Malah, papan litar bercetak (PCB) terbuat dari bahan linier elektrik, iaitu impedansnya harus tetap. Jadi mengapa PCB memperkenalkan ketidakliniaran menjadi isyarat? Jawapannya adalah bahawa susun atur PCB “tidak linear secara spasial” berbanding dengan tempat arus mengalir.

Sama ada penguat menerima arus dari satu sumber atau sumber yang lain bergantung pada kekutuban seketika isyarat pada beban. Arus mengalir dari bekalan kuasa, melalui kapasitor pintas, melalui penguat ke dalam beban. Arus kemudian bergerak dari terminal tanah beban (atau pelindung penyambung output PCB) kembali ke satah tanah, melalui kapasitor pintasan, dan kembali ke sumber yang mula-mula membekalkan arus.

Konsep laluan minimum arus melalui impedans tidak betul. Jumlah arus di semua jalur impedans berbeza berbanding dengan kekonduksiannya. Dalam satah darat, selalunya terdapat lebih dari satu jalur impedans rendah yang melaluinya sebahagian besar arus tanah: satu jalur dihubungkan secara langsung ke kapasitor pintas; Yang lain membangkitkan perintang input sehingga kapasitor pintas tercapai. Rajah 1 menggambarkan kedua-dua jalan ini. Arus aliran balik inilah yang sebenarnya menyebabkan masalah.

Cara mengurangkan herotan harmonik dalam reka bentuk PCB

Apabila kapasitor pintasan ditempatkan pada posisi yang berbeza pada PCB, arus tanah mengalir melalui jalur yang berlainan ke kapasitor pintasan masing-masing, yang bermaksud “nonlinear spasial”. Sekiranya sebahagian besar komponen kutub arus tanah mengalir melalui tanah litar input, hanya komponen kutub isyarat yang terganggu. Sekiranya polaritas arus tanah yang lain tidak terganggu, voltan isyarat input berubah secara tidak linear. Apabila satu komponen polaritas diubah tetapi polaritas yang lain tidak, distorsi berlaku dan dimanifestasikan sebagai penyimpangan harmonik kedua dari isyarat output. Rajah 2 menunjukkan kesan penyelewengan ini dalam bentuk yang berlebihan.

Cara mengurangkan herotan harmonik dalam reka bentuk PCB

Apabila hanya satu komponen polar gelombang sinus terganggu, bentuk gelombang yang dihasilkan tidak lagi menjadi gelombang sinus. Menyimulasikan penguat yang ideal dengan beban 100-ω dan memasangkan arus beban melalui perintang 1-ω ke voltan arde hanya pada satu kekutuban isyarat, menghasilkan gambar 3.Transformasi Fourier menunjukkan bahawa bentuk gelombang distorsi hampir semua harmonik kedua di -68 DBC. Pada frekuensi tinggi, tahap gandingan ini dihasilkan dengan mudah pada PCB, yang dapat memusnahkan ciri-ciri anti-distorsi penguat yang sangat baik tanpa menggunakan banyak kesan bukan linear khas PCB. Apabila output penguat operasi tunggal terdistorsi karena jalur arus tanah, aliran arus tanah dapat disesuaikan dengan mengatur ulang gelung pintasan dan menjaga jarak dari perangkat input, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Cara mengurangkan herotan harmonik dalam reka bentuk PCB

Cip multiamplifier

Masalah cip multi-penguat (dua, tiga, atau empat penguat) diburukkan lagi oleh ketidakupayaan untuk menjaga sambungan tanah kapasitor pintas jauh dari keseluruhan input. Ini berlaku terutamanya untuk empat penguat. Cip penguat quad mempunyai terminal input di setiap sisi, jadi tidak ada ruang untuk litar pintas yang mengurangkan gangguan pada saluran input.

Cara mengurangkan herotan harmonik dalam reka bentuk PCB

Rajah 5 menunjukkan pendekatan sederhana untuk susun atur penguat empat. Sebilangan besar peranti menyambung terus ke pin penguat quad. Arus arde satu bekalan kuasa boleh mengganggu voltan tanah input dan arus tanah dari bekalan kuasa saluran yang lain, sehingga menyebabkan herotan. Sebagai contoh, kapasitor pintasan (+ Vs) pada saluran 1 penguat quad boleh diletakkan berdekatan dengan inputnya; Kapasitor pintasan (-Vs) boleh diletakkan di sisi lain bungkusan. Arus tanah (+ Vs) boleh mengganggu saluran 1, sementara arus tanah (-vs) mungkin tidak.

Cara mengurangkan herotan harmonik dalam reka bentuk PCB

Untuk mengelakkan masalah ini, biarkan arus tanah mengganggu input, tetapi biarkan arus PCB mengalir secara linear. Untuk mencapai ini, kapasitor pintas dapat disusun pada PCB sedemikian rupa sehingga arus tanah (+ Vs) dan (- Vs) mengalir melalui jalan yang sama. Sekiranya isyarat input sama-sama terganggu oleh arus positif dan negatif, gangguan tidak akan berlaku. Oleh itu, sejajarkan dua kapasitor pintasan di sebelah satu sama lain sehingga mereka berkongsi titik asas. Kerana dua komponen kutub arus bumi berasal dari titik yang sama (pelindung penyambung output atau tanah beban) dan kedua-duanya mengalir kembali ke titik yang sama (sambungan tanah biasa kapasitor pintas), arus positif / negatif mengalir melalui jalan yang sama. Sekiranya rintangan input saluran terganggu oleh arus (+ Vs), arus (- Vs) mempunyai kesan yang sama padanya. Kerana gangguan yang dihasilkan adalah sama tanpa mengira polaritasnya, tidak ada distorsi, tetapi perubahan kecil dalam keuntungan saluran akan terjadi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.

Cara mengurangkan herotan harmonik dalam reka bentuk PCB

Untuk mengesahkan kesimpulan di atas, dua susun atur PCB yang berbeza digunakan: susun atur sederhana (Gambar 5) dan susun atur distorsi rendah (Gambar 6). Penyelewengan yang dihasilkan oleh penguat operasi quad-operasional FHP3450 menggunakan semikonduktor Fairchild ditunjukkan dalam jadual 1. Lebar jalur khas FHP3450 ialah 210MHz, cerunnya 1100V / kita, arus bias input adalah 100nA, dan arus operasi setiap saluran adalah 3.6 mA. Seperti yang dapat dilihat dari Jadual 1, semakin banyak saluran yang diputarbelitkan, semakin baik peningkatannya, sehingga keempat-empat saluran itu hampir sama dalam prestasi.

Cara mengurangkan herotan harmonik dalam reka bentuk PCB

Tanpa penguat quad yang ideal pada PCB, mengukur kesan saluran penguat tunggal boleh menjadi sukar. Jelas, saluran penguat yang diberikan mengganggu bukan sahaja inputnya sendiri, tetapi juga input saluran lain. Arus bumi mengalir melalui semua input saluran yang berbeza dan menghasilkan kesan yang berbeza, tetapi dipengaruhi oleh setiap output, yang dapat diukur.

Jadual 2 menunjukkan harmonik yang diukur pada saluran lain yang tidak dapat dicapai apabila hanya satu saluran yang digerakkan. Saluran undriven memaparkan isyarat kecil (crosstalk) pada frekuensi asas, tetapi juga menghasilkan distorsi yang diperkenalkan secara langsung oleh arus tanah jika tidak ada isyarat asas yang signifikan. Susun atur distorsi rendah pada Rajah 6 menunjukkan bahawa ciri-ciri penyimpangan harmonik dan keseluruhan harmonik kedua (THD) bertambah baik kerana penghapusan kesan arus tanah hampir.

Cara mengurangkan herotan harmonik dalam reka bentuk PCB

Ringkasan artikel ini

Ringkasnya, pada PCB, arus balik mengalir melalui kapasitor pintasan yang berbeza (untuk bekalan kuasa yang berbeza) dan bekalan kuasa itu sendiri, yang sebanding dengan kekonduksiannya. Arus isyarat frekuensi tinggi mengalir kembali ke kapasitor pintasan kecil. Arus frekuensi rendah, seperti isyarat audio, mungkin mengalir terutamanya melalui kapasitor pintasan yang lebih besar. Malah arus frekuensi yang lebih rendah dapat “mengabaikan” kapasitansi pintasan penuh dan mengalir terus kembali ke plumbum kuasa. Aplikasi khusus akan menentukan jalan semasa mana yang paling kritikal. Nasib baik, mudah untuk melindungi keseluruhan jalan arus tanah dengan menggunakan titik tanah biasa dan kapasitor pintas tanah di sisi output.

Peraturan keemasan untuk susun atur PCB HF adalah untuk menjaga kapasitor pintas HF sedekat mungkin dengan pin kuasa yang dibungkus, tetapi perbandingan Gambar 5 dan Gambar 6 menunjukkan bahawa mengubah peraturan ini untuk memperbaiki ciri-ciri distorsi tidak banyak memberi perbezaan. Ciri-ciri penyimpangan yang lebih baik datang dengan perbelanjaan menambah kira-kira 0.15 inci pendawaian kapasitor pintas frekuensi tinggi, tetapi ini sedikit mempengaruhi prestasi tindak balas AC FHP3450. Susun atur PCB penting untuk memaksimumkan prestasi penguat berkualiti tinggi, dan masalah yang dibincangkan di sini tidak terhad kepada penguat hf. Isyarat frekuensi rendah seperti audio mempunyai keperluan penyelewengan yang lebih ketat. Kesan arus tanah lebih kecil pada frekuensi rendah, tetapi mungkin masih menjadi masalah penting jika indeks distorsi yang diperlukan ditingkatkan dengan sewajarnya.