నిజానికి, ముద్రిత సర్క్యూట్ బోర్డు (PCB) are made of electrical linear materials, i.e. their impedance should be constant. పిసిబి నాన్ లీనియర్‌ని సిగ్నల్‌లోకి ఎందుకు ప్రవేశపెడుతుంది? పిసిబి లేఅవుట్ కరెంట్ ప్రవహించే ప్రదేశానికి సంబంధించి “ప్రాదేశికంగా నాన్-లీనియర్” అని సమాధానం.

యాంప్లిఫైయర్ ఒక మూలం లేదా మరొక మూలం నుండి కరెంట్ అందుకుంటుందా అనేది లోడ్ మీద సిగ్నల్ యొక్క తక్షణ ధ్రువణతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. 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; బైపాస్ కెపాసిటర్ చేరుకునే వరకు మరొకటి ఇన్‌పుట్ రెసిస్టర్‌ని ఉత్తేజపరుస్తుంది. Figure 1 illustrates these two paths. The backflow current is what’s really causing the problem.

సమర్పించండి

బైపాస్ కెపాసిటర్లు PCB లో వివిధ స్థానాల్లో ఉంచినప్పుడు, గ్రౌండ్ కరెంట్ వివిధ మార్గాల ద్వారా సంబంధిత బైపాస్ కెపాసిటర్‌లకు ప్రవహిస్తుంది, దీని అర్థం “ప్రాదేశిక నాన్ లీనియర్”. 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. When one polarity component is changed but the other polarity is not, distortion occurs and is manifested as the second harmonic distortion of the output signal. మూర్తి 2 ఈ వక్రీకరణ ప్రభావాన్ని అతిశయోక్తి రూపంలో చూపుతుంది.

సమర్పించండి

When only one polar component of the sine wave is disturbed, the resulting waveform is no longer a sine wave. 100-ω లోడ్‌తో ఆదర్శవంతమైన యాంప్లిఫైయర్‌ను అనుకరించడం మరియు 1-ω రెసిస్టర్ ద్వారా లోడ్ కరెంట్‌ను గ్రౌండ్ వోల్టేజ్‌లోకి సిగ్నల్ యొక్క ఒకే ఒక ధ్రువణతపై కలపడం, ఫలితంగా చిత్రం 3 వస్తుంది. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. At high frequencies, this level of coupling is easily generated on a PCB, which can destroy the excellent anti-distortion characteristics of an amplifier without resorting to much of the special nonlinear effects of a 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.

సమర్పించండి

Multiamplifier chip

The problem of multi-amplifier chips (two, three, or four amplifiers) is compounded by the inability to keep the ground connection of the bypass capacitor far from the entire input. This is especially true for four amplifiers. క్వాడ్-యాంప్లిఫైయర్ చిప్స్ ప్రతి వైపు ఇన్‌పుట్ టెర్మినల్స్ కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి ఇన్‌పుట్ ఛానెల్‌కు భంగం కలిగించే బైపాస్ సర్క్యూట్‌లకు చోటు లేదు.

సమర్పించండి

మూర్తి 5 నాలుగు-యాంప్లిఫైయర్ లేఅవుట్‌కు సరళమైన విధానాన్ని చూపుతుంది. Most devices connect directly to a quad amplifier pin. ఒక విద్యుత్ సరఫరా యొక్క గ్రౌండ్ కరెంట్ ఇన్పుట్ గ్రౌండ్ వోల్టేజ్ మరియు ఇతర ఛానల్ విద్యుత్ సరఫరా యొక్క గ్రౌండ్ కరెంట్‌కు భంగం కలిగిస్తుంది, ఫలితంగా వక్రీకరణ జరుగుతుంది. ఉదాహరణకు, క్వాడ్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క ఛానల్ 1 లోని (+Vs) బైపాస్ కెపాసిటర్‌ను దాని ఇన్‌పుట్‌కు నేరుగా ప్రక్కనే ఉంచవచ్చు; (-Vs) బైపాస్ కెపాసిటర్‌ను ప్యాకేజీకి మరొక వైపు ఉంచవచ్చు. The (+Vs) ground current can disturb channel 1, while the (-vs) ground current may not.

సమర్పించండి

ఈ సమస్యను నివారించడానికి, గ్రౌండ్ కరెంట్ ఇన్‌పుట్‌ను కలవరపెట్టనివ్వండి, కానీ పిసిబి కరెంట్ ఒక ప్రాదేశిక సరళ పద్ధతిలో ప్రవహించనివ్వండి. 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. అందువల్ల, రెండు బైపాస్ కెపాసిటర్‌లను ఒకదానికొకటి సమలేఖనం చేయండి, తద్వారా అవి గ్రౌండ్ పాయింట్‌ను పంచుకుంటాయి. భూమి ప్రవాహం యొక్క రెండు ధ్రువ భాగాలు ఒకే బిందువు (అవుట్‌పుట్ కనెక్టర్ షీల్డింగ్ లేదా లోడ్ గ్రౌండ్) నుండి వస్తాయి మరియు రెండూ ఒకే పాయింట్‌కి తిరిగి ప్రవహిస్తాయి (బైపాస్ కెపాసిటర్ యొక్క సాధారణ గ్రౌండ్ కనెక్షన్), పాజిటివ్/నెగటివ్ కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది అదే మార్గం. If the input resistance of a channel is disturbed by (+Vs) current, (– Vs) current has the same effect on it. 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.

సమర్పించండి

To verify the above inference, two different PCB layouts were used: a simple layout (Figure 5) and a low-distortion layout (Figure 6). ఫెయిర్‌చైల్డ్ సెమీకండక్టర్‌ని ఉపయోగించి FHP3450 క్వాడ్-ఆపరేషనల్ యాంప్లిఫైయర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన వక్రీకరణ పట్టికలో చూపబడింది 1. FHP3450 యొక్క సాధారణ బ్యాండ్‌విడ్త్ 210MHz, వాలు 1100V/us, ఇన్‌పుట్ బయాస్ కరెంట్ 100nA, మరియు ఛానెల్‌కు ఆపరేటింగ్ కరెంట్ 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.

సమర్పించండి

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. సహజంగానే, ఇచ్చిన యాంప్లిఫైయర్ ఛానెల్ దాని స్వంత ఇన్‌పుట్‌ను మాత్రమే కాకుండా, ఇతర ఛానెల్‌ల ఇన్‌పుట్‌ని కూడా భంగపరుస్తుంది. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Table 2 shows the harmonics measured on other undriven channels when only one channel is driven. The undriven channel displays a small signal (crosstalk) at the fundamental frequency, but also produces distortion directly introduced by the ground current in the absence of any significant fundamental signal. మూర్తి 6 లోని తక్కువ-వక్రీకరణ లేఅవుట్ గ్రౌండ్ కరెంట్ ఎఫెక్ట్‌ను దాదాపుగా తొలగించడం వలన రెండవ హార్మోనిక్ మరియు టోటల్ హార్మోనిక్ డిస్టార్షన్ (THD) లక్షణాలు బాగా మెరుగుపడ్డాయని చూపిస్తుంది.

సమర్పించండి

ఈ వ్యాసం సారాంశం

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. హై-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్ కరెంట్ తిరిగి చిన్న బైపాస్ కెపాసిటర్‌కి ప్రవహిస్తుంది. ఆడియో సిగ్నల్స్ వంటి తక్కువ పౌన frequencyపున్య ప్రవాహాలు ప్రధానంగా పెద్ద బైపాస్ కెపాసిటర్‌ల ద్వారా ప్రవహిస్తాయి. తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ కరెంట్ కూడా పూర్తి బైపాస్ కెపాసిటెన్స్‌ని “విస్మరించవచ్చు” మరియు నేరుగా పవర్ లీడ్‌కు తిరిగి ప్రవహిస్తుంది. నిర్దిష్ట అప్లికేషన్ ఏ ప్రస్తుత మార్గం అత్యంత క్లిష్టమైనదో నిర్ణయిస్తుంది. 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.

HF PCB లేఅవుట్ కోసం గోల్డెన్ రూల్ అనేది HF బైపాస్ కెపాసిటర్‌ను ప్యాక్ చేయబడిన పవర్ పిన్‌కి సాధ్యమైనంత దగ్గరగా ఉంచడం, అయితే ఫిగర్ 5 మరియు ఫిగర్ 6 యొక్క పోలిక ఈ రూల్‌ని వక్రీకరణ లక్షణాలను మెరుగుపరిచేలా మార్చడం వల్ల పెద్దగా తేడా ఉండదు. The improved distortion characteristics came at the expense of adding about 0.15 inches of high-frequency bypass capacitor wiring, but this had little impact on the AC response performance of the FHP3450. PCB layout is important to maximize the performance of a high-quality amplifier, and the issues discussed here are not limited to hf amplifiers. ఆడియో వంటి తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్స్ చాలా కఠినమైన వక్రీకరణ అవసరాలను కలిగి ఉంటాయి. 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.