Sa katunayan, printed circuit board Ang (PCB) ay gawa sa mga de-koryenteng linear na materyales, ibig sabihin, ang kanilang impedance ay dapat na pare-pareho. Kaya’t bakit ipinakilala ng isang PCB ang pagiging hindi linya sa isang senyas? Ang sagot ay ang layout ng PCB ay “spatially non-linear” na may kaugnayan sa kung saan dumadaloy ang kasalukuyang.

Kung ang amplifier ay tumatanggap ng kasalukuyang mula sa isang mapagkukunan o iba pa ay nakasalalay sa instant na polarity ng signal sa load. Ang kasalukuyang daloy mula sa power supply, sa pamamagitan ng bypass capacitor, sa pamamagitan ng amplifier papunta sa load. Pagkatapos ay naglalakbay ang kasalukuyang mula sa terminal ng pag-load ng lupa (o pagtatanggol ng konektor ng output ng PCB) pabalik sa ground plane, sa pamamagitan ng bypass capacitor, at pabalik sa pinagmulan na orihinal na nag-supply ng kasalukuyang.

Ang konsepto ng minimum na landas ng kasalukuyang sa pamamagitan ng impedance ay hindi tama. Ang dami ng kasalukuyang sa lahat ng iba’t ibang mga landas ng impedance ay proporsyonal sa kondaktibiti nito. Sa isang eroplano sa lupa, madalas na may higit sa isang daang mababang impedance kung saan dumadaloy ang isang malaking proporsyon ng kasalukuyang daanan: isang landas na direktang konektado sa bypass capacitor; Ang iba pang mga nagaganyak sa input resistor hanggang maabot ang bypass capacitor. Ang larawan 1 ay naglalarawan ng dalawang landas na ito. Ang kasalukuyang daloy ng backflow ang talagang sanhi ng problema.

Paano mabawasan ang pagbaluktot ng maharmonya sa disenyo ng PCB

Kapag ang mga bypass capacitor ay inilalagay sa iba’t ibang mga posisyon sa PCB, ang kasalukuyang lupa ay dumadaloy sa iba’t ibang mga landas sa kani-kanilang mga bypass capacitor, na kung saan ay ang kahulugan ng “spatial nonlinearity”. Kung ang isang makabuluhang bahagi ng isang bahagi ng polar ng kasalukuyang lupa ay dumadaloy sa pamamagitan ng lupa ng input circuit, tanging ang bahagi ng polar na iyon ng signal ang nabalisa. Kung ang iba pang polarity ng kasalukuyang lupa ay hindi nabalisa, ang input signal voltage ay nagbabago sa isang hindi linear na paraan. Kapag ang isang bahagi ng polarity ay binago ngunit ang iba pang polarity ay hindi, ang pagbaluktot ay nangyayari at ipinakita bilang pangalawang maharmonya pagbaluktot ng output signal. Ipinapakita ng Larawan 2 ang epekto sa pagbaluktot na ito sa pinalaking form.

Paano mabawasan ang pagbaluktot ng maharmonya sa disenyo ng PCB

Kapag ang isang polar na bahagi lamang ng sine wave ang nabalisa, ang nagresultang form ng alon ay hindi na isang sine wave. Ang pagtulad sa isang perpektong amplifier na may 100-ω load at pagkabit ng kasalukuyang pag-load sa pamamagitan ng isang 1-ω risistor sa ground boltahe sa isang polarity lamang ng signal, nagreresulta sa pigura 3.Ipinapakita ng Fourier transform na ang pagbaluktot ng waveform ay halos lahat ng pangalawang harmonika sa -68 DBC. Sa mataas na frequency, ang antas ng pagkabit na ito ay madaling mabuo sa isang PCB, na maaaring sirain ang mahusay na mga katangian ng anti-pagbaluktot ng isang amplifier nang hindi gumagamit ng higit sa mga espesyal na hindi linya na epekto ng isang PCB. Kapag ang output ng isang solong pagpapatakbo ng pagpapatakbo ay napangit dahil sa landas ng lupa sa lupa, ang daloy ng kasalukuyang daloy ay maaaring maiakma sa pamamagitan ng pag-aayos ng bypass loop at pagpapanatili ng distansya mula sa input device, tulad ng ipinakita sa Larawan 4.

Paano mabawasan ang pagbaluktot ng maharmonya sa disenyo ng PCB

Multiamplifier chip

Ang problema ng mga multi-amplifier chip (dalawa, tatlo, o apat na amplifier) ​​ay pinagsama ng kawalan ng kakayahang mapanatili ang koneksyon sa lupa ng bypass capacitor na malayo sa buong input. Totoo ito lalo na para sa apat na amplifier. Ang mga quad-amplifier chip ay may mga terminal ng pag-input sa bawat panig, kaya’t walang puwang para sa mga bypass na circuit na nagpapagaan ng kaguluhan sa input channel.

Paano mabawasan ang pagbaluktot ng maharmonya sa disenyo ng PCB

Ipinapakita ng Larawan 5 ang isang simpleng diskarte sa isang layout ng apat na amplifier. Karamihan sa mga aparato ay direktang kumonekta sa isang quad amplifier pin. Ang ground current ng isang power supply ay maaaring makaistorbo sa input ground voltage at ground current ng iba pang power supply ng channel, na magreresulta sa pagbaluktot. Halimbawa, ang (+ Vs) bypass capacitor sa channel 1 ng quad amplifier ay maaaring mailagay na direktang katabi ng input nito; Ang (-Vs) bypass capacitor ay maaaring mailagay sa kabilang panig ng package. Ang (+ Vs) ground current ay maaaring makaistorbo sa channel 1, habang ang (-vs) ground current ay maaaring hindi.

Paano mabawasan ang pagbaluktot ng maharmonya sa disenyo ng PCB

Upang maiwasan ang problemang ito, hayaan ang kasalukuyang ground na magulo ang input, ngunit hayaan ang kasalukuyang daloy ng PCB sa isang spatially linear fashion. Upang makamit ito, ang bypass capacitor ay maaaring isaayos sa PCB sa isang paraan na ang (+ Vs) at (- Vs) na mga alon sa lupa ay dumadaloy sa parehong landas. Kung ang input signal ay pantay na nabalisa ng mga positibo at negatibong alon, hindi mangyayari ang pagbaluktot. Samakatuwid, ihanay ang dalawang bypass capacitor sa tabi ng bawat isa upang magbahagi sila ng isang ground point. Sapagkat ang dalawang bahagi ng polar ng kasalukuyang daigdig ay nagmula sa parehong punto (ang output konektor na kalasag o ang load ground) at ang parehong daloy pabalik sa parehong punto (ang karaniwang koneksyon sa ground ng bypass capacitor), ang positibo / negatibong kasalukuyang dumadaloy ang parehong landas. Kung ang input paglaban ng isang channel ay nabalisa ng (+ Vs) kasalukuyang, (- Vs) kasalukuyang ay may parehong epekto dito. Dahil ang nagresultang kaguluhan ay pareho anuman ang polarity, walang pagbaluktot, ngunit isang maliit na pagbabago sa nakuha ng channel ang magaganap, tulad ng ipinakita sa Larawan 6.

Paano mabawasan ang pagbaluktot ng maharmonya sa disenyo ng PCB

Upang mapatunayan ang hinuha sa itaas, ginamit ang dalawang magkakaibang layout ng PCB: isang simpleng layout (Larawan 5) at isang layout na mababa ang pagbaluktot (Larawan 6). Ang pagbaluktot na ginawa ng FHP3450 quad-pagpapatakbo amplifier gamit ang fairchild semiconductor ay ipinapakita sa talahanayan 1. Ang tipikal na bandwidth ng FHP3450 ay 210MHz, ang slope ay 1100V / us, ang input bias kasalukuyang 100nA, at ang kasalukuyang operating bawat channel ay 3.6 mA Tulad ng makikita mula sa Talahanayan 1, mas masama ang channel, mas mahusay ang pagpapabuti, upang ang apat na mga channel ay halos pantay sa pagganap.

Paano mabawasan ang pagbaluktot ng maharmonya sa disenyo ng PCB

Nang walang isang perpektong quad amplifier sa isang PCB, ang pagsukat ng mga epekto ng isang solong amplifier channel ay maaaring maging mahirap. Malinaw na, ang isang naibigay na amplifier channel ay nakakagambala hindi lamang sa sarili nitong pag-input, kundi pati na rin ng pag-input ng iba pang mga channel. Ang kasalukuyang daigdig ay dumadaloy sa lahat ng magkakaibang mga input ng channel at gumagawa ng iba’t ibang mga epekto, ngunit naiimpluwensyahan ng bawat output, na masusukat.

Ipinapakita ng Talahanayan 2 ang mga harmonika na sinusukat sa iba pang mga undriven na channel kapag ang isang channel lamang ang hinihimok. Ang undriven channel ay nagpapakita ng isang maliit na signal (crosstalk) sa pangunahing dalas, ngunit gumagawa din ng pagbaluktot na direktang ipinakilala ng kasalukuyang lupa sa kawalan ng anumang makabuluhang pangunahing signal. Ang layout ng mababang pagbaluktot sa Larawan 6 ay nagpapakita na ang pangalawang maharmonya at kabuuang pagkakatugma ng harmonic distortion (THD) ay napabuti dahil sa malapit na maalis na kasalukuyang epekto ng lupa.

Paano mabawasan ang pagbaluktot ng maharmonya sa disenyo ng PCB

Buod ng artikulong ito

Sa madaling salita, sa isang PCB, ang kasalukuyang daloy ng backflow ay dumadaloy sa iba’t ibang mga bypass capacitor (para sa iba’t ibang mga power supply) at ang power supply mismo, na proporsyonal sa kondaktibiti nito. Ang kasalukuyang signal ng mataas na dalas ay dumadaloy pabalik sa maliit na bypass capacitor. Ang mga dalas ng mababang dalas, tulad ng mga audio signal, ay maaaring dumadaloy lalo sa mga mas malalaking bypass capacitor. Kahit na ang isang mas mababang kasalukuyang dalas ay maaaring “balewalain” ang buong bypass capacitance at dumadaloy nang direkta pabalik sa power lead. Tutukuyin ng tukoy na application kung aling kasalukuyang landas ang pinaka-kritikal. Sa kabutihang palad, madaling maprotektahan ang buong landas na kasalukuyang landas sa pamamagitan ng paggamit ng isang karaniwang ground point at isang ground bypass capacitor sa output side.

Ang ginintuang panuntunan para sa layout ng HF PCB ay upang mapanatili ang HF bypass capacitor na malapit sa nakabalot na power pin hangga’t maaari, ngunit ang isang paghahambing ng Figure 5 at Figure 6 ay nagpapakita na ang pagbabago ng panuntunang ito upang mapabuti ang mga katangian ng pagbaluktot ay hindi gumagawa ng pagkakaiba. Ang pinabuting mga katangian ng pagbaluktot ay dumating sa gastos ng pagdaragdag ng tungkol sa 0.15 pulgada ng mga high-frequency bypass capacitor na mga kable, ngunit ito ay may maliit na epekto sa pagganap ng pagtugon ng AC ng FHP3450. Ang layout ng PCB ay mahalaga upang ma-maximize ang pagganap ng isang de-kalidad na amplifier, at ang mga isyu na tinalakay dito ay hindi limitado sa mga amplifiers ng hf. Ang mga signal ng mas mababang dalas tulad ng audio ay may mas mahigpit na mga kinakailangan sa pagbaluktot. Ang epekto ng kasalukuyang lupa ay mas maliit sa mababang mga frequency, ngunit maaari pa ring maging isang mahalagang problema kung ang kinakailangang distansya index ay pinabuting naaayon.