ในความเป็นจริง คณะกรรมการวงจรพิมพ์ (PCB) ทำจากวัสดุเชิงเส้นตรง เช่น อิมพีแดนซ์ควรเป็นค่าคงที่ เหตุใด PCB จึงแนะนำความไม่เป็นเชิงเส้นในสัญญาณ คำตอบคือเลย์เอาต์ PCB นั้น “ไม่เชิงพื้นที่” สัมพันธ์กับตำแหน่งที่กระแสไหล

แอมพลิฟายเออร์จะรับกระแสจากแหล่งใดแหล่งหนึ่งหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับขั้วของสัญญาณบนโหลดทันที กระแสไหลจากแหล่งจ่ายไฟ ผ่านตัวเก็บประจุบายพาส ผ่านแอมพลิฟายเออร์เข้าสู่โหลด 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. ในระนาบกราวด์ มักจะมีเส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำมากกว่าหนึ่งเส้นทางซึ่งมีกระแสกราวด์ไหลผ่านเป็นสัดส่วนมาก: เส้นทางหนึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับตัวเก็บประจุบายพาส อีกอันกระตุ้นตัวต้านทานอินพุตจนกว่าจะถึงตัวเก็บประจุบายพาส รูปที่ 1 แสดงทั้งสองเส้นทาง The backflow current is what’s really causing the problem.

ส่ง

เมื่อวางตัวเก็บประจุบายพาสไว้ที่ตำแหน่งต่างๆ บน PCB กระแสกราวด์จะไหลผ่านเส้นทางต่างๆ ไปยังตัวเก็บประจุบายพาสตามลำดับ ซึ่งเป็นความหมายของ “ความไม่เชิงเส้นเชิงพื้นที่” 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. ถ้ากระแสกราวด์อีกขั้วหนึ่งไม่ถูกรบกวน แรงดันสัญญาณอินพุตจะเปลี่ยนในลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้น เมื่อองค์ประกอบขั้วหนึ่งเปลี่ยนแปลงแต่อีกขั้วหนึ่งไม่เปลี่ยน การบิดเบือนจะเกิดขึ้นและปรากฏเป็นความเพี้ยนฮาร์มอนิกที่สองของสัญญาณเอาท์พุต รูปที่ 2 แสดงผลการบิดเบือนนี้ในรูปแบบที่เกินจริง

ส่ง

เมื่อองค์ประกอบขั้วเดียวของคลื่นไซน์ถูกรบกวน รูปคลื่นที่ได้จะไม่เป็นคลื่นไซน์อีกต่อไป การจำลองแอมพลิฟายเออร์ในอุดมคติที่มีโหลด 100-ω และจับคู่กระแสโหลดผ่านตัวต้านทาน 1-ω เข้ากับแรงดันกราวด์บนขั้วเดียวของสัญญาณ ผลลัพธ์ที่ได้คือ รูปที่ 3 Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. ที่ความถี่สูง การมีเพศสัมพันธ์ในระดับนี้จะถูกสร้างขึ้นอย่างง่ายดายบน PCB ซึ่งสามารถทำลายคุณสมบัติป้องกันการบิดเบือนที่ยอดเยี่ยมของแอมพลิฟายเออร์โดยไม่ต้องใช้เอฟเฟกต์พิเศษที่ไม่เป็นเชิงเส้นจำนวนมากของ 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.

ส่ง

Multiamplifier chip

ปัญหาของชิปหลายแอมพลิฟายเออร์ (สอง สาม หรือสี่แอมพลิฟายเออร์) เกิดจากการไม่สามารถรักษาการเชื่อมต่อกราวด์ของตัวเก็บประจุบายพาสให้ห่างไกลจากอินพุตทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแอมพลิฟายเออร์สี่ตัว ชิปควอดแอมพลิฟายเออร์มีขั้วอินพุตที่แต่ละด้าน ดังนั้นจึงไม่มีที่ว่างสำหรับวงจรบายพาสที่ลดการรบกวนของช่องสัญญาณอินพุต

ส่ง

รูปที่ 5 แสดงวิธีการง่ายๆ ในการจัดวางเครื่องขยายสัญญาณสี่เครื่อง อุปกรณ์ส่วนใหญ่เชื่อมต่อโดยตรงกับพินแอมพลิฟายเออร์รูปสี่เหลี่ยม กระแสกราวด์ของแหล่งจ่ายไฟหนึ่งสามารถรบกวนแรงดันกราวด์อินพุตและกระแสกราวด์ของแหล่งจ่ายไฟอีกช่องหนึ่ง ส่งผลให้เกิดการบิดเบือน ตัวอย่างเช่น ตัวเก็บประจุบายพาส (+Vs) บนแชนเนล 1 ของแอมพลิฟายเออร์ควอดสามารถวางติดกับอินพุตได้โดยตรง ตัวเก็บประจุบายพาส (-Vs) สามารถวางไว้ที่อีกด้านหนึ่งของบรรจุภัณฑ์ได้ กระแสกราวด์ (+Vs) สามารถรบกวนช่อง 1 ในขณะที่กระแสกราวด์ (-vs) อาจไม่

ส่ง

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ให้กระแสกราวด์รบกวนอินพุต แต่ให้กระแส PCB ไหลในลักษณะเชิงเส้นเชิงพื้นที่ เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ ตัวเก็บประจุบายพาสสามารถจัดเรียงบน PCB ในลักษณะที่กระแสกราวด์ (+Vs) และ (–Vs) ไหลผ่านเส้นทางเดียวกัน หากกระแสบวกและลบรบกวนสัญญาณอินพุตเท่ากัน ความผิดเพี้ยนจะไม่เกิดขึ้น ดังนั้นให้จัดตำแหน่งตัวเก็บประจุบายพาสสองตัวที่อยู่ติดกันเพื่อให้มีจุดกราวด์ร่วมกัน เนื่องจากส่วนประกอบขั้วทั้งสองของกระแสโลกมาจากจุดเดียวกัน (ตัวป้องกันขั้วต่อเอาต์พุตหรือพื้นโหลด) และทั้งสองไหลกลับไปยังจุดเดียวกัน (การเชื่อมต่อกราวด์ทั่วไปของตัวเก็บประจุบายพาส) กระแสบวก/ลบจะไหลผ่าน เส้นทางเดียวกัน หากความต้านทานอินพุตของช่องสัญญาณถูกรบกวนโดยกระแส (+Vs) กระแส (– Vs) จะมีผลเช่นเดียวกัน 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.

ส่ง

ในการตรวจสอบการอนุมานข้างต้น มีการใช้เลย์เอาต์ PCB สองแบบ: เลย์เอาต์แบบธรรมดา (รูปที่ 5) และเลย์เอาต์ที่มีการบิดเบือนต่ำ (รูปที่ 6) การบิดเบือนที่เกิดจากแอมพลิฟายเออร์แบบสี่ขั้นตอนของ FHP3450 โดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ของแฟร์ไชลด์แสดงในตารางที่ 1 แบนด์วิดท์ทั่วไปของ FHP3450 คือ 210MHz ความชันคือ 1100V/us กระแสไบแอสอินพุตคือ 100nA และกระแสไฟที่ใช้งานต่อช่องสัญญาณคือ 3.6 ม. 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.

ส่ง

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. เห็นได้ชัดว่าช่องสัญญาณแอมพลิฟายเออร์ที่กำหนดไม่เพียงแต่รบกวนอินพุตของตัวเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอินพุตของช่องสัญญาณอื่นๆ ด้วย The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

ตารางที่ 2 แสดงฮาร์โมนิกที่วัดบนแชนเนลที่ไม่ได้ขับเคลื่อนอื่น ๆ เมื่อมีการขับเคลื่อนแชนเนลเดียวเท่านั้น ช่องสัญญาณที่ไม่มีการขับเคลื่อนจะแสดงสัญญาณขนาดเล็ก (ครอสทอล์ค) ที่ความถี่พื้นฐาน แต่ยังก่อให้เกิดการบิดเบือนโดยตรงจากกระแสกราวด์ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณพื้นฐานที่สำคัญใดๆ เลย์เอาต์การบิดเบือนต่ำในรูปที่ 6 แสดงให้เห็นว่าลักษณะการบิดเบือนฮาร์มอนิกที่สองและการบิดเบือนฮาร์มอนิกทั้งหมด (THD) ที่สองได้รับการปรับปรุงอย่างมากเนื่องจากใกล้กำจัดเอฟเฟกต์ปัจจุบันของพื้นดิน

ส่ง

สรุปบทความนี้

เพียงแค่ใส่บน PCB กระแสย้อนกลับจะไหลผ่านตัวเก็บประจุบายพาสที่แตกต่างกัน (สำหรับแหล่งจ่ายไฟที่แตกต่างกัน) และตัวจ่ายไฟเอง ซึ่งเป็นสัดส่วนกับค่าการนำไฟฟ้า กระแสสัญญาณความถี่สูงไหลกลับไปยังตัวเก็บประจุบายพาสขนาดเล็ก กระแสความถี่ต่ำ เช่น กระแสของสัญญาณเสียง อาจไหลผ่านตัวเก็บประจุบายพาสที่ใหญ่กว่าเป็นหลัก แม้แต่กระแสความถี่ที่ต่ำกว่าก็อาจ “ละเลย” ความจุบายพาสเต็มและไหลกลับไปยังตัวนำไฟฟ้าโดยตรง แอปพลิเคชันเฉพาะจะกำหนดเส้นทางปัจจุบันที่สำคัญที่สุด 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.

กฎทองสำหรับเลย์เอาต์ HF PCB คือการรักษาตัวเก็บประจุบายพาส HF ให้ใกล้กับพินจ่ายไฟที่บรรจุไว้มากที่สุด แต่การเปรียบเทียบรูปที่ 5 และรูปที่ 6 แสดงให้เห็นว่าการปรับเปลี่ยนกฎนี้เพื่อปรับปรุงลักษณะการบิดเบือนไม่ได้สร้างความแตกต่างมากนัก ลักษณะการบิดเบือนที่ได้รับการปรับปรุงนั้นมาจากการเพิ่มการเดินสายตัวเก็บประจุบายพาสความถี่สูงประมาณ 0.15 นิ้ว แต่สิ่งนี้มีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพการตอบสนอง AC ของ FHP3450 เลย์เอาต์ PCB มีความสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดของแอมพลิฟายเออร์คุณภาพสูง และปัญหาที่กล่าวถึงในที่นี้ไม่ได้จำกัดเฉพาะแอมพลิฟายเออร์ hf สัญญาณความถี่ต่ำเช่นเสียงมีข้อกำหนดการบิดเบือนที่เข้มงวดกว่ามาก ผลกระทบของกระแสกราวด์มีขนาดเล็กลงที่ความถี่ต่ำ แต่อาจยังคงเป็นปัญหาสำคัญหากดัชนีการบิดเบือนที่ต้องการได้รับการปรับปรุงให้สอดคล้องกัน