တကယ်တော့, ပုံနှိပ်တိုက်နယ်ဘုတ်အဖွဲ့ (PCB) ကိုလျှပ်စစ် linear ပစ္စည်းများဖြင့်ပြုလုပ်ထားသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာသူတို့၏ impedance သည်အဆက်မပြတ်ဖြစ်သင့်သည်။ ဒါဆို PCB က nonlinearity ကို signal တစ်ခုအနေနဲ့ဘာလို့မိတ်ဆက်တာလဲ။ အဖြေသည် PCB အပြင်အဆင်သည်လက်ရှိစီးဆင်းနေသောနေရာနှင့်နှိုင်းယှဉ်ပါက“ နေရာအကျယ်အဝန်းမရှိ” ဖြစ်သည်။

အသံချဲ့စက်သည်အရင်းအမြစ်တစ်ခု (သို့) အခြားတစ်ခုမှလက်ခံသည်ဖြစ်စေ၊ ၀ င်ရိုးပေါ်ရှိအချက်ပြမှု၏ချက်ချင်း polarity ပေါ်မူတည်သည်။ ပါဝါထောက်ပံ့ရေးမှလက်ရှိစီးဆင်းနေသော bypass capacitor မှတဆင့် amplifier မှတဆင့် load သို့စီးဆင်းသည်။ ထို့နောက် current သည် load ground terminal (သို့မဟုတ် PCB output connector ၏အကာအရံ) ကို bypass capacitor မှတဆင့်မြေပြင်သို့ပြန်သွားပြီးမူလကလက်ရှိပေးခဲ့သော source သို့ပြန်သွားသည်။

impedance မှတဆင့်လက်ရှိအနည်းဆုံးလမ်းကြောင်း၏အယူအဆသည်မမှန်ပါ။ ကွဲပြားခြားနားသော impedance လမ်းကြောင်းအားလုံးတွင်လက်ရှိပမာဏသည်၎င်း၏လျှပ်ကူးမှုနှင့်အချိုးကျသည်။ မြေပြင်လေယာဉ်တစ်စင်းတွင်မြေပြင်စီးဆင်းမှုအချိုးအစားများစွာပါ ၀ င်သော low-impedance လမ်းကြောင်းတစ်ခုထက်မကများသောအားဖြင့်လမ်းကြောင်းတစ်ခုအား bypass capacitor သို့တိုက်ရိုက်ဆက်သွယ်ထားသည်။ အခြားတစ်ခုက bypass capacitor ကိုရောက်သည်အထိ input resistor ကိုစိတ်လှုပ်ရှားစေသည်။ ပုံ ၁ သည်ဤလမ်းကြောင်းနှစ်ခုကိုသရုပ်ဖော်သည်။ backflow current သည်ပြဿနာကိုအမှန်တကယ်ဖြစ်စေသောအရာဖြစ်သည်။

How to reduce harmonic distortion in PCB design

bypass capacitors များကို PCB ပေါ်တွင်မတူညီသောနေရာများတွင်ချထားလိုက်သောအခါမြေပြင်စီးဆင်းမှုသည်သက်ဆိုင်ရာ spatial nonlinearity ၏အဓိပ္ပာယ်ဖြစ်သည့်သက်ဆိုင်ရာ bypass capacitors များသို့ကွဲပြားသောလမ်းကြောင်းများဖြင့်စီးဆင်းသွားသည်။ အကယ်၍ input current circuit ၏ ground polar အစိတ်အပိုင်းတစ်ခု၏သိသိသာသာအစိတ်အပိုင်းသည် signal signal ၏ဝင်ရိုးစွန်းသောအစိတ်အပိုင်းကိုသာနှောင့်ယှက်သည်။ အကယ်၍ မြေပြင်ရှိအခြား polarity ကိုမနှောင့်ယှက်ပါက input signal voltage သည် nonlinear ထုံးစံအတိုင်းပြောင်းသွားသည်။ polarity အစိတ်အပိုင်းတစ်ခုကိုပြောင်းသော်လည်းအခြား polarity မပါရှိလျှင်ပုံပျက်ပန်းပျက်ဖြစ်သွားပြီး output signal ၏ဒုတိယ harmonic ပုံပျက်သောအဖြစ်ပေါ်လာသည်။ ပုံ ၂ တွင်ပုံပျက်သောအကျိုးသက်ရောက်မှုကိုပုံကြီးချဲ့ပြထားသည်။

How to reduce harmonic distortion in PCB design

sine wave ၏ဝင်ရိုးစွန်းအစိတ်အပိုင်းတစ်ခုသာနှောင့်ယှက်သောအခါထွက်ပေါ်လာသော waveform သည် sine wave မဟုတ်တော့ပါ။ 100 ω load ရှိစံပြအသံချဲ့စက်တစ်ခုနှင့်တူသောအချက်ပြတစ်ခု၏ polarity တစ်ခုတည်းတွင်မြေဗို့အား ၀ င်သော load current ကို တွဲ၍ ပုံ ၃ တွင်ရလဒ်ပြသည်။Fourier transform သည်ပုံပျက်သောလှိုင်းပုံစံသည် -68 DBC ရှိဒုတိယ harmonic အားလုံးနီးပါးဖြစ်ကြောင်းပြသည်။ မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းများတွင်၊ တွဲခြင်း၏ဤအဆင့်သည် PCB ၏အထူး nonlinear effects များစွာကိုမသုံးဘဲအသံချဲ့စက်၏အလွန်ကောင်းမွန်သောပုံပျက်သောလက္ခဏာများကိုအလွယ်တကူဖျက်ဆီးနိုင်သည့် PCB တစ်ခုဖြစ်သည်။ တစ်ခုတည်းသောလည်ပတ်မှုအသံချဲ့စက်၏ရလဒ်သည်ပုံပျက်နေသောအခါပုံ ၄ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်းပတ်လမ်းကိုပြန်လည်ပြင်ဆင်ခြင်းနှင့်ထည့်သွင်းကိရိယာမှအကွာအဝေးကိုထိန်းညှိခြင်းဖြင့်မြေပြင်စီးဆင်းမှုကိုချိန်ညှိနိုင်သည်။

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Multiamplifier ချစ်ပ်

Multi-Amplifier Chips (နှစ်ခု၊ သုံးလုံး၊ လေးလုံးပါအသံချဲ့စက်) ၏ပြဿနာမှာ bypass capacitor ၏ ground connection ကိုအဝေးထိန်းစနစ်မစိုက်နိုင်ခြင်းကြောင့်ဖြစ်သည်။ ၎င်းသည်အသံချဲ့စက်လေးလုံးအတွက်အထူးမှန်သည်။ Quad-amplifier chip များသည်တစ်ဖက်စီတွင် input terminal များရှိသည်၊ ထို့ကြောင့် input channel ကိုအနှောင့်အယှက်ဖြစ်စေသော bypass ဆားကစ်များအတွက်နေရာမရှိပါ။

How to reduce harmonic distortion in PCB design

ပုံ ၅ တွင်အသံချဲ့စက်လေးလုံးအပြင်အဆင်အတွက်ရိုးရှင်းသောချဉ်းကပ်ပုံကိုပြသည်။ ကိရိယာအများစုသည် quad amplifier pin နှင့်တိုက်ရိုက်ချိတ်ဆက်သည်။ ပါဝါထောက်ပံ့မှုတစ်ခု၏မြေ ၀ င်မှုသည်အခြားချန်နယ်ပါဝါထောက်ပံ့မှု၏ input ground voltage နှင့် ground current ကိုနှောင့်ယှက်စေပြီးပုံပျက်စေသည်။ ဥပမာ၊ quad amplifier ၏ channel 1 ရှိ (+Vs) bypass capacitor ကို၎င်း၏ input နှင့်တိုက်ရိုက်တိုက်ရိုက်ကပ်ထားနိုင်သည်။ (-Vs) bypass capacitor ကိုအထုပ်၏အခြားတစ်ဖက်တွင်ထားနိုင်သည်။ (+Vs) ground current သည် channel 1 ကိုနှောင့်ယှက်နိုင်ပြီး၊ (-vs) ground current သည်မဖြစ်နိုင်သည်။

How to reduce harmonic distortion in PCB design

ဤပြသနာကိုရှောင်ရှားရန်မြေပြင်ကိုလက်ရှိအ ၀ င်အထွက်ကိုနှောင့်ယှက်ပါစေ၊ ဒါပေမယ့် PCB ကိုလက်ရှိရေစီးကြောင်းအတိုင်းအတာတစ်ခုအနေနှင့်ထားပါ။ ဤအရာကိုအောင်မြင်ရန်၊ (+Vs) နှင့် ( – Vs) မြေပြင်ရေစီးကြောင်းများသည်လမ်းကြောင်းတစ်ခုတည်းသို့စီးဆင်းစေသောနည်းလမ်းဖြင့် PCB ကိုစီစဉ်နိုင်သည်။ အ ၀ င်အထွက်အချက်အားအပေါင်းနှင့်အပျက်စီးကြောင်းများကအညီအမျှနှောင့်ယှက်ပါကပုံပျက်ပန်းပျက်ဖြစ်လိမ့်မည်မဟုတ်ပေ။ ထို့ကြောင့်၎င်းတို့သည် ground point တစ်ခုဝေမျှနိုင်ရန် bypass capacitors နှစ်ခုကိုတစ်ခုနှင့်တစ်ခုညှိပါ။ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော်လက်ရှိ ၀ င်ရိုးစွန်းနှစ်ခုသည်တူညီသောအချက် (output connector shielding သို့မဟုတ် load ground) မှနှစ်ခုလုံးတူညီသောအမှတ် (bypass capacitor ၏ဘုံမြေဆက်သွယ်မှု) မှစီးဆင်းလာသောကြောင့် positive/negative current များစီးဆင်းသည်။ တူညီတဲ့လမ်းကြောင်း အကယ်၍ channel တစ်ခု၏ input resistance ကို (+Vs) current ဖြင့်နှောင့်ယှက်ပါက ( – Vs) current သည်၎င်းအပေါ်၌တူညီသောအကျိုးသက်ရောက်မှုရှိသည်။ ရလဒ်အနှောင့်အယှက်သည် polarity နှင့်မသက်ဆိုင်ဘဲတူညီသည်၊ ပုံပျက်ခြင်းမရှိသော်လည်းပုံ ၆ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း channel အနည်းငယ်တိုးတက်ပြောင်းလဲမှုဖြစ်ပေါ်လိမ့်မည်။

How to reduce harmonic distortion in PCB design

အထက်ပါကောက်ချက်ကိုအတည်ပြုရန်ကွဲပြားသော PCB အပြင်အဆင်နှစ်ခုကိုသုံးခဲ့သည်။ fairchild semiconductor ကို သုံး၍ FHP3450 quad-operation အသံချဲ့စက်မှထုတ်လုပ်သောပုံမမှန်ခြင်းကိုဇယား ၁ တွင်ပြထားသည်။ FHP1 ၏ပုံမှန် bandwidth သည် 3450MHz, slope သည် 210V/us, input bias current သည် 1100nA, နှင့် channel တစ်ခုလျှင်လည်ပတ်မှု 100 ရှိသည်။ mA ဇယား ၁ မှမြင်နိုင်သည်နှင့်အမျှပုံပျက်သောရုပ်သံလိုင်းပိုများလေ၊ တိုးတက်မှုကပိုကောင်းလေဖြစ်သည်၊ ဒါကြောင့်ချန်နယ်လေးခုသည်လုပ်ဆောင်ချက်အားလုံးနီးပါးတူညီသည်။

How to reduce harmonic distortion in PCB design

PCB ပေါ်တွင်စံပြ quad အသံချဲ့စက်မရှိလျှင်အသံချဲ့စက်တစ်ခုတည်း၏သက်ရောက်မှုများကိုတိုင်းတာရန်ခက်ခဲနိုင်သည်။ ပေးထားသောအသံချဲ့စက်လိုင်းသည်၎င်း၏ကိုယ်ပိုင်သွင်းအားတင်မကအခြားချန်နယ်များပါ ၀ င်မှုကိုနှောင့်ယှက်သည်မှာသိသာထင်ရှားသည်။ ကမ္ဘာမြေသည်လက်ရှိကွဲပြားသောချန်နယ်သွင်းအားစုများအားလုံးကိုဖြတ်သန်းစီးဆင်းနေပြီးကွဲပြားသောသက်ရောက်မှုများကိုထုတ်လုပ်နိုင်သော်လည်းတိုင်းတာနိုင်သောအထွက်တစ်ခုစီ၏လွှမ်းမိုးမှုရှိသည်။

ဇယား ၂ သည်ချန်နယ်တစ်ခုတည်းကိုသာမောင်းနှင်သောအခါအခြား undriven ချန်နယ်များပေါ်တွင်တိုင်းတာသောသဟဇာတဖြစ်သည်။ undriven ရုပ်သံလိုင်းသည်အခြေခံကြိမ်နှုန်းတွင်သေးငယ်သည့်အချက်ပြ (crosstalk) ကိုပြသသော်လည်းသိသာထင်ရှားသောအခြေခံအချက်ပြမှုမရှိလျှင်မြေပြင်မှတိုက်ရိုက်မိတ်ဆက်သည့်ပုံပျက်ပန်းပျက်များကိုထုတ်လုပ်သည်။ ပုံ ၆ တွင် low-distortion layout သည်ဒုတိယ current harmonic နှင့် total harmonic distortion (THD) ဝိသေသလက္ခဏာများသိသိသာသာတိုးတက်လာသည်ကိုပြသသည်။

How to reduce harmonic distortion in PCB design

ဤဆောင်းပါးအကျဉ်းချုပ်

ရိုးရိုးရှင်းရှင်းပြောရလျှင် PCB တစ်ခုတွင် backflow current သည်မတူညီသော bypass capacitors များ (ကွဲပြားသော power supply များအတွက်) နှင့်၎င်း၏ conductivity နှင့်အချိုးကျသော power supply ကိုကိုယ်တိုင်စီးဆင်းသည်။ ကြိမ်နှုန်းမြင့် signal current သည်သေးငယ်သော bypass capacitor သို့ပြန်လည်စီးဆင်းသည်။ အသံအချက်ပြလှိုင်းများကဲ့သို့ကြိမ်နှုန်းနိမ့်သောလျှပ်စီးကြောင်းများသည်အဓိကအားဖြင့်ကြီးမားသောရှောင်ကွင်း capacitors များမှတဆင့်စီးဆင်းစေနိုင်သည်။ ကြိမ်နှုန်းနိမ့်သောလျှပ်စီးကြောင်းတစ်ခုသည်ပင်အပြည့်အဝကျော်လွှားနိုင်စွမ်းကိုလျစ်လျူရှုပြီးပါဝါခေါင်းသို့တိုက်ရိုက်ပြန်စီးဆင်းစေနိုင်သည်။ တိကျသောလျှောက်လွှာသည်လက်ရှိလမ်းကြောင်းသည်အဝေဖန်ဆုံးဖြစ်သည်ကိုဆုံးဖြတ်လိမ့်မည်။ ကံကောင်းထောက်မစွာ၊ မြေပြင်လက်ရှိလမ်းကြောင်းတစ်ခုလုံးကို common ground point နှင့် output bypass တွင် ground bypass capacitor သုံး၍ ကာကွယ်ရန်လွယ်ကူသည်။

HF PCB အပြင်အဆင်အတွက်ရွှေစည်းမျဉ်းသည် HF bypass capacitor ကိုထုပ်ပိုးထားသော power pin ကိုတတ်နိုင်သမျှအနီးဆုံးထားရန်ဖြစ်သည်၊ ပုံ ၅ နှင့်ပုံ ၆ နှိုင်းယှဉ်ခြင်းသည်ပုံပျက်သောဝိသေသလက္ခဏာများကိုတိုးတက်စေရန်ဤစည်းမျဉ်းကိုပြုပြင်ခြင်းသည်များစွာခြားနားမှုမရှိကြောင်းပြသည်။ ပိုမိုကောင်းမွန်သောပုံပျက်သောလက္ခဏာများသည် ၀.၁၅ လက်မ high-frequency bypass capacitor wiring ကို ၀.၁၅ လက်မခန့်ထပ်ဖြည့်ရသော်လည်း၎င်းသည် FHP0.15 ၏ AC တုံ့ပြန်မှုစွမ်းဆောင်ရည်အပေါ်အနည်းငယ်သက်ရောက်မှုရှိသည်။ PCB အပြင်အဆင်သည်အရည်အသွေးမြင့်အသံချဲ့စက်၏စွမ်းဆောင်ရည်ကိုမြှင့်တင်ရန်အရေးကြီးသည်၊ ဤတွင်ဆွေးနွေးသောပြဿနာများသည် hf အသံချဲ့စက်များအတွက်သာမကန့်သတ်ထားပေ။ အသံကဲ့သို့နိမ့်သောကြိမ်နှုန်းအချက်ပြများသည်ပိုမိုတင်းကျပ်သောပုံပျက်မှုလိုအပ်ချက်များရှိသည်။ မြေပြင်လက်ရှိသက်ရောက်မှုသည်ကြိမ်နှုန်းအနိမ့်တွင်ပိုသေးငယ်သော်လည်းလိုအပ်သောပုံပျက်အညွှန်းကိုအညီမြှင့်တင်ပေးလျှင်အရေးကြီးသောပြဿနာတစ်ခုဖြစ်နိုင်သည်။