હકિકતમાં, પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ (PCB) વિદ્યુત રેખીય સામગ્રીથી બનેલા છે, એટલે કે તેમનો અવરોધ સતત હોવો જોઈએ. તો પછી પીસીબી સિગ્નલમાં બિનરેખા શા માટે રજૂ કરે છે? જવાબ એ છે કે પીસીબી લેઆઉટ વર્તમાનના પ્રવાહની તુલનામાં “અવકાશી રીતે બિન-રેખીય” છે.

એમ્પ્લીફાયર એક સ્રોતમાંથી પ્રવાહ મેળવે છે કે અન્ય લોડ પર સિગ્નલની તાત્કાલિક ધ્રુવીયતા પર આધાર રાખે છે. વીજ પુરવઠોમાંથી વર્તમાન પ્રવાહ, બાયપાસ કેપેસિટર દ્વારા, એમ્પ્લીફાયર દ્વારા લોડમાં વહે છે. પ્રવાહ પછી લોડ ગ્રાઉન્ડ ટર્મિનલ (અથવા પીસીબી આઉટપુટ કનેક્ટરનું શિલ્ડિંગ) થી બાયપાસ કેપેસિટર મારફતે, અને મૂળભૂત રીતે વર્તમાનને પૂરો પાડતા સ્રોત પર પાછા ફરે છે.

અવબાધ દ્વારા વર્તમાનના લઘુત્તમ માર્ગનો ખ્યાલ ખોટો છે. તમામ જુદા જુદા અવબાધ માર્ગોમાં વર્તમાનની માત્રા તેની વાહકતા માટે પ્રમાણસર છે. ગ્રાઉન્ડ પ્લેનમાં, ઘણી વખત એક કરતા ઓછા લો-ઇમ્પેડન્સ પાથ હોય છે, જેના દ્વારા ગ્રાઉન્ડ કરંટનો મોટો હિસ્સો વહે છે: એક રસ્તો બાયપાસ કેપેસિટર સાથે સીધો જોડાયેલો હોય છે; જ્યાં સુધી બાયપાસ કેપેસિટર ન પહોંચે ત્યાં સુધી અન્ય ઇનપુટ રેઝિસ્ટરને ઉત્તેજિત કરે છે. આકૃતિ 1 આ બે માર્ગો સમજાવે છે. બેકફ્લો વર્તમાન એ છે જે ખરેખર સમસ્યાનું કારણ બને છે.

પીસીબી ડિઝાઇનમાં હાર્મોનિક વિકૃતિ કેવી રીતે ઘટાડવી

જ્યારે પીસીબી પર બાયપાસ કેપેસિટર્સને અલગ -અલગ હોદ્દા પર મુકવામાં આવે છે, ત્યારે ગ્રાઉન્ડ કરન્ટ અલગ -અલગ માર્ગોથી સંબંધિત બાયપાસ કેપેસિટર્સમાં વહે છે, જેનો અર્થ “અવકાશી બિનરેખા” થાય છે. જો ભૂમિ પ્રવાહના ધ્રુવીય ઘટકનો નોંધપાત્ર ભાગ ઇનપુટ સર્કિટની જમીનમાંથી વહે છે, તો ફક્ત સિગ્નલના ધ્રુવીય ઘટક જ ખલેલ પહોંચે છે. જો ભૂમિ પ્રવાહની અન્ય ધ્રુવીયતા ખલેલ પહોંચાડે નહીં, તો ઇનપુટ સિગ્નલ વોલ્ટેજ બિન -રેખીય રીતે બદલાય છે. જ્યારે એક ધ્રુવીયતા ઘટક બદલાય છે પરંતુ અન્ય ધ્રુવીયતા નથી, ત્યારે વિકૃતિ થાય છે અને આઉટપુટ સિગ્નલના બીજા હાર્મોનિક વિકૃતિ તરીકે પ્રગટ થાય છે. આકૃતિ 2 અતિરિક્ત સ્વરૂપમાં આ વિકૃતિ અસર દર્શાવે છે.

પીસીબી ડિઝાઇનમાં હાર્મોનિક વિકૃતિ કેવી રીતે ઘટાડવી

જ્યારે સાઈન વેવનો માત્ર એક જ ધ્રુવીય ઘટક ખલેલ પહોંચે છે, ત્યારે પરિણામી વેવફોર્મ હવે સાઈન વેવ નથી. 100-ω લોડ સાથે આદર્શ એમ્પ્લીફાયરનું અનુકરણ કરવું અને 1-ω રેઝિસ્ટર દ્વારા લોડ પ્રવાહને સિગ્નલની માત્ર એક ધ્રુવીયતા પર ગ્રાઉન્ડ વોલ્ટેજમાં જોડવું, આકૃતિ 3 માં પરિણમે છે.ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ બતાવે છે કે વિકૃતિ તરંગ સ્વરૂપ -68 DBC પર લગભગ તમામ બીજા હાર્મોનિક્સ છે. ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ પર, યુગલિંગનું આ સ્તર પીસીબી પર સરળતાથી પેદા થાય છે, જે પીસીબીની વિશેષ બિન-રેખીય અસરોનો આશરો લીધા વિના એમ્પ્લીફાયરની ઉત્કૃષ્ટ વિરોધી લાક્ષણિકતાઓનો નાશ કરી શકે છે. જ્યારે સિંગલ ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયરનું આઉટપુટ ગ્રાઉન્ડ કરંટ પાથને કારણે વિકૃત થાય છે, ત્યારે બાયપાસ લૂપને ફરીથી ગોઠવીને અને ઇનપુટ ડિવાઇસથી અંતર જાળવીને ગ્રાઉન્ડ કરંટ ફ્લો એડજસ્ટ કરી શકાય છે, જેમ કે આકૃતિ 4 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.

પીસીબી ડિઝાઇનમાં હાર્મોનિક વિકૃતિ કેવી રીતે ઘટાડવી

મલ્ટિએમ્પ્લીફાયર ચિપ

મલ્ટિ-એમ્પ્લીફાયર ચિપ્સ (બે, ત્રણ અથવા ચાર એમ્પ્લીફાયર્સ) ની સમસ્યા બાયપાસ કેપેસિટરના ગ્રાઉન્ડ કનેક્શનને સમગ્ર ઇનપુટથી દૂર રાખવામાં અસમર્થતા દ્વારા વધારે છે. આ ખાસ કરીને ચાર એમ્પ્લીફાયર્સ માટે સાચું છે. ક્વાડ-એમ્પ્લીફાયર ચિપ્સમાં દરેક બાજુએ ઇનપુટ ટર્મિનલ હોય છે, તેથી ઇનપુટ ચેનલમાં વિક્ષેપ ઘટાડતા બાયપાસ સર્કિટ માટે કોઈ જગ્યા નથી.

પીસીબી ડિઝાઇનમાં હાર્મોનિક વિકૃતિ કેવી રીતે ઘટાડવી

આકૃતિ 5 ચાર-એમ્પ્લીફાયર લેઆઉટ માટે સરળ અભિગમ બતાવે છે. મોટાભાગના ઉપકરણો સીધા ક્વાડ એમ્પ્લીફાયર પિન સાથે જોડાય છે. એક વીજ પુરવઠાનો ગ્રાઉન્ડ કરંટ ઇનપુટ ગ્રાઉન્ડ વોલ્ટેજ અને બીજી ચેનલ પાવર સપ્લાયના ગ્રાઉન્ડ કરંટને ખલેલ પહોંચાડી શકે છે, પરિણામે વિકૃતિ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ક્વાડ એમ્પ્લીફાયરની ચેનલ 1 પર (+Vs) બાયપાસ કેપેસિટર તેના ઇનપુટની સીધી બાજુમાં મૂકી શકાય છે; (-Vs) બાયપાસ કેપેસિટર પેકેજની બીજી બાજુ પર મૂકી શકાય છે. (+Vs) ગ્રાઉન્ડ કરંટ ચેનલ 1 ને ખલેલ પહોંચાડી શકે છે, જ્યારે (-vs) ગ્રાઉન્ડ કરંટ ન કરી શકે.

પીસીબી ડિઝાઇનમાં હાર્મોનિક વિકૃતિ કેવી રીતે ઘટાડવી

આ સમસ્યાને ટાળવા માટે, ગ્રાઉન્ડ કરંટને ઇનપુટને ખલેલ પહોંચાડવા દો, પરંતુ પીસીબી કરંટને અવકાશી રેખીય રીતે વહેવા દો. આ હાંસલ કરવા માટે, બાયપાસ કેપેસિટરને PCB પર એવી રીતે ગોઠવી શકાય છે કે (+Vs) અને ( – Vs) જમીનના પ્રવાહો એક જ રસ્તે વહે છે. જો ઇનપુટ સિગ્નલ હકારાત્મક અને નકારાત્મક પ્રવાહોથી સમાન રીતે ખલેલ પહોંચાડે છે, તો વિકૃતિ થશે નહીં. તેથી, બે બાયપાસ કેપેસિટરને એકબીજાની બાજુમાં ગોઠવો જેથી તેઓ ગ્રાઉન્ડ પોઇન્ટ શેર કરે. કારણ કે પૃથ્વી પ્રવાહના બે ધ્રુવીય ઘટકો એક જ બિંદુ (આઉટપુટ કનેક્ટર શિલ્ડિંગ અથવા લોડ ગ્રાઉન્ડ) માંથી આવે છે અને બંને એક જ બિંદુ (બાયપાસ કેપેસિટરનું સામાન્ય જમીન જોડાણ) પર પાછા ફરે છે, તેથી સકારાત્મક/નકારાત્મક પ્રવાહ વહે છે. એ જ રસ્તો. જો ચેનલનો ઇનપુટ પ્રતિકાર (+Vs) વર્તમાનથી ખલેલ પહોંચે છે, ( – Vs) વર્તમાન તેના પર સમાન અસર કરે છે. કારણ કે પરિણામી વિક્ષેપ ધ્રુવીયતાને ધ્યાનમાં લીધા વિના સમાન છે, ત્યાં કોઈ વિકૃતિ નથી, પરંતુ ચેનલ લાભમાં થોડો ફેરફાર થશે, જેમ કે આકૃતિ 6 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.

પીસીબી ડિઝાઇનમાં હાર્મોનિક વિકૃતિ કેવી રીતે ઘટાડવી

ઉપરોક્ત અનુમાનને ચકાસવા માટે, બે અલગ અલગ PCB લેઆઉટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો: એક સરળ લેઆઉટ (આકૃતિ 5) અને લો-વિકૃતિ લેઆઉટ (આકૃતિ 6). ફેરચિલ્ડ સેમિકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ કરીને FHP3450 ક્વાડ-ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર દ્વારા ઉત્પાદિત વિકૃતિ કોષ્ટક 1 માં બતાવવામાં આવી છે. FHP3450 ની લાક્ષણિક બેન્ડવિડ્થ 210MHz છે, opeાળ 1100V/us છે, ઇનપુટ બાયસ વર્તમાન 100nA છે, અને ચેનલ દીઠ ઓપરેટિંગ વર્તમાન 3.6 છે mA કોષ્ટક 1 પરથી જોઈ શકાય છે, ચેનલ જેટલી વધુ વિકૃત છે, તેટલું સારું સુધારો, જેથી ચાર ચેનલો કામગીરીમાં લગભગ સમાન છે.

પીસીબી ડિઝાઇનમાં હાર્મોનિક વિકૃતિ કેવી રીતે ઘટાડવી

પીસીબી પર આદર્શ ક્વાડ એમ્પ્લીફાયર વિના, સિંગલ એમ્પ્લીફાયર ચેનલની અસરોને માપવી મુશ્કેલ બની શકે છે. દેખીતી રીતે, આપેલ એમ્પ્લીફાયર ચેનલ તેના પોતાના ઇનપુટને જ નહીં, પરંતુ અન્ય ચેનલોના ઇનપુટને પણ ખલેલ પહોંચાડે છે. પૃથ્વી પ્રવાહ તમામ વિવિધ ચેનલ ઇનપુટ્સમાંથી વહે છે અને વિવિધ અસરો પેદા કરે છે, પરંતુ દરેક આઉટપુટથી પ્રભાવિત થાય છે, જે માપી શકાય તેવું છે.

કોષ્ટક 2 જ્યારે માત્ર એક જ ચેનલ ચલાવવામાં આવે છે ત્યારે અન્ય અનડ્રાઇવ ચેનલો પર માપવામાં આવેલા હાર્મોનિક્સ બતાવે છે. અનડ્રાઇવેન ચેનલ મૂળભૂત આવર્તન પર એક નાનો સિગ્નલ (ક્રોસસ્ટોક) દર્શાવે છે, પણ કોઇ નોંધપાત્ર મૂળભૂત સિગ્નલની ગેરહાજરીમાં સીધા જ ગ્રાઉન્ડ કરંટ દ્વારા રજૂ કરાયેલી વિકૃતિ પેદા કરે છે. આકૃતિ 6 માં લો-ડિસ્ટોર્શન લેઆઉટ બતાવે છે કે ગ્રાઉન્ડ કરંટ ઇફેક્ટને નજીકથી દૂર કરવાને કારણે બીજા હાર્મોનિક અને ટોટલ હાર્મોનિક ડિસ્ટોર્શન (THD) લાક્ષણિકતાઓમાં મોટા પ્રમાણમાં સુધારો થયો છે.

પીસીબી ડિઝાઇનમાં હાર્મોનિક વિકૃતિ કેવી રીતે ઘટાડવી

આ લેખ સારાંશ

સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, પીસીબી પર, બેકફ્લો વર્તમાન વિવિધ બાયપાસ કેપેસિટર (વિવિધ પાવર સપ્લાય માટે) અને વીજ પુરવઠો પોતે જ વહે છે, જે તેની વાહકતા માટે પ્રમાણસર છે. હાઇ-ફ્રીક્વન્સી સિગ્નલ પ્રવાહ નાના બાયપાસ કેપેસિટર પર પાછો વહે છે. લો-ફ્રીક્વન્સી પ્રવાહો, જેમ કે audioડિઓ સિગ્નલો, મુખ્યત્વે મોટા બાયપાસ કેપેસિટર દ્વારા વહે છે. ઓછી આવર્તન પ્રવાહ પણ સંપૂર્ણ બાયપાસ કેપેસીટન્સને “અવગણી” શકે છે અને પાવર લીડ પર સીધો પ્રવાહ કરી શકે છે. ચોક્કસ એપ્લિકેશન નક્કી કરશે કે કયો વર્તમાન માર્ગ સૌથી જટિલ છે. સદનસીબે, સામાન્ય ગ્રાઉન્ડ પોઇન્ટ અને આઉટપુટ સાઇડ પર ગ્રાઉન્ડ બાયપાસ કેપેસિટરનો ઉપયોગ કરીને સમગ્ર ગ્રાઉન્ડ કરંટ પાથનું રક્ષણ કરવું સરળ છે.

એચએફ પીસીબી લેઆઉટ માટે સુવર્ણ નિયમ એચએફ બાયપાસ કેપેસિટરને પેકેજ્ડ પાવર પિનની શક્ય તેટલી નજીક રાખવાનો છે, પરંતુ આકૃતિ 5 અને આકૃતિ 6 ની સરખામણી દર્શાવે છે કે વિકૃતિ લાક્ષણિકતાઓને સુધારવા માટે આ નિયમમાં ફેરફાર કરવાથી બહુ ફરક પડતો નથી. સુધારેલી વિકૃતિ લાક્ષણિકતાઓ લગભગ 0.15 ઇંચ હાઇ-ફ્રીક્વન્સી બાયપાસ કેપેસિટર વાયરિંગ ઉમેરવાના ભોગે આવી હતી, પરંતુ FHP3450 ના AC પ્રતિભાવ પ્રદર્શન પર આની થોડી અસર પડી હતી. ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા એમ્પ્લીફાયરની કામગીરીને મહત્તમ કરવા માટે PCB લેઆઉટ મહત્વનું છે, અને અહીં ચર્ચા કરવામાં આવેલા મુદ્દાઓ એચએફ એમ્પ્લીફાયર સુધી મર્યાદિત નથી. ઓડિયો જેવા લો ફ્રીક્વન્સી સિગ્નલોમાં કડક વિકૃતિ જરૂરીયાતો છે. જમીનની વર્તમાન અસર ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર નાની છે, પરંતુ જો જરૂરી વિકૃતિ અનુક્રમણિકાને તે મુજબ સુધારવામાં આવે તો તે હજુ પણ એક મહત્વપૂર્ણ સમસ્યા હોઈ શકે છે.