Í raun, prentuð hringrás borð (PCB) eru gerðar úr rafmagns línulegum efnum, þ.e. viðnám þeirra ætti að vera stöðugt. Svo hvers vegna kynnir PCB ólínuleika í merki? Svarið er að útlit PCB er „staðbundið ólínulegt“ miðað við þar sem straumurinn flæðir.

Hvort magnarinn tekur á móti straumi frá einum eða öðrum uppruna fer eftir augnablikpólun merkisins á álaginu. Straumur rennur frá aflgjafanum, í gegnum framhjáþétti, í gegnum magnarann ​​inn í álagið. Straumurinn fer síðan frá hleðslustöðinni (eða hlífingu PCB útgangstengisins) aftur til jarðarplansins, um framhjáþétti og aftur til uppsprettunnar sem upphaflega afhenti strauminn.

Hugmyndin um lágmarksleið straums í gegnum viðnám er röng. Magn straums í öllum mismunandi viðnámsleiðum er í réttu hlutfalli við leiðni þess. Í jarðplani eru oft fleiri en ein lágviðnámsleið sem stór hluti jarðstraums flæðir um: ein leið er beintengd við framhjáþétti; Hinn æstir inntaksviðnám þar til framhjáþétti er náð. Mynd 1 sýnir þessar tvær leiðir. Bakstreymisstraumurinn er það sem raunverulega veldur vandamálinu.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Þegar framhjáþéttar eru settir á mismunandi stöðum á PCB, rennur jarðstraumurinn í gegnum mismunandi leiðir til viðkomandi framhjáþétta, sem er merkingin „staðbundin ólínuleiki“. Ef verulegur hluti af skautahluta jarðstraumsins rennur í gegnum jörð inntaksrásarinnar, þá truflast aðeins sá skauti hluti merkisins. Ef önnur pólun jarðstraumsins raskast ekki, breytist inntaksmerkisspennan á ólínulegan hátt. Þegar einum skautunarhlutanum er breytt en hinni póluninni ekki, þá kemur röskun fram og birtist sem önnur samhljóða röskun útgangsmerkisins. Mynd 2 sýnir þessi röskunaráhrif í ýktri mynd.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Þegar aðeins einn skautahluti sinusbylgjunnar raskast er bylgjuformið sem myndast ekki lengur sinusbylgja. Að líkja eftir kjörnum magnara með 100 ω álagi og tengja álagsstrauminn í gegnum 1 ω viðnám í jarðspennuna á aðeins einni pólun merkisins, leiðir til mynd 3.Fourier umbreyting sýnir að röskunarbylgjuformið er næstum öll önnur samhljóm við -68 DBC. Við há tíðni myndast þetta tengslastig auðveldlega á PCB, sem getur eyðilagt framúrskarandi eiginleika röskunar á magnara án þess að grípa til mikils af sérstökum ólínulegum áhrifum PCB. Þegar framleiðsla eins rekstrarmagnara er brengluð vegna jarðstraumsleiðarinnar er hægt að stilla jarðstraumsflæði með því að endurraða framhjá lykkjunni og viðhalda fjarlægð frá inntakstækinu, eins og sýnt er á mynd 4.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Margmiðlunarflís

Vandamálið með margmagnara flögum (tveimur, þremur eða fjórum magnara) bætist við vanhæfni til að halda jarðtengingu framhjáþéttisins fjarri öllu inntakinu. Þetta á sérstaklega við um fjóra magnara. Quad-magnari flísar hafa inntakstengi á hvorri hlið, þannig að það er ekkert pláss fyrir framhjárásir sem draga úr truflun á inntaksrásinni.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Mynd 5 sýnir einfalda nálgun við fjögurra magnara skipulag. Flest tæki tengjast beint við quad magnara pinna. Jarðstraumur eins aflgjafa getur truflað inntaksspennu og jarðstraum annars rásaraflsins, sem leiðir til röskunar. Til dæmis er hægt að setja (+Vs) framhjáþétti á rás 1 quad magnarans beint við inntak hans; Hægt er að setja (-Vs) framhjáþétti á hina hlið pakkans. (+Vs) jarðstraumurinn getur truflað rás 1, en (-vs) jarðstraumurinn getur ekki.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Til að forðast þetta vandamál, láttu jarðstrauminn trufla inntakið, en láttu PCB strauminn renna í staðbundnu línulegu formi. Til að ná þessu er hægt að raða framhjáþétti á PCB á þann hátt að (+Vs) og ( – Vs) jarðstraumar flæða um sömu braut. Ef inntaksmerki er jafn truflað af jákvæðum og neikvæðum straumum mun röskun ekki eiga sér stað. Þess vegna skaltu stilla framhjáþéttarana tvo við hliðina á hvor öðrum þannig að þeir deili jarðtengingu. Vegna þess að tveir skautahlutar jarðarstraumsins koma frá sama punkti (útgangstengi varið eða álags jörð) og renna báðir aftur til sama punkts (sameiginlega jarðtenging framhjáþéttisins), rennur jákvæða/neikvæða strauminn um sömu leið. Ef inntaksviðnám rásar raskast af (+Vs) straumi, hefur ( – Vs) núverandi sömu áhrif á hana. Vegna þess að truflunin er sú sama óháð pólun, þá er engin röskun, en lítil breyting verður á ávinningi rásarinnar, eins og sýnt er á mynd 6.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Til að sannreyna ofangreinda ályktun voru tvö mismunandi PCB skipulag notuð: einfalt skipulag (mynd 5) og lítil röskun (mynd 6). Sú röskun sem FHP3450 fjórvirki magnarinn framleiðir með fairchild hálfleiðara er sýndur í töflu 1. Dæmigerð bandbreidd FHP3450 er 210MHz, hallinn er 1100V/us, inntaksstraumurinn er 100nA og rekstrarstraumurinn á rás er 3.6 mA. Eins og sjá má af töflu 1, því meira sem brenglaður rásin er, því betri er framförin, þannig að rásirnar fjórar eru næstum jafnar í afköstum.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Án tilvalins fjórskiptamagnara á PCB getur verið erfitt að mæla áhrif eins magnarásar. Augljóslega truflar tiltekinn magnari rás ekki aðeins eigin inntak heldur inntak annarra rása líka. Jarðstraumurinn flæðir um öll mismunandi inntak rásanna og hefur mismunandi áhrif en er undir áhrifum frá hverri útgangi, sem er mælanlegur.

Tafla 2 sýnir samræmingarnar sem mældar eru á öðrum ódrifnum rásum þegar aðeins einni rás er ekið. Ósnúna rásin sýnir lítið merki (crosstalk) við grunntíðni, en framleiðir einnig röskun sem beint er til af jarðstraumnum án þess að merkilegt grundvallarmerki sé til staðar. Lág röskun á mynd 6 sýnir að seinni samhljóða og heildar harmonic röskun (THD) eiginleikar eru stórlega bættir vegna þess að jarðstraumáhrifin eru næstum útrýmd.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Þessi grein samantekt

Einfaldlega sett, á PCB, flæðir bakstreymisstraumurinn í gegnum mismunandi framhjáþétti (fyrir mismunandi aflgjafa) og aflgjafann sjálfan, sem er í réttu hlutfalli við leiðni þess. Hátíðni merkisstraumurinn rennur aftur til litla framhjáþéttisins. Lágtíðnistraumar, eins og hljóðmerki, geta fyrst og fremst runnið í gegnum stærri framhjáþétti. Jafnvel lægri tíðnisstraumur getur „hunsað“ fullan hjáleiðargetu og streymt beint aftur til aflgjafans. Sértæk forrit mun ákvarða hvaða núverandi leið er mikilvægust. Sem betur fer er auðvelt að vernda alla jarðstraumsleiðina með því að nota sameiginlegan jarðpunkt og jarðtengdu þétti á úttakshliðinni.

Gullna reglan fyrir HF PCB skipulag er að halda HF framhjáþéttinum eins nálægt pakkpakkanum og mögulegt er, en samanburður á mynd 5 og mynd 6 sýnir að breyting á þessari reglu til að bæta röskunareiginleika skiptir ekki miklu máli. Bættu röskunareiginleikarnir komu á kostnað þess að bæta við um 0.15 tommu hátíðni framhjáþétta raflögn, en þetta hafði lítil áhrif á afköst AC svörunar FHP3450. Uppsetning PCB er mikilvæg til að hámarka afköst hágæða magnara og málefnin sem hér eru til umfjöllunar takmarkast ekki við hf magnara. Lægri tíðni merki eins og hljóð hafa mun strangari kröfur um röskun. Jarðstraumsáhrifin eru minni við lágar tíðnir, en það getur samt verið mikilvægt vandamál ef nauðsynleg röskunarvísitala er bætt í samræmi við það.