למעשה, המעגל המודפס (PCB) עשויים מחומרים ליניאריים חשמליים, כלומר העכבה שלהם צריכה להיות קבועה. אז מדוע PCB מכניס לא לינאריות לאות? התשובה היא שפריסת ה- PCB היא “לא לינארית מבחינה מרחבית” ביחס למקום בו הזרם זורם.

אם המגבר מקבל זרם ממקור כזה או אחר תלוי בקוטביות המיידית של האות על העומס. הזרם זורם מאספקת החשמל, דרך קבל המעקף, דרך המגבר אל העומס. 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. במטוס קרקעי, לרוב יש יותר מנתיב עכבה נמוכה אחד שדרכו זורם חלק גדול מזרם הקרקע: נתיב אחד מחובר ישירות לקבל העוקף; השני מרגש את נגד הכניסה עד להגעה לקבל העוקף. איור 1 ממחיש את שני הנתיבים הללו. זרם הזרימה החזרה הוא מה שגורם לבעיה באמת.

להגיש

כאשר קבלים המעקפים ממוקמים במיקומים שונים על הלוח המודרני, זרם הקרקע זורם בנתיבים שונים אל קבלים המעקפים המתאימים, וזה המשמעות של “אי לינאריות מרחבית”. 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. אם הקוטביות האחרת של זרם הקרקע אינה מופרעת, מתח אות הכניסה משתנה בצורה לא לינארית. כאשר מרכיב קוטביות אחד משתנה אך הקוטביות השנייה אינה משתנה, עיוות מתרחש ומתבטא כעיוות הרמוני שני של אות הפלט. איור 2 מראה אפקט עיוות זה בצורה מוגזמת.

להגיש

כאשר רק מרכיב קוטבי אחד של גל הסינוס מופרע, צורת הגל המתקבלת אינה עוד גל סינוס. סימולציה של מגבר אידיאלי עם עומס 100 ω וחיבור זרם העומס דרך הנגד 1 ω למתח הקרקע רק על קוטביות אחת של האות, מביאה לאיור 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. בתדרים גבוהים, רמת צימוד זו נוצרת בקלות על לוח PCB, מה שיכול להרוס את המאפיינים המעולים נגד עיוות של מגבר מבלי להיעזר בהרבה מההשפעות המיוחדות של ה- PCB. 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.

להגיש

Multiamplifier chip

הבעיה של שבבי רב מגברים (שניים, שלושה או ארבעה מגברים) מתווספת על ידי חוסר היכולת להרחיק את חיבור הקרקע של קבל העוקף מכל הכניסה. הדבר נכון במיוחד לגבי ארבעה מגברים. לשבבי מגבר מרובע יש מסופי כניסה מכל צד, כך שאין מקום למעגלים עוקפים המפחיתים את ההפרעה לערוץ הקלט.

להגיש

איור 5 מציג גישה פשוטה לפריסה של ארבעה מגברים. רוב המכשירים מתחברים ישירות לסיכת מגבר מרובעת. זרם הארקה של ספק כוח אחד יכול להפריע למתח הקרקע הקלט ולזרם הקרקע של ספק הכוח של הערוץ השני, וכתוצאה מכך לעיוות. לדוגמה, ניתן למקם את קבל המעקף (+Vs) בערוץ 1 של מגבר המרובע ישירות בסמוך לקלט שלו; ניתן למקם את קבל העוקף (-Vs) בצד השני של החבילה. זרם הקרקע (+Vs) עלול להפריע לערוץ 1, בעוד שזרם הקרקע (-vs) עשוי שלא.

להגיש

כדי להימנע מבעיה זו, תן לזרם הקרקע להפריע לקלט, אך תן לזרם ה- PCB לזרום בצורה לינארית מרחבית. כדי להשיג זאת, ניתן לסדר את קבל המעקף על ה- PCB באופן שזרמי הקרקע (+Vs) ו- ( – Vs) יזרמו באותה הנתיב. אם אות הקלט מופרד באותה מידה על ידי זרמים חיוביים ושליליים, עיוות לא יתרחש. לכן, יישר את שני קבלים המעקפים זה ליד זה כך שהם יחלקו נקודת קרקע. מכיוון ששני הרכיבים הקוטביים של זרם האדמה מגיעים מאותה נקודה (מחבר הפלט המגן או קרקע העומס) ושניהם זורמים חזרה לאותה נקודה (חיבור הארקה הנפוץ של קבל המעקף), הזרם החיובי/השלילי זורם דרך אותה דרך. אם התנגדות הקלט של ערוץ מופרעת על ידי זרם (+Vs), לזרם ( – Vs) יש אותה השפעה עליו. 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.

להגיש

כדי לאמת את ההסקה שלעיל, נעשה שימוש בשתי פריסות PCB שונות: פריסה פשוטה (איור 5) ופריסה של עיוות נמוך (איור 6). העיוות שמייצר המגבר הארבע-תפעולי FHP3450 באמצעות מוליך למחצה של fairchild מוצג בטבלה 1. רוחב הפס האופייני של FHP3450 הוא 210MHz, השיפוע הוא 1100V/us, זרם הטיה הכניסה הוא 100nA וזרם ההפעלה לכל ערוץ הוא 3.6 אִמָא. 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.

להגיש

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. מן הסתם, ערוץ מגבר נתון מפריע לא רק לקלט שלו, אלא גם לקלט של ערוצים אחרים. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

טבלה 2 מציגה את ההרמוניות הנמדדות בערוצים אחרים שאינם מנועים כאשר רק ערוץ אחד מונע. הערוץ הלא מסומן מציג אות קטן (קריאה) בתדר היסודי, אך גם מייצר עיוות שהוכנס ישירות על ידי זרם הקרקע בהעדר אות בסיסי משמעותי. פריסת העיוות הנמוך באיור 6 מראה כי המאפיינים הרמוניים והעיוות ההרמוני השני (THD) השני משתפרים במידה ניכרת בגלל חיסול ההשפעה הנוכחי הקרקע.

להגיש

תקציר מאמר זה

במילים פשוטות, על PCB, זרם הזרם החוזר זורם דרך קבלים עוקפים שונים (עבור ספקי כוח שונים) ואספקת החשמל עצמה, היחסית למוליכות שלו. זרם האות בתדר גבוה זורם בחזרה אל קבל המעקף הקטן. זרמים בתדר נמוך, כגון אלה של אותות שמע, עשויים לזרום בעיקר דרך קבלים עוקפים גדולים יותר. אפילו זרם תדרים נמוך יותר עלול “להתעלם” מקיבולת המעקף המלאה ולזרום ישירות חזרה אל מוביל החשמל. היישום הספציפי יקבע איזה נתיב נוכחי הוא הקריטי ביותר. 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.

כלל הזהב לפריסת HF PCB הוא לשמור על קבל מעקף HF קרוב ככל האפשר לסיכת החשמל הארוזה, אך השוואה של איור 5 ואיור 6 מראה ששינוי כלל זה לשיפור מאפייני העיוות אינו משנה הרבה. מאפייני העיוות המשופרים עלו על חשבון הוספת כ -0.15 אינץ ‘של חיווט קבלים עוקף בתדר גבוה, אך הדבר לא השפיע מעט על ביצועי תגובת ה- AC של ה- FHP3450. פריסת PCB חשובה כדי למקסם את הביצועים של מגבר באיכות גבוהה, והנושאים שנדונו כאן אינם מוגבלים למגברי hf. לאותות בתדר נמוך יותר כגון אודיו יש דרישות עיוות הרבה יותר מחמירות. אפקט זרם הקרקע קטן יותר בתדרים נמוכים, אך עדיין עשויה להיות בעיה חשובה אם מדד העיוות הנדרש ישתפר בהתאם.