Yn feite, printplaat (PCB) binne makke fan elektryske lineêre materialen, ie har impedânsje moat konstant wêze. Dat wêrom yntroduseart in PCB nonlineariteit yn in sinjaal? It antwurd is dat de PCB-yndieling “romtlik net-lineêr” is relatyf oan wêr’t de hjoeddeistige streamt.

Oft de fersterker stroom ûntfangt fan ien of oare boarne, hinget ôf fan ‘e instantane polariteit fan it sinjaal op’ e lading. Strom streamt fan ‘e stroomfoarsjenning, troch de bypass -kondensator, fia de fersterker yn’ e lading. De stroom reizget dan fan ‘e load ground terminal (of ôfskerming fan’ e PCB -útfierkontakt) werom nei it grûnflak, troch de bypass -kondensator, en werom nei de boarne dy’t oarspronklik de stroom levere.

It konsept fan minimaal paad fan stroom troch impedânsje is ferkeard. De hoemannichte stroom yn alle ferskillende impedanspaden is proporsjoneel mei de konduktiviteit. Yn in grûnfleantúch is d’r faaks mear dan ien leechimpedânsjepaad wêryn in grut diel fan grûnstream streamt: ien paad is direkt ferbûn mei de bypass-kondensator; De oare eksiteart de ynputweerstand oant de bypass -kondensator wurdt berikt. Figuer 1 yllustrearret dizze twa paden. De weromstreamstroom is wat it probleem wirklik feroarsaket.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

As de rûnwei -kondensatoren op ferskate posysjes op ‘e PCB wurde pleatst, streamt de grûnstream troch ferskate paden nei de respektivelike rûnwei -kondensatoren, wat de betsjutting is fan “romtlike netlineariteit”. As in signifikant diel fan in poalkomponint fan ‘e grûnstream troch de grûn fan’ e ynfierkring streamt, wurdt allinich dat polêre komponint fan it sinjaal fersteurd. As de oare polariteit fan ‘e grûnstroom net wurdt fersteurd, feroaret de ynput sinjaalspanning op in net -lineêre manier. As ien polariteitskomponint wurdt feroare, mar de oare polariteit net is, komt ferfoarming foar en wurdt manifesteare as de twadde harmonyske ferfoarming fan it útgongssignaal. Figuer 2 toant dit ferfoarmingseffekt yn oerdreaune foarm.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

As mar ien poalkomponint fan ‘e sinusgolf wurdt fersteurd, is de resultearjende golffoarm net langer in sinusgolf. Simulearje in ideale fersterker mei in 100-ω lading en koppeljen fan de ladingstroom fia in 1-ω wjerstân yn ‘e grûnspanning op mar ien polariteit fan it sinjaal, resulteart yn figuer 3.Fourier -transform lit sjen dat de ferfoarmingsgolffoarm hast alle twadde harmonika’s is by -68 DBC. By hege frekwinsjes wurdt dit nivo fan koppeling maklik genereare op in PCB, wat de treflike anty-ferfoarmingskenmerken fan in fersterker kin ferneatigje sûnder in protte fan ‘e spesjale net-lineêre effekten fan in PCB te brûken. As de útfier fan in inkelde operasjonele fersterker wurdt ferfoarme fanwegen it grûnstreampaad, kin de grûnstreamstream oanpast wurde troch de bypass -lus te herschikken en ôfstân te hâlden fan it ynfierapparaat, lykas werjûn yn figuer 4.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Multiamplifier -chip

It probleem fan multi-fersterkerchips (twa, trije, as fjouwer fersterkers) wurdt gearstald troch de ûnfermogen om de grûnferbining fan ‘e bypass-kondensator fier fan’ e heule ynfier te hâlden. Dit is foaral wier foar fjouwer fersterkers. Quad-fersterker-chips hawwe ynputterminalen oan elke kant, dus d’r is gjin romte foar bypass-sirkels dy’t steuring foar it ynfierkanaal beheine.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Figuer 5 toant in ienfâldige oanpak foar in layout mei fjouwer fersterker. De measte apparaten ferbine direkt mei in quad -fersterker -pin. De grûnstream fan ien stroomfoarsjenning kin de ynputgrûnspanning en grûnstroom fan ‘e oare kanaalfoarsjenning fersteure, wat resulteart yn ferfoarming. Bygelyks, de (+Vs) bypass -kondensator op kanaal 1 fan ‘e quad -fersterker kin direkt neist syn ynfier wurde pleatst; De (-Vs) bypass-kondensator kin oan ‘e oare kant fan it pakket wurde pleatst. De (+Vs) grûnstream kin kanaal 1 fersteure, wylst de (-vs) grûnstream net kin.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Om dit probleem te foarkommen, lit de grûnstream de ynfier fersteure, mar lit de PCB -stroom op romtlik lineêre manier streamje. Om dit te berikken kin de bypass -kondensator op ‘e PCB op sa’n manier wurde arranzjeare dat de (+Vs) en ( – Vs) grûnstreamen troch itselde paad streame. As it ynfiersignaal gelyk wurdt fersteurd troch positive en negative streamingen, sil ferfoarming net foarkomme. Rjochtsje dêrom de twa bypass -kondensatoren njonken inoar sadat se in grûnpunt diele. Om’t de twa poalkomponinten fan ‘e ierdstroom út itselde punt komme (de útfierferbining beskermet as de ladinggrûn) en beide werom streamje nei itselde punt (de mienskiplike grûnferbining fan’ e bypass -kondensator), streamt de positive/negative stroom troch itselde paad. As de ynfierweerstand fan in kanaal wurdt fersteurd troch (+Vs) stroom, hat ( – Vs) hjoeddeistige itselde effekt derop. Om’t de resultearjende fersteuring itselde is nettsjinsteande de polariteit, is d’r gjin ferfoarming, mar sil in lytse feroaring yn ‘e winst fan it kanaal foarkomme, lykas werjûn yn figuer 6.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Om de boppesteande ynferinsje te ferifiearjen, waarden twa ferskillende PCB-yndielingen brûkt: in ienfâldige yndieling (ôfbylding 5) en in yndieling mei lege ferfoarming (ôfbylding 6). De ferfoarming produsearre troch de FHP3450 quad-operasjonele fersterker mei help fan fairchild healgelieder wurdt werjûn yn tabel 1. De typyske bânbreedte fan ‘e FHP3450 is 210MHz, de helling is 1100V/us, de ynfierbiasstroom is 100nA, en de bestjoeringsstroom per kanaal is 3.6 mA. Lykas út tabel 1 kin wurde sjoen, hoe mear it kanaal ferfoarme is, hoe better de ferbettering, sadat de fjouwer kanalen hast gelyk binne yn prestaasjes.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Sûnder in ideale quad -fersterker op in PCB kin it mjitten fan ‘e effekten fan in inkeld fersterkerkanaal lestich wêze. Fansels fersteurt in bepaald fersterkerkanaal net allinich de eigen ynput, mar ek de ynfier fan oare kanalen. De ierdstream streamt troch alle ferskate kanaalynputten en produseart ferskate effekten, mar wurdt beynfloede troch elke útfier, dy’t mjitber is.

Tabel 2 toant de harmonika’s mjitten op oare net -riven kanalen as mar ien kanaal wurdt oandreaun. It net -oandreaune kanaal toant in lyts sinjaal (oerspraak) op ‘e fûnemintele frekwinsje, mar produseart ek ferfoarming dy’t direkt wurdt yntrodusearre troch de grûnstroom by it ûntbrekken fan in wichtich fûnemintaal sinjaal. De yndieling mei lege ferfoarming yn figuer 6 lit sjen dat de twadde harmonyske en totale harmonyske ferfoarming (THD) skaaimerken sterk binne ferbettere fanwegen it hast eliminearjen fan it grûnstromeffekt.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Dit gearfetting fan dit artikel

Simply sette, op in PCB, streamt de weromstreamstroom troch ferskate bypass -kondensatoren (foar ferskate stroomfoarsjenningen) en de stroomfoarsjenning sels, dy’t evenredich is mei syn konduktiviteit. De heechfrekwinsjele sinjaalstream streamt werom nei de lytse bypass-kondensator. Streamen mei lege frekwinsje, lykas dy fan audiosignalen, kinne foaral troch gruttere bypass-kondensators streamje. Sels in legere frekwinsjestream kin de folsleine bypass -kapasitânsje “negearje” en direkt werom streamje nei de stroomlieding. De spesifike applikaasje sil bepale hokker aktuele paad it meast kritysk is. Gelokkich is it maklik om it heule grûnstrompaad te beskermjen troch in mienskiplik grûnpunt te brûken en in kondensator foar grûnbypass oan ‘e útfierkant.

De gouden regel foar HF PCB -yndieling is om de HF -bypass -kondensator sa ticht mooglik by de ferpakte power -pin te hâlden, mar in fergeliking fan figuer 5 en figuer 6 lit sjen dat it feroarjen fan dizze regel foar it ferbetterjen fan ferfoarmingskenmerken net folle fan in ferskil makket. De ferbettere skaaimerken fan ferfoarming kamen op rekken fan it tafoegjen fan sawat 0.15 inch heechfrekwinsje bypass-kondensatorbedrading, mar dit hie net folle ynfloed op ‘e AC-antwurdprestaasjes fan’ e FHP3450. PCB-yndieling is wichtich om de prestaasjes fan in fersterker fan hege kwaliteit te maksimalisearjen, en de hjir besprutsen problemen binne net beheind ta hf-fersterkers. Sinjalen mei legere frekwinsje lykas audio hawwe folle strangere easken foar ferfoarming. It grûnstromeffekt is lytser by lege frekwinsjes, mar it kin noch in wichtich probleem wêze as de fereaske ferfoarmingsindeks dêroer wurdt ferbettere.