Faktisk, trykte kretskort (PCB) are made of electrical linear materials, i.e. their impedance should be constant. Så hvorfor introduserer et kretskort ikke -linearitet i et signal? Svaret er at PCB-oppsettet er “romlig ikke-lineært” i forhold til hvor strømmen flyter.

Om forsterkeren mottar strøm fra en eller annen kilde, avhenger av øyeblikkelig polaritet av signalet på belastningen. Current flows from the power supply, through the bypass capacitor, through the amplifier into the load. 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. In a ground plane, there is often more than one low-impedance path through which a large proportion of ground current flows: one path is directly connected to the bypass capacitor; Den andre begeistrer inngangsmotstanden til bypass -kondensatoren er nådd. Figur 1 illustrerer disse to banene. The backflow current is what’s really causing the problem.

send

Når bypass -kondensatorene er plassert på forskjellige posisjoner på kretskortet, strømmer jordstrømmen gjennom forskjellige baner til de respektive bypass -kondensatorene, som er meningen med “romlig ikke -linearitet”. 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. If the other polarity of the ground current is not disturbed, the input signal voltage changes in a nonlinear manner. Når den ene polaritetskomponenten endres, men den andre polariteten ikke, oppstår forvrengning og manifesteres som den andre harmoniske forvrengningen av utgangssignalet. Figur 2 viser denne forvrengningseffekten i overdrevet form.

send

Når bare én polær komponent i sinusbølgen forstyrres, er den resulterende bølgeformen ikke lenger en sinusbølge. Simulering av en ideell forsterker med en 100 ω belastning og kobling av laststrømmen gjennom en 1 ω motstand til jordspenningen på bare én polaritet av signalet, resulterer i figur 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. Ved høye frekvenser genereres dette koblingsnivået enkelt på et PCB, noe som kan ødelegge de utmerkede anti-forvrengningsegenskapene til en forsterker uten å ty til mye av de spesielle ikke-lineære effektene av et PCB. 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.

send

Multiamplifier chip

Problemet med flerforsterkerbrikker (to, tre eller fire forsterkere) forsterkes av manglende evne til å holde jordforbindelsen til bypass-kondensatoren langt fra hele inngangen. Dette gjelder spesielt for fire forsterkere. Quad-forsterkerchips har inngangsterminaler på hver side, så det er ikke plass til bypass-kretser som demper forstyrrelser i inngangskanalen.

send

Figur 5 viser en enkel tilnærming til et fire-forsterkeroppsett. De fleste enheter kobles direkte til en quad -forsterkerpinne. Jordstrømmen til en strømforsyning kan forstyrre inngangsspenningen og jordstrømmen til den andre kanalens strømforsyning, noe som kan føre til forvrengning. For eksempel kan (+Vs) bypass -kondensatoren på kanal 1 til quad -forsterkeren plasseres direkte ved siden av inngangen; Bypass-kondensatoren (-Vs) kan plasseres på den andre siden av pakken. Jordstrømmen (+Vs) kan forstyrre kanal 1, mens (-vs) jordstrømmen ikke gjør det.

send

For å unngå dette problemet, la jordstrømmen forstyrre inngangen, men la PCB -strømmen flyte på en romlig lineær måte. For å oppnå dette kan bypass -kondensatoren arrangeres på kretskortet på en slik måte at (+Vs) og ( – Vs) jordstrømmene flyter gjennom den samme banen. Hvis inngangssignalet blir like forstyrret av positive og negative strømmer, vil det ikke forekomme forvrengning. Juster derfor de to bypass -kondensatorene ved siden av hverandre slik at de deler et bakkepunkt. Fordi de to polære komponentene i jordstrømmen kommer fra det samme punktet (utgangskontakten skjermet eller lastjordet) og begge flyter tilbake til det samme punktet (den vanlige jordforbindelsen til bypass -kondensatoren), strømmer den positive/negative strømmen gjennom samme vei. Hvis inngangsmotstanden til en kanal forstyrres av (+Vs) strøm, har ( – Vs) strøm den samme effekten på den. 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.

send

For å bekrefte slutningen ovenfor ble det brukt to forskjellige PCB-oppsett: en enkel layout (figur 5) og en layout med lav forvrengning (figur 6). Forvrengningen produsert av FHP3450 firdriftsforsterker ved bruk av fairchild halvleder er vist i tabell 1. Den typiske båndbredden til FHP3450 er 210MHz, stigningen er 1100V/us, inngangsspenningen er 100nA, og driftsstrømmen per kanal er 3.6 mA. 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.

send

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Tydeligvis forstyrrer en gitt forsterkerkanal ikke bare sin egen inngang, men også inngangen til andre kanaler. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Tabell 2 viser harmonikken målt på andre ikke -drevne kanaler når bare én kanal drives. Den ikke -drevne kanalen viser et lite signal (krysstale) ved grunnfrekvensen, men produserer også forvrengning direkte innført av jordstrømmen i fravær av et vesentlig grunnleggende signal. Lavforvrengningsoppsettet i figur 6 viser at de andre harmoniske og totale harmoniske forvrengningsegenskapene (THD) er sterkt forbedret på grunn av nær eliminering av jordstrømseffekten.

send

Denne artikkelen oppsummering

Simply put, on a PCB, the backflow current flows through different bypass capacitors (for different power supplies) and the power supply itself, which is proportional to its conductivity. Høyfrekvent signalstrøm strømmer tilbake til den lille bypass-kondensatoren. Lavfrekvente strømmer, for eksempel lydsignaler, kan primært strømme gjennom større bypass-kondensatorer. Selv en lavere frekvensstrøm kan “se bort fra” full bypass -kapasitans og strømme direkte tilbake til strømledningen. Den spesifikke applikasjonen vil avgjøre hvilken nåværende bane som er mest kritisk. 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.

Den gylne regelen for HF PCB -layout er å holde HF -bypass -kondensatoren så nær den pakkede strømnålen som mulig, men en sammenligning av figur 5 og figur 6 viser at endring av denne regelen for å forbedre forvrengningskarakteristika ikke gjør så stor forskjell. De forbedrede forvrengningsegenskapene kom på bekostning av å legge til ca. PCB-oppsett er viktig for å maksimere ytelsen til en forsterker av høy kvalitet, og problemene som diskuteres her er ikke begrenset til hf-forsterkere. Lavere frekvenssignaler som lyd har mye strengere forvrengningskrav. Jordstrømseffekten er mindre ved lave frekvenser, men det kan fortsatt være et viktig problem hvis den nødvendige forvrengningsindeksen blir forbedret tilsvarende.