Всушност, печатени коло (ПХБ) се направени од електрични линеарни материјали, односно нивната импеданса треба да биде константна. Значи, зошто ПХБ воведува нелинеарност во сигнал? Одговорот е дека распоредот на ПХБ е „просторно нелинеарен“ во однос на тоа каде тече струјата.

Дали засилувачот прима струја од еден или друг извор зависи од моменталниот поларитет на сигналот на товарот. Струјата тече од напојувањето, преку бајпас кондензаторот, преку засилувачот во товарот. Струјата потоа патува од терминалот за заземјување со товар (или заштитен приклучок за излез на ПХБ) назад кон рамнината за заземјување, преку кондензаторот за бајпас и назад до изворот што првично ја снабдувал струјата.

Концептот за минимална патека на струја преку импеданса е неточен. Количината на струја во сите различни патеки на импеданса е пропорционална со нејзината спроводливост. Во рамнината за заземјување, често има повеќе од една патека со ниска импеданса низ која тече голем дел од струјата на земјата: една патека е директно поврзана со бајпас кондензаторот; Другиот го возбудува влезниот отпорник додека не се достигне кондензаторот за бајпас. Слика 1 ги илустрира овие две патеки. Струјата на обратен проток е она што навистина го предизвикува проблемот.

Како да се намали хармоничното нарушување во дизајнот на ПХБ

Кога бајпасните кондензатори се поставени на различни позиции на ПХБ, струјата на земјата тече низ различни патеки до соодветните бајпас кондензатори, што е значењето на „просторна нелинеарност“. Ако значителен дел од поларна компонента на струјата на заземјување тече низ земјата на влезното коло, само таа поларна компонента на сигналот е нарушена. Ако другиот поларитет на струјата на заземјување не е нарушен, напонот на влезниот сигнал се менува на нелинеарен начин. Кога едната поларитетна компонента се менува, но другата поларитет не е, нарушувањето се јавува и се манифестира како второ хармонично нарушување на излезниот сигнал. Слика 2 го покажува овој ефект на искривување во претерана форма.

Како да се намали хармоничното нарушување во дизајнот на ПХБ

Кога е нарушена само една поларна компонента на синусниот бран, добиената бранова форма веќе не е синусен бран. Симулирање на идеален засилувач со оптоварување 100-ω и поврзување на струјата на оптоварување преку отпор 1-ω во напонот на заземјување на само еден поларитет на сигналот, резултира со слика 3.Фуриевата трансформација покажува дека брановата форма на искривување е скоро сите втора хармоника на -68 DBC. На високи фреквенции, ова ниво на спојување лесно се генерира на ПХБ, што може да ги уништи одличните карактеристики против изобличување на засилувачот без прибегнување кон голем дел од специјалните нелинеарни ефекти на ПХБ. Кога излезот на еден оперативен засилувач е искривен поради патеката на струјата на земјата, протокот на тековната заземјување може да се прилагоди со преуредување на заобиколната јамка и одржување на растојание од влезниот уред, како што е прикажано на слика 4.

Како да се намали хармоничното нарушување во дизајнот на ПХБ

Чип со повеќе засилувачи

Проблемот со чипови со повеќе засилувачи (два, три или четири засилувачи) се надополнува со неможноста да се одржи приземната врска на бајпас кондензаторот далеку од целиот влез. Ова е особено точно за четири засилувачи. Чиповите со четири засилувачи имаат влезни терминали на секоја страна, така што нема простор за бајпас кола што го ублажуваат нарушувањето на влезниот канал.

Како да се намали хармоничното нарушување во дизајнот на ПХБ

Слика 5 покажува едноставен пристап кон распоредот со четири засилувачи. Повеќето уреди се поврзуваат директно со игла со четири засилувачи. Струјата на заземјување на едно напојување може да го наруши влезниот напон на земјата и струјата на заземјување на другото напојување, што резултира со нарушување. На пример, кондензаторот за бајпас (+Vs) на каналот 1 од четирикратниот засилувач може да се постави директно во непосредна близина на неговиот влез; Кондензаторот за бајпас (-Vs) може да се стави на другата страна од пакувањето. Струјата на заземјување (+Vs) може да го наруши каналот 1, додека струјата на земјата (-vs) не.

Како да се намали хармоничното нарушување во дизајнот на ПХБ

За да го избегнете овој проблем, оставете ја струјата на земјата да го наруши влезот, но нека струјата на ПХБ тече во просторно линеарен начин. За да се постигне ова, кондензаторот за бајпас може да се организира на ПХБ на таков начин што струите на земјата (+Vs) и ( – Vs) течат низ истата патека. Ако влезниот сигнал е подеднакво нарушен од позитивните и негативните струи, нема да дојде до нарушување. Затоа, порамнете ги двата кондензатори за бајпас еден до друг, така што тие ја делат основната точка. Бидејќи двете поларни компоненти на заземјувачката струја доаѓаат од иста точка (заштитниот излезен конектор или оптоварувачкото подрачје) и двете се враќаат назад во иста точка (заедничката заземјување на бајпас кондензаторот), позитивната/негативната струја тече низ истиот пат. Ако влезниот отпор на каналот е нарушен со (+Vs) струја, ( – Vs) струјата има ист ефект врз него. Бидејќи резултирачкото нарушување е исто без оглед на поларитетот, нема нарушување, но ќе се појави мала промена во добивката на каналот, како што е прикажано на слика 6.

Како да се намали хармоничното нарушување во дизајнот на ПХБ

За да се потврди горенаведениот заклучок, се користеа два различни распоред на ПХБ: едноставен распоред (слика 5) и распоред со ниски искривувања (слика 6). Искривувањето произведено од четири-оперативниот засилувач FHP3450 со помош на полупроводник ферхилд е прикажано во табела 1. Типичниот пропусен опсег на FHP3450 е 210MHz, наклонот е 1100V/нас, влезната струја на пристрасност е 100nA, а работната струја по канал е 3.6 mA Како што може да се види од Табела 1, колку повеќе каналот е искривен, толку е подобро подобрувањето, така што четирите канали се скоро еднакви во перформансите.

Како да се намали хармоничното нарушување во дизајнот на ПХБ

Без идеален четири засилувач на ПХБ, може да биде тешко да се измерат ефектите од еден канал за засилувач. Очигледно, даден канал за засилувач го нарушува не само сопствениот влез, туку и влезот на другите канали. Струјата на земјата тече низ сите различни влезни канали и произведува различни ефекти, но е под влијание на секој излез, кој е мерлив.

Табела 2 ги покажува хармониците измерени на други нездрави канали кога се вози само еден канал. Ненаполнетиот канал прикажува мал сигнал (вкрстено разговарање) на основната фреквенција, но исто така создава изобличување директно воведено од струјата на земјата во отсуство на значаен фундаментален сигнал. Распоредот со ниски дисторзии на Слика 6 покажува дека карактеристиките на втората хармонична и тотална хармонична дисторзија (ТХД) се значително подобрени поради скоро елиминирање на ефектот на тековната подлога.

Како да се намали хармоничното нарушување во дизајнот на ПХБ

Резиме на оваа статија

Едноставно кажано, на ПХБ, струјата на обратен проток тече низ различни бајпас кондензатори (за различни напојувања) и самото напојување, што е пропорционално со неговата спроводливост. Струјата на сигналот со висока фреквенција се враќа назад кон малиот бајпас кондензатор. Нискофреквентни струи, како оние на аудио сигналите, може да течат првенствено преку поголеми бајпас кондензатори. Дури и пониска фреквенција струја може да го „игнорира“ целиот капацитет за бајпас и да тече директно назад до кабелот за напојување. Специфичната апликација ќе определи која тековна патека е најкритична. За среќа, лесно е да се заштити целата патека на струјата на земјата со користење на заедничка точка за заземјување и кондензатор за бајпас на земја на излезната страна.

Златното правило за распоредот на HF PCB е да се држи кондензаторот за бајпас HF што е можно поблиску до спакуваниот игла, но споредбата на Слика 5 и Слика 6 покажува дека менувањето на ова правило за подобрување на карактеристиките на изобличување не прави голема разлика. Подобрените карактеристики на искривување настанаа на сметка на додавање на околу 0.15 инчи жици со висок фреквентен бајпас кондензатор, но ова имаше мало влијание врз перформансите на реакција на наизменична струја на FHP3450. Распоредот на ПХБ е важен за да се максимизираат перформансите на висококвалитетниот засилувач, а прашањата што се дискутирани овде не се ограничени само на hf засилувачи. Сигналите со пониска фреквенција, како што е аудио, имаат многу построги барања за изобличување. Ефектот на заземјувачката струја е помал при ниски фреквенции, но сепак може да биде важен проблем доколку соодветниот индекс на искривување се подобри соодветно.