelmaa pahentaa kyvyttömyys pitää ohituskondensaattorin maaliitäntää kaukana koko tulosta. Tämä pätee erityisesti neljään vahvistimeen. Neljän vahvistimen siruissa on tuloliitännät kummallakin puolella, joten ei ole tilaa ohituspiireille, jotka vähentävät tulokanavan häiriöitä.

antaa

Kuva 5 esittää yksinkertaisen lähestymistavan nelivahvistinasetteluun. Useimmat laitteet liitetään suoraan nelivahvistimen nastaan. Yhden virtalähteen maadoitusvirta voi häiritä toisen kanavan virtalähteen tulojännitettä ja maavirtaa, mikä voi aiheuttaa vääristymiä. Esimerkiksi (+Vs) ohituskondensaattori nelivahvistimen kanavalla 1 voidaan sijoittaa suoraan sen tulon viereen; Ohituskondensaattori (-Vs) voidaan sijoittaa pakkauksen toiselle puolelle. (+Vs) maadoitusvirta voi häiritä kanavaa 1, kun taas (-vs) maadoitusvirta ei välttämättä.

antaa

Tämän ongelman välttämiseksi anna maavirran häiritä tuloa, mutta anna PCB -virran virrata spatiaalisesti lineaarisesti. Tämän saavuttamiseksi ohituskondensaattori voidaan järjestää piirilevylle siten, että (+Vs) ja ( – Vs) maavirrat kulkevat samaa reittiä. Jos tulosignaalia häiritsevät yhtä paljon positiiviset ja negatiiviset virrat, vääristymiä ei tapahdu. Kohdista siksi kaksi ohituskondensaattoria vierekkäin siten, että ne jakavat maadoituspisteen. Koska maavirran kaksi polaarista komponenttia tulevat samasta kohdasta (lähtöliitännän suoja tai kuormitusmaa) ja molemmat virtaavat takaisin samaan pisteeseen (ohituskondensaattorin yhteinen maadoitus), positiivinen/negatiivinen virta kulkee läpi samaa polkua. Jos (+Vs) -virta häiritsee kanavan tulovastusta, ( – Vs) -virta vaikuttaa siihen samalla tavalla. 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.

antaa

Edellä esitetyn johtopäätöksen tarkistamiseksi käytettiin kahta erilaista piirilevyasettelua: yksinkertainen asettelu (kuva 5) ja vähäisen vääristymän asettelu (kuva 6). FHP3450-nelioperaatiovahvistimen tuottama vääristymä Fairchild-puolijohdetta käyttäen on esitetty taulukossa 1. FHP3450: n tyypillinen kaistanleveys on 210 MHz, kaltevuus on 1100 V/us, tulovirran virta on 100 nA ja käyttövirta kanavaa kohden 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.

antaa

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. On selvää, että tietty vahvistinkanava häiritsee paitsi omaa tuloaan myös muiden kanavien tuloa. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Taulukko 2 esittää yliaaltoja, jotka on mitattu muilla ajamattomilla kanavilla, kun vain yhtä kanavaa käytetään. Ohjaamaton kanava näyttää pienen signaalin (ylikuulumisen) perustaajuudella, mutta tuottaa myös maavirran aiheuttamaa vääristymää ilman merkittävää perussignaalia. Kuvion 6 vähäisen vääristymän asettelu osoittaa, että toisen harmonisen ja täydellisen harmonisen vääristymän (THD) ominaisuudet ovat parantuneet huomattavasti, koska maavirtavaikutus on lähes poistettu.

antaa

Tämä artikkelin yhteenveto

Yksinkertaisesti sanottuna piirilevyllä paluuvirta virtaa eri ohituskondensaattoreiden (eri virtalähteiden) ja itse virtalähteen läpi, mikä on verrannollinen sen johtavuuteen. Suurtaajuinen signaalivirta virtaa takaisin pieneen ohituskondensaattoriin. Matalataajuiset virrat, kuten audiosignaalit, voivat virrata pääasiassa suurempien ohituskondensaattoreiden kautta. Jopa pienempi taajuusvirta voi “jättää huomiotta” täyden ohituskapasitanssin ja virtaa suoraan takaisin virtajohtoon. Erityinen sovellus määrittää, mikä nykyinen polku on kriittisin. 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.

Kultainen sääntö HF -piirilevyasettelulle on pitää HF -ohituskondensaattori mahdollisimman lähellä pakattua virtatappia, mutta kuvan 5 ja 6 vertailu osoittaa, että tämän säännön muuttaminen vääristymisominaisuuksien parantamiseksi ei tee paljon eroa. Parannetut säröominaisuudet tulivat kustannuksella lisäämällä noin 0.15 tuumaa suurtaajuisia ohituskondensaattorijohtoja, mutta tällä ei ollut juurikaan vaikutusta FHP3450: n vaihtovirtaan. Piirilevyasettelu on tärkeä korkealaatuisen vahvistimen suorituskyvyn maksimoimiseksi, ja tässä käsitellyt asiat eivät rajoitu hf-vahvistimiin. Alemman taajuuden signaaleilla, kuten äänellä, on paljon tiukemmat vääristymisvaatimukset. Maavirtavaikutus on pienempi matalilla taajuuksilla, mutta se voi silti olla tärkeä ongelma, jos vaadittua säröindeksiä parannetaan vastaavasti.