Kanyataanna, papan sirkuit dicitak (PCB) didamel tina bahan linier listrik, nyaéta impedansi na kedah teras-terasan. Janten naha PCB ngenalkeun nonlinearity kana sinyal? Jawabna nyaéta tata ruang PCB “sacara spatial henteu linier” relatif ka mana aliran ayeuna.

Naha panguat nampi arus tina hiji sumber atanapi sumber anu sanésna gumantung kana polaritasna sakedap tina sinyal dina beban. Aliran arus tina catu daya, ngalangkungan kapasitor bypass, ngalangkungan amplifier kana beban. Arus teras angkat tina terminal ground load (atanapi nyalindung tina konektor kaluaran PCB) deui ka pesawat darat, ngalangkungan kapasitor bypass, sareng balik deui ka sumber anu tadina nyuplai arus.

Konsép jalur minimum arus ngalangkungan impedansi henteu leres. Jumlah arus dina sadaya jalur impedansi anu béda sabanding sareng konduktivitasna. Dina pesawat darat, sering aya langkung ti hiji jalur impedansi rendah anu ngalangkungan proporsi arus arus anu ageung ngalir: hiji jalur langsung nyambung ka kapasitor bypass; Anu sanés ngagumbirakeun résistor input dugi ka kapasitor bypass dihontal. Gambar 1 ngagambarkeun dua jalur ieu. Arus arus balik anu leres-leres nyababkeun masalah.

Kumaha carana ngirangan distorsi harmoni dina desain PCB

Nalika kapasitor bypass ditempatkeun dina posisi anu béda dina PCB, arus taneuh ngalir ngalangkungan jalur anu béda ka kapasitor bypass masing-masing, anu hartosna “nonlinearity spatial”. Upami bagian penting tina komponén kutub arus taneuh ngalir ngaliwatan taneuh sirkuit input, ngan éta komponén kutub tina sinyal anu kaganggu. Upami polaritasitas anu sanés tina arus taneuh henteu kaganggu, tegangan sinyal input bakal robih dina cara henteu linier. Nalika hiji komponén polaritasna dirobah tapi polaritasna anu sanés henteu, distorsi lumangsung sareng diwujudkeun salaku distorsi harmoni kadua sinyal kaluaran. Gambar 2 nunjukkeun pangaruh distorsi ieu dina bentuk anu digedekeun.

Kumaha carana ngirangan distorsi harmoni dina desain PCB

Nalika ngan ukur hiji komponén kutub tina gelombang sinus anu kaganggu, bentuk gelombang anu dihasilkeunna henteu deui gelombang sinus. Simulasi panguat anu idéal kalayan beban 100-ω sareng gandeng arus beban ngalangkungan résistor 1-into kana tegangan taneuh ngan ukur hiji polaritasna tina sinyal, hasilna gambar 3.Transformasi Fourier nunjukkeun yén bentuk gelombang distorsi ampir sadayana harmonik kadua dina -68 DBC. Dina frékuénsi luhur, tingkat gandeng ieu gampang dihasilkeun dina PCB, anu tiasa ngancurkeun ciri anti distorsi anu hadé tina panguat tanpa ngagunakeun épék nonlinear khusus tina PCB. Nalika kaluaran tina amplifier operasional tunggal distorsi kusabab jalur arus taneuh, aliran arus taneuh tiasa disaluyukeun ku nyusun ulang loop bypass sareng ngajaga jarak tina alat input, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 4.

Kumaha carana ngirangan distorsi harmoni dina desain PCB

Chip Multiamplifier

Masalah chip multi-amplifier (dua, tilu, atanapi opat amplifier) ​​ditambihan ku henteu mampuh ngajaga sambungan taneuh tina kapasitor bypass jauh tina sadaya input. Ieu leres leres pikeun opat amplifier. Chip-amplifier chip gaduh terminal input dina saban gigir, janten teu aya rohangan sirkuit bypass anu ngirangan gangguan kana saluran input.

Kumaha carana ngirangan distorsi harmoni dina desain PCB

Gambar 5 nunjukkeun pendekatan saderhana pikeun perenah opat-amplifier. Kaseueuran alat nyambung langsung kana pin panguat quad. Arus taneuh tina hiji catu daya tiasa ngaganggu tegangan ground input sareng arus listrik tina catu daya saluran sanés, hasilna distorsi. Salaku conto, (+ Vs) bypass kapasitor dina kanal 1 tina quad amplifier tiasa ditempatkeun langsung caket kana input na; Kapasitor bypass (-Vs) tiasa ditempatkeun di sisi sanés iket. Arus taneuh (+ Vs) tiasa ngaganggu saluran 1, sedengkeun arus taneuh (-vs) henteu tiasa.

Kumaha carana ngirangan distorsi harmoni dina desain PCB

Pikeun ngahindarkeun masalah ieu, ngantepkeun arus taneuh ngaganggu input, tapi ngantep aliran PCB ayeuna ngalir dina cara anu linier spatially. Pikeun ngahontal ieu, kapasitor bypass tiasa diatur dina PCB sedemikian rupa sehingga (+ Vs) sareng (- Vs) aliran taneuh ngalir ngalangkungan jalur anu sami. Upami sinyal input sami kaganggu ku arus positip sareng négatip, distorsi moal kajantenan. Kituna, sajajarkeun dua kapasitor bypass silih caket supados aranjeunna ngabagi titik dasar. Kusabab dua komponén kutub arus bumi asalna tina titik anu sami (konektor kaluaran taméng atanapi ground load) sareng duanana ngalir deui ka titik anu sami (sambungan taneuh umum tina kapasitor bypass), arus positip / négatip ngalirkeun jalan anu sami. Upami résistansi input hiji kanal kaganggu ku (+ Vs) ayeuna, (- Vs) arus pangaruhna sami-sami. Kusabab gangguan anu dihasilkeun sami teu paduli polaritasna, teu aya distorsi, tapi sakedik parobahan dina pangasilan tina saluran bakal kajantenan, sapertos dina Gambar 6.

Kumaha carana ngirangan distorsi harmoni dina desain PCB

Pikeun mastikeun inferensi di luhur, dua tata PCB anu béda dianggo: tata perenah saderhana (Gambar 5) sareng perenah distorsi rendah (Gambar 6). Distorsi anu dihasilkeun ku amplifier quad-operasional FHP3450 nganggo semikonduktor fairchild dipidangkeun dina tabel 1. lebar band anu has tina FHP3450 nyaéta 210MHz, lamping nyaéta 1100V / us, arus input input nyaéta 100nA, sareng arus operasi per kanal nyaéta 3.6 mA Sakumaha anu tiasa ditingali tina Tabel 1, langkung-langkung menyimpang saluranna, langkung saé paningkatanna, sahingga opat saluran ampir sami dina kinerja.

Kumaha carana ngirangan distorsi harmoni dina desain PCB

Tanpa panguat quad idéal dina PCB, ngukur pangaruh tina saluran panguat tunggal tiasa sesah. Jelas, saluran panguat anu dipasihkeun henteu ngan ukur inputna nyalira, tapi ogé input tina saluran sanés. Arus bumi ngalir ngaliwatan sadaya input saluran anu béda sareng ngahasilkeun épék anu béda, tapi dipangaruhan ku masing-masing output, anu tiasa kaukur.

Tabel 2 nunjukkeun harmonik anu diukur dina saluran anu sanés undriven nalika ngan ukur hiji saluran anu disetir. Saluran undriven nampilkeun sinyal alit (crosstalk) dina frékuénsi dasar, tapi ogé ngahasilkeun distorsi anu langsung diwanohkeun ku arus taneuh upami henteu aya sinyal fundamental anu penting. Tata letak low-distorsi dina Gambar 6 nunjukkeun yén ciri distorsi harmonik kadua sareng total distorsi harmonik (THD) ningkat pisan kusabab épéktip épék arus taneuh.

Kumaha carana ngirangan distorsi harmoni dina desain PCB

Ringkesan tulisan ieu

Kantun nempatkeun, dina PCB, arus arus balik ngalirkeun kapasitor bypass anu sanés (pikeun catu daya anu sanés) sareng catu daya nyalira, anu sabanding sareng konduktivitasna. Sinyal frékuénsi luhur ayeuna ngalir deui ka kapasitor bypass leutik. Aliran low-frequency, sapertos sinyal audio, tiasa ngalir utamina ngalangkungan kapasitor bypass langkung ageung. Malah arus frékuénsi anu langkung handap tiasa “ngaregepkeun” kapasitansi bypass lengkep sareng ngalir langsung deui kana kalungguhan listrik. Aplikasi khusus bakal nangtoskeun jalur mana anu paling kritis. Untungna, gampang pikeun nangtayungan sadaya jalur anu ayeuna kalayan ngagunakeun titik taneuh anu umum sareng kapasitor bypass taneuh dina sisi kaluaran.

Aturan emas pikeun perenah PCB HF nyaéta ngajaga kapasitor bypass HF caket pin kakuatan rangkep sabisa, tapi perbandingan Gambar 5 sareng Gambar 6 nunjukkeun yén ngarobih aturan ieu pikeun ningkatkeun ciri distorsi henteu seueur ngabédakeunana. Karakteristik distorsi anu ningkat sumping dina biaya nambihan sakitar 0.15 inci kabel kapasitor bypass frékuénsi luhur, tapi ieu aya sakedik pangaruh kana kinerja réspon AC tina FHP3450. Tata perenah PCB penting pikeun maksimalkeun pungsi panguat kualitas luhur, sareng masalah anu dibahas di dieu henteu diwatesan ku amplifier hf. Sinyal frékuénsi handap sapertos audio ngagaduhan syarat distorsi anu langkung ketat. Pangaruh arus taneuh langkung alit dina frékuénsi low, tapi éta tiasa janten masalah anu penting upami indéks distorsi anu diperyogikeun ditingkatkeun saluyu.