खरं तर, छापील सर्कीट बोर्ड (पीसीबी) विद्युत रेषीय साहित्याने बनलेले आहेत, म्हणजे त्यांची प्रतिबाधा स्थिर असावी. मग पीसीबी सिग्नलमध्ये नॉनलाइनरिटी का आणते? याचे उत्तर असे आहे की पीसीबी लेआउट सध्याच्या प्रवाहाच्या तुलनेत “अवकाशीय रेषीय” आहे.

एम्पलीफायर एका स्त्रोताकडून किंवा दुसर्या स्त्रोताकडून वर्तमान प्राप्त करतो की नाही हे लोडवरील सिग्नलच्या त्वरित ध्रुवीयतेवर अवलंबून असते. वीज पुरवठ्यातून, बायपास कॅपेसिटरद्वारे, एम्पलीफायरद्वारे लोडमध्ये प्रवाह वाहतो. 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. ग्राउंड प्लेनमध्ये, अनेकदा एकापेक्षा कमी लो-इम्पेडन्स मार्ग असतो ज्यातून जमिनीचा प्रवाह मोठ्या प्रमाणात वाहतो: एक मार्ग थेट बायपास कॅपेसिटरशी जोडलेला असतो; बायपास कॅपेसिटरपर्यंत पोहोचेपर्यंत दुसरा इनपुट रेझिस्टरला उत्तेजित करतो. आकृती 1 हे दोन मार्ग स्पष्ट करते. बॅकफ्लो करंट म्हणजे खरोखरच समस्या निर्माण करत आहे.

सादर

जेव्हा पीसीबीवर बायपास कॅपेसिटर वेगवेगळ्या पदांवर ठेवलेले असतात, तेव्हा ग्राउंड करंट वेगवेगळ्या मार्गांद्वारे संबंधित बायपास कॅपेसिटरकडे वाहतो, ज्याचा अर्थ “स्थानिक नॉनलाइनरिटी” आहे. 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. जर ग्राउंड करंटची इतर ध्रुवीयता व्यत्यय आणली नाही तर इनपुट सिग्नल व्होल्टेज नॉनलाइनियर पद्धतीने बदलते. जेव्हा एक ध्रुवीयता घटक बदलला जातो परंतु दुसरा ध्रुवीयता नसतो, तेव्हा विकृती उद्भवते आणि आउटपुट सिग्नलची दुसरी हार्मोनिक विकृती म्हणून प्रकट होते. आकृती 2 अतिरंजित स्वरूपात हा विकृती प्रभाव दर्शवते.

सादर

जेव्हा साईन वेव्हचा फक्त एक ध्रुवीय घटक विस्कळीत होतो, परिणामी वेव्हफॉर्म आता साइन वेव्ह नाही. 100-ω लोडसह एक आदर्श एम्पलीफायरचे अनुकरण करणे आणि सिग्नलच्या फक्त एका ध्रुवीयतेवर ग्राउंड व्होल्टेजमध्ये 1-ω रेझिस्टरद्वारे लोड करंट जोडणे, आकृती 3 मध्ये परिणाम होतो. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. उच्च फ्रिक्वेन्सीमध्ये, पीसीबीवर या पातळीचे जोड सहजपणे व्युत्पन्न केले जाते, जे पीसीबीच्या विशेष नॉनलाइनियर प्रभावांचा अवलंब न करता एम्पलीफायरची उत्कृष्ट विकृतीविरोधी वैशिष्ट्ये नष्ट करू शकते. 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.

सादर

Multiamplifier chip

मल्टी-एम्पलीफायर चिप्स (दोन, तीन किंवा चार अॅम्प्लीफायर्स) ची समस्या बायपास कॅपेसिटरचे ग्राउंड कनेक्शन संपूर्ण इनपुटपासून दूर ठेवण्यास असमर्थतेमुळे वाढते. हे विशेषतः चार अॅम्प्लीफायर्ससाठी खरे आहे. क्वाड-एम्पलीफायर चिप्समध्ये प्रत्येक बाजूला इनपुट टर्मिनल असतात, त्यामुळे इनपुट चॅनेलमध्ये अडथळा कमी करणारे बायपास सर्किटसाठी जागा नाही.

सादर

आकृती 5 चार-एम्पलीफायर लेआउटसाठी एक सोपा दृष्टीकोन दर्शवते. बहुतेक उपकरणे थेट क्वाड एम्पलीफायर पिनशी जोडतात. एका वीज पुरवठ्याचा ग्राउंड करंट इनपुट ग्राउंड व्होल्टेज आणि दुसऱ्या चॅनेलच्या वीज पुरवठ्याच्या ग्राउंड करंटला त्रास देऊ शकतो, परिणामी विकृती निर्माण होते. उदाहरणार्थ, क्वाड अॅम्प्लीफायरच्या चॅनेल 1 वरील (+Vs) बायपास कॅपेसिटर थेट त्याच्या इनपुटला लागून ठेवता येते; (-Vs) बायपास कॅपेसिटर पॅकेजच्या दुसऱ्या बाजूला ठेवता येतो. (+Vs) ग्राउंड करंट चॅनेल 1 ला त्रास देऊ शकतो, तर (-vs) ग्राउंड करंट कदाचित नाही.

सादर

ही समस्या टाळण्यासाठी, ग्राउंड करंट इनपुटला त्रास देऊ द्या, परंतु पीसीबी करंटला एका रेषीय पद्धतीने प्रवाहित होऊ द्या. हे साध्य करण्यासाठी, पीसीबीवर बायपास कॅपेसिटरची व्यवस्था अशा प्रकारे केली जाऊ शकते की (+Vs) आणि ( – Vs) जमिनीचे प्रवाह एकाच मार्गावरून वाहतात. जर इनपुट सिग्नल सकारात्मक आणि नकारात्मक प्रवाहांमुळे तितकाच विस्कळीत असेल तर विकृती होणार नाही. म्हणून, दोन बायपास कॅपेसिटर एकमेकांच्या पुढे संरेखित करा जेणेकरून ते ग्राउंड पॉईंट शेअर करतील. कारण पृथ्वीच्या प्रवाहाचे दोन ध्रुवीय घटक एकाच बिंदू (आउटपुट कनेक्टर शील्डिंग किंवा लोड ग्राउंड) वरून येतात आणि दोन्ही एकाच बिंदूकडे परत जातात (बायपास कॅपेसिटरचे सामान्य ग्राउंड कनेक्शन), सकारात्मक/नकारात्मक प्रवाह त्यातून वाहतो समान मार्ग. जर चॅनेलचा इनपुट प्रतिकार (+Vs) प्रवाहाने व्यत्यय आणला असेल तर, ( – Vs) करंटवर समान परिणाम होतो. 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.

सादर

वरील अनुमान सत्यापित करण्यासाठी, दोन भिन्न पीसीबी लेआउट वापरण्यात आले: एक साधा लेआउट (आकृती 5) आणि कमी-विकृती मांडणी (आकृती 6). फेअरचाइल्ड सेमीकंडक्टरचा वापर करून FHP3450 क्वाड-ऑपरेशनल अॅम्प्लीफायरद्वारे तयार केलेली विकृती तक्ता 1 मध्ये दर्शविली आहे. FHP3450 ची ठराविक बँडविड्थ 210MHz आहे, उतार 1100V/us आहे, इनपुट बायस करंट 100nA आहे आणि प्रति चॅनेल ऑपरेटिंग करंट 3.6 आहे एमए 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.

सादर

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. स्पष्टपणे, दिलेले अॅम्प्लीफायर चॅनेल केवळ स्वतःचे इनपुटच नाही तर इतर चॅनेलचे इनपुट देखील व्यत्यय आणते. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

सारणी 2 केवळ एक चॅनेल चालवताना इतर अंडरविव्हन चॅनेलवर मोजलेले हार्मोनिक्स दर्शवते. अंडरव्हिन चॅनेल मूलभूत वारंवारतेवर एक लहान सिग्नल (क्रॉसस्टॉक) प्रदर्शित करते, परंतु कोणत्याही महत्त्वपूर्ण मूलभूत सिग्नलच्या अनुपस्थितीत थेट ग्राउंड करंटद्वारे थेट विरूपण देखील निर्माण करते. आकृती 6 मधील कमी-विरूपण मांडणी दाखवते की जमिनीवरील वर्तमान प्रभावाच्या जवळजवळ निर्मूलनामुळे द्वितीय हार्मोनिक आणि एकूण हार्मोनिक विकृती (THD) वैशिष्ट्ये मोठ्या प्रमाणात सुधारली आहेत.

सादर

या लेखाचा सारांश

सरळ सांगा, पीसीबी वर, बॅकफ्लो करंट वेगळ्या बायपास कॅपेसिटर (वेगवेगळ्या वीज पुरवठ्यासाठी) आणि स्वतः वीज पुरवठा द्वारे वाहते, जे त्याच्या चालकतेच्या प्रमाणात आहे. हाय-फ्रिक्वेन्सी सिग्नल करंट लहान बायपास कॅपेसिटरकडे परत वाहतो. कमी-वारंवारता प्रवाह, जसे की ऑडिओ सिग्नल, प्रामुख्याने मोठ्या बायपास कॅपेसिटरमधून वाहू शकतात. अगदी कमी फ्रिक्वेन्सी करंट देखील पूर्ण बायपास कॅपेसिटन्स “दुर्लक्ष” करू शकतो आणि थेट पॉवर लीडकडे परत जाऊ शकतो. कोणता वर्तमान मार्ग सर्वात गंभीर आहे हे विशिष्ट अनुप्रयोग निश्चित करेल. 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.

एचएफ पीसीबी लेआउटसाठी सुवर्ण नियम म्हणजे एचएफ बायपास कॅपेसिटर शक्य तितक्या पॅकेज केलेल्या पॉवर पिनच्या जवळ ठेवणे, परंतु आकृती 5 आणि आकृती 6 ची तुलना दाखवते की विकृतीची वैशिष्ट्ये सुधारण्यासाठी हा नियम बदलल्याने फारसा फरक पडत नाही. सुधारित विकृती वैशिष्ट्ये सुमारे 0.15 इंच हाय-फ्रिक्वेन्सी बायपास कॅपेसिटर वायरिंग जोडण्याच्या खर्चावर आली, परंतु FHP3450 च्या AC प्रतिसाद कामगिरीवर याचा फारसा परिणाम झाला नाही. उच्च-गुणवत्तेच्या अॅम्प्लीफायरची कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी पीसीबी लेआउट महत्वाचे आहे आणि येथे चर्चा केलेले मुद्दे एचएफ एम्पलीफायर्सपुरते मर्यादित नाहीत. ऑडिओ सारख्या कमी फ्रिक्वेंसी सिग्नलमध्ये अधिक कठोर विकृतीची आवश्यकता असते. ग्राउंड करंट इफेक्ट कमी फ्रिक्वेन्सीजवर लहान आहे, परंतु आवश्यक विकृती निर्देशांक त्यानुसार सुधारला गेला तरीही ही एक महत्त्वाची समस्या असू शकते.