Kif tnaqqas id-distorsjoni armonika fid-disinn tal-PCB?

Fil-fatt, b’ċirkwit stampat (PCB) huma magħmula minn materjali lineari elettriċi, jiġifieri l-impedenza tagħhom għandha tkun kostanti. Allura għaliex PCB jintroduċi n-nonlinearità f’sinjal? It-tweġiba hija li t-tqassim tal-PCB huwa “spazjalment mhux lineari” relattivament għal fejn joħroġ il-kurrent.

Jekk l-amplifikatur jirċevix kurrent minn sors wieħed jew ieħor jiddependi fuq il-polarità istantanja tas-sinjal fuq it-tagħbija. Il-flussi tal-kurrent mill-provvista tal-enerġija, permezz tal-kapaċitatur tal-bypass, mill-amplifikatur fit-tagħbija. Il-kurrent imbagħad jivvjaġġa mit-terminal tal-art tat-tagħbija (jew lqugħ tal-konnettur tal-ħruġ tal-PCB) lura għall-pjan tal-art, permezz tal-kapaċitatur tal-bypass, u lura għas-sors li oriġinarjament forna l-kurrent.

ipcb

Il-kunċett tal-passaġġ minimu tal-kurrent permezz tal-impedenza mhuwiex korrett. L-ammont ta ‘kurrent fil-mogħdijiet differenti kollha ta’ impedenza huwa proporzjonali għall-konduttività tiegħu. Fi pjan terren, ħafna drabi jkun hemm iktar minn passaġġ wieħed ta ‘impedenza baxxa li minnu jgħaddi proporzjon kbir ta’ kurrent ta ‘l-art: passaġġ wieħed huwa direttament konness mal-kapaċitatur tal-bypass; L-ieħor eċita r-resister tad-dħul sakemm jintlaħaq il-bypass capacitor. Il-Figura 1 turi dawn iż-żewġ mogħdijiet. Il-kurrent tal-fluss lura huwa dak li verament qed jikkawża l-problema.

Kif tnaqqas id-distorsjoni armonika fid-disinn tal-PCB

Meta l-kapaċitaturi tal-bypass jitqiegħdu f’pożizzjonijiet differenti fuq il-PCB, il-kurrent tal-art jgħaddi minn mogħdijiet differenti għall-kapaċitaturi tal-bypass rispettivi, li hija t-tifsira ta ‘”nonlinearità spazjali”. Jekk porzjon sinifikanti ta ‘komponent polari tal-kurrent ta’ l-art jgħaddi mill-art taċ-ċirkwit ta ‘l-input, dak il-komponent polari tas-sinjal biss huwa mfixkel. Jekk il-polarità l-oħra tal-kurrent ta ‘l-art mhix disturbata, il-vultaġġ tas-sinjal tad-dħul jinbidel b’mod mhux lineari. Meta komponent ta ‘polarità wieħed jinbidel iżda l-polarità l-oħra ma tkunx, isseħħ distorsjoni u tkun manifestata bħala t-tieni distorsjoni armonika tas-sinjal tal-ħruġ. Il-Figura 2 turi dan l-effett ta ‘distorsjoni f’forma esaġerata.

Kif tnaqqas id-distorsjoni armonika fid-disinn tal-PCB

Meta komponent polari wieħed biss tal-mewġa sine hija mfixkla, il-forma tal-mewġa li tirriżulta m’għadhiex mewġa sine. Is-simulazzjoni ta ‘amplifikatur ideali b’tagħbija ta’ 100-and u l-igganċjar tal-kurrent tat-tagħbija permezz ta ‘resistor ta’ 1-into fil-vultaġġ ta ‘l-art fuq polarità waħda biss tas-sinjal, jirriżulta fil-figura 3.It-trasformata ta ‘Fourier turi li l-forma tal-mewġa ta’ distorsjoni hija kważi t-tieni armoniċi kollha f’-68 DBC. Fi frekwenzi għoljin, dan il-livell ta ‘akkoppjar huwa ġġenerat faċilment fuq PCB, li jista’ jeqred il-karatteristiċi eċċellenti kontra d-distorsjoni ta ‘amplifikatur mingħajr ma jirrikorri għal ħafna mill-effetti mhux lineari speċjali ta’ PCB. Meta l-ħruġ ta ’amplifikatur operattiv wieħed ikun mgħawweġ minħabba l-passaġġ tal-kurrent tal-art, il-fluss tal-kurrent tal-art jista’ jiġi aġġustat billi tiġi rranġata l-linja tal-bypass u tinżamm id-distanza mill-apparat tal-input, kif muri fil-Figura 4.

Kif tnaqqas id-distorsjoni armonika fid-disinn tal-PCB

Ċippa multiamplifikatur

Il-problema taċ-ċipep b’ħafna amplifikaturi (tnejn, tlieta jew erba ‘amplifikaturi) hija aggravata mill-inkapaċità li żżomm il-konnessjoni tal-art tal-kapaċitatur tal-bypass’ il bogħod mill-input kollu. Dan hu veru speċjalment għal erba ‘amplifikaturi. Iċ-ċipep quad-amplifier għandhom terminals tal-input fuq kull naħa, u għalhekk m’hemmx lok għal ċirkuwiti tal-bypass li jtaffu t-tfixkil għall-kanal tal-input.

Kif tnaqqas id-distorsjoni armonika fid-disinn tal-PCB

Il-Figura 5 turi approċċ sempliċi għal tqassim ta ‘erba’ amplifikaturi. Ħafna apparati jikkonnettjaw direttament ma ‘pin amplifier quad. Il-kurrent ta ‘l-art ta’ provvista ta ‘enerġija waħda jista’ jiddisturba l-vultaġġ ta ‘l-art tad-dħul u l-kurrent ta’ l-art tal-provvista ta ‘l-enerġija tal-kanal l-ieħor, li jirriżulta f’distorsjoni. Pereżempju, il-kapaċitatur tal-bypass (+ Vs) fuq kanal 1 tal-quad amplifier jista ‘jitqiegħed direttament maġenb id-dħul tiegħu; Il-kapaċitatur tal-bypass (-Vs) jista ‘jitqiegħed fuq in-naħa l-oħra tal-pakkett. Il-kurrent ta ‘l-art (+ Vs) jista’ jiddisturba l-kanal 1, filwaqt li l-kurrent ta ‘l-art (-vs) jista’ ma jagħmilx hekk.

Kif tnaqqas id-distorsjoni armonika fid-disinn tal-PCB

Biex tevita din il-problema, ħalli l-kurrent ta ‘l-art jiddisturba l-input, imma ħalli l-kurrent tal-PCB jiċċirkola b’mod spazjalment lineari. Biex jinkiseb dan, il-kapaċitatur tal-bypass jista ‘jiġi rranġat fuq il-PCB b’tali mod li l-kurrenti tal-art (+ Vs) u (- Vs) jgħaddu mill-istess passaġġ. Jekk is-sinjal tad-dħul huwa mfixkel bl-istess mod minn kurrenti pożittivi u negattivi, distorsjoni ma sseħħx. Għalhekk, allinja ż-żewġ capacitors tal-bypass ħdejn xulxin sabiex jaqsmu punt ta ‘l-art. Minħabba li ż-żewġ komponenti polari tal-kurrent tad-dinja jiġu mill-istess punt (l-ilqugħ tal-konnettur tal-ħruġ jew l-art tat-tagħbija) u t-tnejn jerġgħu lura għall-istess punt (il-konnessjoni komuni tal-art tal-kapaċitatur tal-bypass), il-kurrent pożittiv / negattiv jgħaddi l-istess triq. Jekk ir-reżistenza tad-dħul ta ‘kanal hija mfixkla minn kurrent (+ Vs), kurrent (- Vs) għandu l-istess effett fuqu. Minħabba li t-tfixkil li jirriżulta huwa l-istess irrispettivament mill-polarità, m’hemm l-ebda distorsjoni, iżda se sseħħ bidla żgħira fil-qligħ tal-kanal, kif muri fil-Figura 6.

Kif tnaqqas id-distorsjoni armonika fid-disinn tal-PCB

Biex tivverifika l-inferenza ta ‘hawn fuq, intużaw żewġ tqassim differenti tal-PCB: tqassim sempliċi (Figura 5) u tqassim ta’ distorsjoni baxxa (Figura 6). Id-distorsjoni prodotta mill-amplifikatur quad-operattiv FHP3450 bl-użu ta ‘semikondutturi fairchild tidher fit-tabella 1. Il-wisa’ tal-frekwenza tipika tal-FHP3450 hija 210MHz, l-inklinazzjoni hija 1100V / us, il-kurrent tal-preġudizzju tad-dħul huwa 100nA, u l-kurrent operattiv għal kull kanal huwa 3.6 mA. Kif jidher mit-Tabella 1, iktar ma jkun mgħawweġ il-kanal, aħjar ikun it-titjib, sabiex l-erba ‘kanali jkunu kważi ugwali fil-prestazzjoni.

Kif tnaqqas id-distorsjoni armonika fid-disinn tal-PCB

Mingħajr quad amplifier ideali fuq PCB, il-kejl ta ‘l-effetti ta’ kanal ta ‘amplifier wieħed jista’ jkun diffiċli. Ovvjament, kanal ta ‘amplifikatur partikolari jiddisturba mhux biss l-input tiegħu stess, iżda l-input ta’ kanali oħra wkoll. Il-kurrent tad-dinja jgħaddi mill-inputs tal-kanali differenti kollha u jipproduċi effetti differenti, iżda huwa influwenzat minn kull output, li jista ‘jitkejjel.

It-Tabella 2 turi l-armoniċi mkejla fuq kanali oħra mhux misjuqa meta jiġi mħaddem kanal wieħed biss. Il-kanal mhux misjuq juri sinjal żgħir (krosstalk) fil-frekwenza fundamentali, iżda jipproduċi wkoll distorsjoni introdotta direttament mill-kurrent ta ‘l-art fin-nuqqas ta’ kwalunkwe sinjal fundamentali sinifikanti. It-tqassim ta ‘distorsjoni baxxa fil-Figura 6 juri li t-tieni karatteristiċi ta’ distorsjoni armonika u armonika totali (THD) huma mtejba ħafna minħabba l-eliminazzjoni kważi tal-effett tal-kurrent tal-art.

Kif tnaqqas id-distorsjoni armonika fid-disinn tal-PCB

Dan l-artikolu fil-qosor

Fi kliem sempliċi, fuq PCB, il-kurrent tal-fluss lura jgħaddi minn kapaċitaturi tal-bypass differenti (għal provvisti ta ‘enerġija differenti) u l-provvista ta’ enerġija nnifisha, li hija proporzjonali għall-konduttività tagħha. Il-kurrent tas-sinjal ta ‘frekwenza għolja jiċċirkola lura lejn il-kapaċitatur tal-bypass żgħir. Kurrenti ta ‘frekwenza baxxa, bħal dawk ta’ sinjali awdjo, jistgħu jiċċirkolaw primarjament permezz ta ‘capacitors tal-bypass akbar. Anke kurrent ta ‘frekwenza aktar baxxa jista’ “ma jagħtix kas” il-kapaċitanza tal-bypass sħiħ u jiċċirkola direttament lura lejn iċ-ċomb tal-enerġija. L-applikazzjoni speċifika tiddetermina liema triq kurrenti hija l-iktar kritika. Fortunatament, huwa faċli li tipproteġi t-triq kollha tal-kurrent tal-art billi tuża punt tal-art komuni u kapaċitatur tal-bypass tal-art fuq in-naħa tal-ħruġ.

Ir-regola tad-deheb għat-tqassim tal-PCB HF hija li żżomm il-kapaċitatur tal-bypass HF viċin kemm jista ‘jkun tal-pin tal-enerġija ppakkjat, iżda tqabbil tal-Figura 5 u l-Figura 6 juri li l-modifika ta’ din ir-regola biex ittejjeb il-karatteristiċi ta ‘distorsjoni ma tagħmilx ħafna differenza. Il-karatteristiċi ta ‘distorsjoni mtejba ġew għad-detriment taż-żieda ta’ madwar 0.15 pulzieri ta ‘wajers tal-kapaċitatur tal-bypass ta’ frekwenza għolja, iżda dan ftit kellu impatt fuq il-prestazzjoni tar-rispons AC tal-FHP3450. It-tqassim tal-PCB huwa importanti biex timmassimizza l-prestazzjoni ta ‘amplifikatur ta’ kwalità għolja, u l-kwistjonijiet diskussi hawn mhumiex limitati għal amplifikaturi hf. Sinjali ta ‘frekwenza aktar baxxa bħall-awdjo għandhom rekwiżiti ta’ distorsjoni ħafna aktar stretti. L-effett tal-kurrent tal-art huwa iżgħar bi frekwenzi baxxi, iżda xorta jista ‘jkun problema importanti jekk l-indiċi ta’ distorsjoni meħtieġ jitjieb kif xieraq.