Aslında, baskılı devre kartı (PCB) elektriksel lineer malzemelerden yapılmıştır, yani empedansları sabit olmalıdır. Öyleyse neden bir PCB, bir sinyale doğrusal olmayanlık getiriyor? Cevap, PCB düzeninin, akımın aktığı yere göre “uzaysal olarak doğrusal olmayan” olmasıdır.

Amplifikatörün bir kaynaktan veya diğerinden akım alıp almaması, yük üzerindeki sinyalin anlık polaritesine bağlıdır. 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; Diğeri, baypas kondansatörüne ulaşılana kadar giriş direncini uyarır. Şekil 1 bu iki yolu göstermektedir. The backflow current is what’s really causing the problem.

sunmak

Baypas kapasitörleri PCB üzerinde farklı konumlara yerleştirildiğinde, toprak akımı farklı yollardan ilgili baypas kapasitörlerine akar, bu da “uzaysal doğrusal olmama” anlamına gelir. 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. Toprak akımının diğer polaritesi bozulmazsa, giriş sinyali voltajı doğrusal olmayan bir şekilde değişir. Bir polarite bileşeni değiştirildiğinde, diğer polarite değişmediğinde, bozulma meydana gelir ve çıkış sinyalinin ikinci harmonik bozulması olarak kendini gösterir. Şekil 2, bu distorsiyon etkisini abartılı biçimde göstermektedir.

sunmak

Sinüs dalgasının yalnızca bir polar bileşeni bozulduğunda, ortaya çıkan dalga biçimi artık bir sinüs dalgası değildir. 100-ω yüke sahip ideal bir yükselticiyi simüle etmek ve yük akımını 1-ω’lik bir direnç üzerinden sinyalin sadece bir polaritesi üzerindeki toprak voltajına bağlamak, şekil 3 ile sonuçlanır. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. Yüksek frekanslarda, bu bağlantı seviyesi bir PCB üzerinde kolaylıkla oluşturulabilir ve bu, bir PCB’nin özel doğrusal olmayan etkilerinin çoğuna başvurmadan bir amplifikatörün mükemmel bozulma önleme özelliklerini yok edebilir. 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.

sunmak

Multiamplifier chip

Çoklu amplifikatör yongaları (iki, üç veya dört amplifikatör) sorunu, baypas kapasitörünün toprak bağlantısının tüm girişten uzak tutulamamasıyla birleşir. Bu özellikle dört amplifikatör için geçerlidir. Dörtlü amplifikatör çiplerinin her iki tarafında giriş terminalleri vardır, bu nedenle giriş kanalındaki rahatsızlığı azaltan baypas devreleri için yer yoktur.

sunmak

Şekil 5, dört amplifikatör düzenine basit bir yaklaşımı göstermektedir. Çoğu cihaz doğrudan dörtlü bir amplifikatör pimine bağlanır. Bir güç kaynağının toprak akımı, diğer kanal güç kaynağının giriş toprak voltajını ve toprak akımını bozarak bozulmaya neden olabilir. Örneğin, dörtlü amplifikatörün 1. kanalındaki (+Vs) baypas kapasitörü, girişinin hemen yanına yerleştirilebilir; (-Vs) baypas kondansatörü paketin diğer tarafına yerleştirilebilir. (+Vs) toprak akımı kanal 1’i bozabilirken (-vs) toprak akımı rahatsız etmeyebilir.

sunmak

Bu sorunu önlemek için, toprak akımının girişi bozmasına izin verin, ancak PCB akımının uzamsal olarak doğrusal bir şekilde akmasına izin verin. Bunu başarmak için, baypas kondansatörü PCB üzerinde (+Vs) ve (–Vs) toprak akımları aynı yoldan akacak şekilde düzenlenebilir. Giriş sinyali pozitif ve negatif akımlar tarafından eşit olarak bozulursa bozulma meydana gelmez. Bu nedenle, iki baypas kapasitörünü bir toprak noktasını paylaşacak şekilde yan yana hizalayın. Toprak akımının iki kutuplu bileşeni aynı noktadan (çıkış konektörü koruması veya yük toprağı) geldiğinden ve her ikisi de aynı noktaya geri aktığından (baypas kapasitörünün ortak toprak bağlantısı), pozitif/negatif akım üzerinden akar. aynı yol. Bir kanalın giriş direnci (+Vs) akımı tarafından bozulursa, (–Vs) akımı da aynı etkiye sahiptir. 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.

sunmak

Yukarıdaki çıkarımı doğrulamak için iki farklı PCB düzeni kullanıldı: basit bir düzen (Şekil 5) ve düşük bozulma düzeni (Şekil 6). Fairchild yarı iletken kullanan FHP3450 dört işlemli amplifikatör tarafından üretilen bozulma tablo 1’de gösterilmektedir. 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.

sunmak

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Açıkçası, belirli bir amplifikatör kanalı sadece kendi girişini değil, diğer kanalların girişini de bozar. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Tablo 2, yalnızca bir kanal çalıştırıldığında diğer sürülmemiş kanallarda ölçülen harmonikleri gösterir. Tahrik edilmeyen kanal, temel frekansta küçük bir sinyal (çapraz konuşma) görüntüler, ancak aynı zamanda herhangi bir önemli temel sinyalin yokluğunda toprak akımı tarafından doğrudan verilen bozulma üretir. Şekil 6’daki düşük bozulma düzeni, toprak akımı etkisinin neredeyse ortadan kaldırılması nedeniyle ikinci harmonik ve toplam harmonik bozulma (THD) özelliklerinin büyük ölçüde iyileştirildiğini göstermektedir.

sunmak

Bu makale özeti

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. Yüksek frekanslı sinyal akımı, küçük baypas kondansatörüne geri akar. Ses sinyalleri gibi düşük frekanslı akımlar, öncelikle daha büyük baypas kapasitörlerinden akabilir. Daha düşük bir frekans akımı bile tam baypas kapasitansını “göz ardı edebilir” ve doğrudan güç kablosuna geri akabilir. Özel uygulama, hangi mevcut yolun en kritik olduğunu belirleyecektir. 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 yerleşimi için altın kural, HF bypass kapasitörünü paketlenmiş güç pimine mümkün olduğunca yakın tutmaktır, ancak Şekil 5 ve Şekil 6’nın karşılaştırılması, bu kuralı bozulma özelliklerini iyileştirmek için değiştirmenin pek bir fark yaratmadığını göstermektedir. Geliştirilmiş bozulma özellikleri, yaklaşık 0.15 inç yüksek frekanslı baypas kapasitör kablolaması ekleme pahasına geldi, ancak bunun FHP3450’nin AC yanıt performansı üzerinde çok az etkisi oldu. PCB düzeni, yüksek kaliteli bir amplifikatörün performansını en üst düzeye çıkarmak için önemlidir ve burada tartışılan konular, hf amplifikatörlerle sınırlı değildir. Ses gibi daha düşük frekanslı sinyallerin çok daha katı bozulma gereksinimleri vardır. Düşük frekanslarda toprak akımı etkisi daha küçüktür, ancak gerekli bozulma indeksi buna göre iyileştirilirse yine de önemli bir sorun olabilir.