నిజానికి, ముద్రిత సర్క్యూట్ బోర్డు (PCB) ఎలక్ట్రికల్ లీనియర్ మెటీరియల్స్‌తో తయారు చేయబడ్డాయి, అంటే వాటి ఇంపెడెన్స్ స్థిరంగా ఉండాలి. 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. విద్యుత్ సరఫరా నుండి, బైపాస్ కెపాసిటర్ ద్వారా, యాంప్లిఫైయర్ ద్వారా లోడ్ లోకి కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది. కరెంట్ అప్పుడు లోడ్ గ్రౌండ్ టెర్మినల్ (లేదా PCB అవుట్‌పుట్ కనెక్టర్ యొక్క కవచం) నుండి తిరిగి గ్రౌండ్ ప్లేన్‌కి, బైపాస్ కెపాసిటర్ ద్వారా, మరియు తిరిగి కరెంట్ సరఫరా చేసిన మూలానికి తిరిగి వెళుతుంది.

ఇంపెడెన్స్ ద్వారా కరెంట్ కనీస మార్గం అనే భావన తప్పు. అన్ని విభిన్న ఇంపెడెన్స్ మార్గాల్లో కరెంట్ మొత్తం దాని వాహకతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. గ్రౌండ్ ప్లేన్‌లో, తరచుగా ఒకటి కంటే ఎక్కువ తక్కువ-ఇంపెడెన్స్ మార్గం ఉంటుంది, దీని ద్వారా భూమి ప్రవాహం యొక్క అధిక భాగం ప్రవహిస్తుంది: ఒక మార్గం నేరుగా బైపాస్ కెపాసిటర్‌కి అనుసంధానించబడి ఉంటుంది; బైపాస్ కెపాసిటర్ చేరుకునే వరకు మరొకటి ఇన్‌పుట్ రెసిస్టర్‌ని ఉత్తేజపరుస్తుంది. మూర్తి 1 ఈ రెండు మార్గాలను వివరిస్తుంది. బ్యాక్‌ఫ్లో కరెంట్ సమస్యకు కారణమవుతుంది.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

బైపాస్ కెపాసిటర్లు PCB లో వివిధ స్థానాల్లో ఉంచినప్పుడు, గ్రౌండ్ కరెంట్ వివిధ మార్గాల ద్వారా సంబంధిత బైపాస్ కెపాసిటర్‌లకు ప్రవహిస్తుంది, దీని అర్థం “ప్రాదేశిక నాన్ లీనియర్”. గ్రౌండ్ కరెంట్ యొక్క ధ్రువ భాగం యొక్క ముఖ్యమైన భాగం ఇన్‌పుట్ సర్క్యూట్ గ్రౌండ్ గుండా ప్రవహిస్తే, సిగ్నల్ యొక్క ధ్రువ భాగం మాత్రమే చెదిరిపోతుంది. గ్రౌండ్ కరెంట్ యొక్క ఇతర ధ్రువణత చెదిరిపోకపోతే, ఇన్పుట్ సిగ్నల్ వోల్టేజ్ నాన్ లీనియర్ పద్ధతిలో మారుతుంది. ఒక ధ్రువణత భాగం మారినప్పటికీ, మరొక ధ్రువణత మారనప్పుడు, వక్రీకరణ సంభవిస్తుంది మరియు అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్ యొక్క రెండవ హార్మోనిక్ వక్రీకరణగా వ్యక్తమవుతుంది. మూర్తి 2 ఈ వక్రీకరణ ప్రభావాన్ని అతిశయోక్తి రూపంలో చూపుతుంది.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

సైన్ వేవ్ యొక్క ఒక ధ్రువ భాగం మాత్రమే చెదిరినప్పుడు, ఫలితంగా తరంగ రూపం ఇకపై సైన్ వేవ్ కాదు. 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.ఫోరియర్ పరివర్తన వక్రీకరణ తరంగ రూపం -68 DBC వద్ద దాదాపు అన్ని రెండవ హార్మోనిక్స్ అని చూపిస్తుంది. అధిక పౌనenciesపున్యాల వద్ద, ఈ స్థాయి కలపడం సులభంగా PCB లో ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది, ఇది PCB యొక్క ప్రత్యేక నాన్ లీనియర్ ప్రభావాలను ఆశ్రయించకుండా యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అద్భుతమైన-వక్రీకరణ నిరోధక లక్షణాలను నాశనం చేస్తుంది. గ్రౌండ్ కరెంట్ పాత్ కారణంగా సింగిల్ ఆపరేషనల్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ వక్రీకరించినప్పుడు, ఫిగర్ 4 లో చూపిన విధంగా, బైపాస్ లూప్‌ని మళ్లీ అమర్చడం మరియు ఇన్‌పుట్ డివైజ్ నుండి దూరం నిర్వహించడం ద్వారా గ్రౌండ్ కరెంట్ ప్రవాహాన్ని సర్దుబాటు చేయవచ్చు.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

మల్టీయాంప్లిఫైయర్ చిప్

మల్టీ-యాంప్లిఫైయర్ చిప్స్ (రెండు, మూడు, లేదా నాలుగు యాంప్లిఫైయర్లు) సమస్య బైపాస్ కెపాసిటర్ యొక్క గ్రౌండ్ కనెక్షన్‌ను మొత్తం ఇన్‌పుట్‌కి దూరంగా ఉంచలేకపోవడం వల్ల జతచేయబడుతుంది. నాలుగు యాంప్లిఫైయర్‌లకు ఇది ప్రత్యేకంగా వర్తిస్తుంది. క్వాడ్-యాంప్లిఫైయర్ చిప్స్ ప్రతి వైపు ఇన్‌పుట్ టెర్మినల్స్ కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి ఇన్‌పుట్ ఛానెల్‌కు భంగం కలిగించే బైపాస్ సర్క్యూట్‌లకు చోటు లేదు.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

మూర్తి 5 నాలుగు-యాంప్లిఫైయర్ లేఅవుట్‌కు సరళమైన విధానాన్ని చూపుతుంది. చాలా పరికరాలు నేరుగా క్వాడ్ యాంప్లిఫైయర్ పిన్‌కి కనెక్ట్ అవుతాయి. 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. (+Vs) గ్రౌండ్ కరెంట్ ఛానల్ 1 కి భంగం కలిగించవచ్చు, అయితే (-vs) గ్రౌండ్ కరెంట్ కాకపోవచ్చు.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

ఈ సమస్యను నివారించడానికి, గ్రౌండ్ కరెంట్ ఇన్‌పుట్‌ను కలవరపెట్టనివ్వండి, కానీ పిసిబి కరెంట్ ఒక ప్రాదేశిక సరళ పద్ధతిలో ప్రవహించనివ్వండి. దీనిని సాధించడానికి, బైపాస్ కెపాసిటర్ (+Vs) మరియు ( – Vs) గ్రౌండ్ ప్రవాహాలు ఒకే మార్గం గుండా ప్రవహించే విధంగా PCB లో అమర్చవచ్చు. సానుకూల మరియు ప్రతికూల ప్రవాహాల ద్వారా ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ సమానంగా చెదిరినట్లయితే, వక్రీకరణ జరగదు. 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. ఒక ఛానెల్ యొక్క ఇన్‌పుట్ నిరోధకత (+Vs) కరెంట్ ద్వారా చెదిరినట్లయితే, ( – Vs) కరెంట్ దానిపై అదే ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. ధ్రువణతతో సంబంధం లేకుండా ఫలిత భంగం ఒకే విధంగా ఉన్నందున, వక్రీకరణ లేదు, కానీ మూర్తి 6 లో చూపిన విధంగా ఛానెల్ లాభంలో చిన్న మార్పు జరుగుతుంది.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

పై అనుమానాన్ని ధృవీకరించడానికి, రెండు వేర్వేరు PCB లేఅవుట్‌లు ఉపయోగించబడ్డాయి: సాధారణ లేఅవుట్ (మూర్తి 5) మరియు తక్కువ వక్రీకరణ లేఅవుట్ (మూర్తి 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 టేబుల్ 1 నుండి చూడగలిగినట్లుగా, ఛానెల్ మరింత వక్రీకరించినప్పుడు, మెరుగైన మెరుగుదల, తద్వారా నాలుగు ఛానెల్‌లు పనితీరులో దాదాపు సమానంగా ఉంటాయి.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

PCB లో ఆదర్శవంతమైన క్వాడ్ యాంప్లిఫైయర్ లేకుండా, ఒకే యాంప్లిఫైయర్ ఛానల్ యొక్క ప్రభావాలను కొలవడం కష్టం. సహజంగానే, ఇచ్చిన యాంప్లిఫైయర్ ఛానెల్ దాని స్వంత ఇన్‌పుట్‌ను మాత్రమే కాకుండా, ఇతర ఛానెల్‌ల ఇన్‌పుట్‌ని కూడా భంగపరుస్తుంది. భూమి ప్రవాహం అన్ని విభిన్న ఛానల్ ఇన్‌పుట్‌ల ద్వారా ప్రవహిస్తుంది మరియు విభిన్న ప్రభావాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, కానీ ప్రతి అవుట్‌పుట్ ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది, ఇది కొలవదగినది.

ఒక ఛానెల్‌ని నడిపినప్పుడు ఇతర అన్‌డ్రైవెన్ ఛానెల్‌లలో కొలిచిన హార్మోనిక్‌లను టేబుల్ 2 చూపిస్తుంది. ప్రాథమిక ఫ్రీక్వెన్సీలో చిన్న సిగ్నల్ (క్రాస్‌స్టాక్) ప్రదర్శించబడుతుంది, కానీ గణనీయమైన ప్రాథమిక సిగ్నల్ లేనప్పుడు గ్రౌండ్ కరెంట్ ద్వారా నేరుగా ప్రవేశపెట్టిన వక్రీకరణను కూడా ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మూర్తి 6 లోని తక్కువ-వక్రీకరణ లేఅవుట్ గ్రౌండ్ కరెంట్ ఎఫెక్ట్‌ను దాదాపుగా తొలగించడం వలన రెండవ హార్మోనిక్ మరియు టోటల్ హార్మోనిక్ డిస్టార్షన్ (THD) లక్షణాలు బాగా మెరుగుపడ్డాయని చూపిస్తుంది.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

ఈ వ్యాసం సారాంశం

సరళంగా చెప్పాలంటే, PCB లో, బ్యాక్‌ఫ్లో కరెంట్ వేర్వేరు బైపాస్ కెపాసిటర్లు (వివిధ విద్యుత్ సరఫరా కోసం) మరియు విద్యుత్ సరఫరా ద్వారా ప్రవహిస్తుంది, ఇది దాని వాహకతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. 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. అదృష్టవశాత్తూ, అవుట్‌పుట్ వైపు ఒక సాధారణ గ్రౌండ్ పాయింట్ మరియు గ్రౌండ్ బైపాస్ కెపాసిటర్‌ని ఉపయోగించడం ద్వారా మొత్తం గ్రౌండ్ కరెంట్ పాత్‌ని రక్షించడం సులభం.

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. మెరుగైన వక్రీకరణ లక్షణాలు 0.15 అంగుళాల హై-ఫ్రీక్వెన్సీ బైపాస్ కెపాసిటర్ వైరింగ్‌ను జోడించే ఖర్చుతో వచ్చాయి, అయితే ఇది FHP3450 యొక్క AC ప్రతిస్పందన పనితీరుపై తక్కువ ప్రభావం చూపింది. అధిక-నాణ్యత యాంప్లిఫైయర్ పనితీరును పెంచడానికి PCB లేఅవుట్ ముఖ్యం, మరియు ఇక్కడ చర్చించిన సమస్యలు hf యాంప్లిఫైయర్‌లకు మాత్రమే పరిమితం కాదు. ఆడియో వంటి తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్స్ చాలా కఠినమైన వక్రీకరణ అవసరాలను కలిగి ఉంటాయి. తక్కువ పౌనenciesపున్యాల వద్ద గ్రౌండ్ కరెంట్ ప్రభావం తక్కువగా ఉంటుంది, కానీ అవసరమైన వక్రీకరణ సూచిక తదనుగుణంగా మెరుగుపరచబడితే అది ఇప్పటికీ ఒక ముఖ్యమైన సమస్య కావచ్చు.