Pravzaprav, tiskano vezje (PCB) are made of electrical linear materials, i.e. their impedance should be constant. Zakaj torej PCB vnaša nelinearnost v signal? Odgovor je, da je postavitev tiskanega vezja “prostorsko nelinearna” glede na to, kje teče tok.

Ali ojačevalnik sprejema tok iz enega ali drugega vira, je odvisno od trenutne polarnosti signala na obremenitvi. 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; Druga vznemirja vhodni upor, dokler ni dosežen obvodni kondenzator. Slika 1 prikazuje ti dve poti. The backflow current is what’s really causing the problem.

predloži

Ko so obvodni kondenzatorji nameščeni na različnih položajih na tiskanem vezju, tok ozemljitve teče po različnih poteh do ustreznih obvodnih kondenzatorjev, kar pomeni “prostorska nelinearnost”. 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. Ko se ena komponenta polarnosti spremeni, druga pa ni, pride do popačenja in se kaže kot drugo harmonično popačenje izhodnega signala. Slika 2 prikazuje ta učinek popačenja v pretirani obliki.

predloži

Ko je motena le ena polarna komponenta sinusnega vala, nastala valovna oblika ni več sinusni val. Simulacija idealnega ojačevalnika s 100-ω obremenitvijo in povezovanje toka obremenitve skozi 1-ω upor v ozemljitveno napetost le pri eni polarnosti signala daje sliko 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. Pri visokih frekvencah se ta raven sklopke zlahka ustvari na tiskanem vezju, kar lahko uniči odlične lastnosti proti popačenju ojačevalnika, ne da bi pri tem uporabili večino posebnih nelinearnih učinkov tiskanega vezja. 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.

predloži

Multiamplifier chip

Težavo z več ojačevalnimi čipi (dva, tri ali štiri ojačevalnike) povečuje nezmožnost zadrževanja ozemljitvene povezave obvodnega kondenzatorja daleč od celotnega vhoda. To še posebej velja za štiri ojačevalnike. Četvero ojačevalni čipi imajo na vsaki strani vhodne sponke, zato ni prostora za obvodna vezja, ki ublažijo motnje v vhodnem kanalu.

predloži

Slika 5 prikazuje preprost pristop k postavitvi štirih ojačevalnikov. Večina naprav se priključi neposredno na pin štirikratnega ojačevalnika. Ozemljitveni tok enega napajalnika lahko moti vhodno napetost ozemljitve in ozemljitveni tok drugega napajalnika, kar povzroči popačenje. Na primer, obvodni kondenzator (+Vs) na kanalu 1 štirikolesnega ojačevalnika je lahko nameščen neposredno ob njegovem vhodu; (-Vs) bypass kondenzator lahko postavite na drugo stran embalaže. Ozemljitveni tok (+Vs) lahko moti kanal 1, tok ozemljitve (-vs) pa ne.

predloži

Da bi se temu izognili, naj ozemljitveni tok moti vhod, vendar naj tok PCB teče prostorsko linearno. To achieve this, the bypass capacitor can be arranged on the PCB in such a way that the (+Vs) and (– Vs) ground currents flow through the same path. If the input signal is equally disturbed by positive and negative currents, distortion will not occur. Zato poravnajte oba obvodna kondenzatorja drug poleg drugega, tako da si delita ozemljitveno točko. Ker dve polarni komponenti ozemljitvenega toka prihajata iz iste točke (zaščita izhodnega konektorja ali obremenitvena masa) in oba tečeta nazaj v isto točko (skupna ozemljitvena povezava obvodnega kondenzatorja), pozitivni/negativni tok teče skozi ista pot. Če vhodni upor kanala moti tok (+Vs), ima tok ( – Vs) nanj enak učinek. 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.

predloži

Za preverjanje zgornjega sklepa smo uporabili dve različni postavitvi tiskanega vezja: preprosto postavitev (slika 5) in postavitev z majhnim popačenjem (slika 6). Popačenje, ki ga povzroči štirikolesni operacijski ojačevalnik FHP3450 s polprevodnikom fairchild, je prikazano v tabeli 1. Tipična pasovna širina FHP3450 je 210 MHz, naklon 1100V/us, vhodni tok pristranskosti 100nA in obratovalni tok na kanal 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.

predloži

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Očitno je, da dani ojačevalni kanal moti ne samo svoj vhod, ampak tudi vhod drugih kanalov. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

V tabeli 2 so prikazani harmoniki, izmerjeni na drugih neoviranih kanalih, ko je v pogonu samo en kanal. Nedefiniran kanal prikazuje majhen signal (preslušanje) pri osnovni frekvenci, hkrati pa proizvaja popačenje, ki ga neposredno vnese tok ozemljitve, če ni pomembnega temeljnega signala. Postavitev nizkega popačenja na sliki 6 kaže, da sta značilnosti drugega harmoniškega in celotnega harmoničnega popačenja (THD) močno izboljšana zaradi skoraj odprave učinka toka na zemljo.

predloži

Povzetek tega članka

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. Visokofrekvenčni signalni tok teče nazaj v mali obvodni kondenzator. Nizkofrekvenčni tokovi, kot so zvočni signali, lahko tečejo predvsem skozi večje obvodne kondenzatorje. Tudi tok z nižjo frekvenco lahko “zanemari” celotno kapaciteto obvoda in teče neposredno nazaj v napajalni kabel. Posebna aplikacija bo določila, katera trenutna pot je najbolj kritična. 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.

Zlato pravilo za postavitev VF PCB je, da je VF obvodni kondenzator čim bližje pakiranemu napajalnemu vtiču, vendar primerjava slik 5 in 6 kaže, da spreminjanje tega pravila za izboljšanje značilnosti popačenja nima velike razlike. Izboljšane značilnosti popačenja so nastale na račun dodajanja približno 0.15 palca visokofrekvenčnega ožičenja obvodnega kondenzatorja, vendar je to imelo majhen vpliv na delovanje odziva AC pri FHP3450. Postavitev tiskanega vezja je pomembna za čim večjo zmogljivost visokokakovostnega ojačevalnika, vprašanja, ki jih obravnavamo tukaj, niso omejena na visokofrekvenčne ojačevalnike. Nizkofrekvenčni signali, kot je zvok, zahtevajo veliko strožje popačenje. The ground current effect is smaller at low frequencies, but it may still be an important problem if the required distortion index is improved accordingly.