Насправді, друкована плата (Друковані плати) виготовлені з електричних лінійних матеріалів, тобто їх опір повинен бути постійним. Тож чому друкована плата вводить нелінійність у сигнал? Відповідь полягає в тому, що схема друкованої плати є “просторово нелінійною” щодо того, де протікає струм.

Чи буде підсилювач отримувати струм від того чи іншого джерела, залежить від миттєвої полярності сигналу на навантаженні. 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. У площині заземлення часто існує більше ніж один низькоомний шлях, по якому протікає значна частина струму землі: один шлях безпосередньо підключений до обхідного конденсатора; Інший збуджує вхідний резистор, поки не буде досягнутий конденсатор обходу. Малюнок 1 ілюструє ці два шляхи. The backflow current is what’s really causing the problem.

представляти

Коли обхідні конденсатори розміщені в різних положеннях на друкованій платі, струм заземлення тече різними шляхами до відповідних обхідних конденсаторів, що означає «просторову нелінійність». 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. Якщо інша полярність струму заземлення не порушується, напруга вхідного сигналу змінюється нелінійно. При зміні однієї складової полярності, а іншої полярності немає, виникає спотворення, яке проявляється як спотворення другої гармоніки вихідного сигналу. На малюнку 2 показано цей ефект спотворення у перебільшеному вигляді.

представляти

Коли порушується лише одна полярна складова синусоїди, результуюча форма хвилі більше не є синусоїдою. Імітація ідеального підсилювача з навантаженням 100 ω та приєднання струму навантаження через резистор 1 ω до напруги заземлення лише на одній полярності сигналу призводить до малюнка 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. На високих частотах цей рівень зв’язку легко генерується на друкованій платі, що може знищити відмінні характеристики спотворення підсилювача, не вдаючись до більшості спеціальних нелінійних ефектів друкованої плати. 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.

представляти

Multiamplifier chip

Проблема мікропідсилювальних мікросхем (двох, трьох або чотирьох підсилювачів) ускладнюється неможливістю утримати заземлення з’єднання обхідного конденсатора далеко від всього входу. Особливо це стосується чотирьох підсилювачів. Мікросхеми з чотирма підсилювачами мають вхідні клеми з кожної сторони, тому немає місця для обхідних схем, що пом’якшують порушення вхідного каналу.

представляти

На малюнку 5 показано простий підхід до компонування з чотирма підсилювачами. Більшість пристроїв підключаються безпосередньо до контакту чотириразового підсилювача. Струм заземлення одного джерела живлення може порушити вхідну напругу заземлення та струм заземлення іншого каналу живлення, що призведе до спотворення. Наприклад, обхідний конденсатор (+Vs) на каналі 1 чотирикутного підсилювача може бути розміщений безпосередньо біля його входу; Обхідний конденсатор (-Vs) можна розмістити на іншій стороні упаковки. Струм заземлення (+Vs) може турбувати канал 1, тоді як струм заземлення (-vs) може ні.

представляти

Щоб уникнути цієї проблеми, нехай струм землі заважає входу, але нехай струм друкованої плати тече просторово лінійно. Для цього обхідний конденсатор можна розташувати на друкованій платі таким чином, щоб струми заземлення (+Vs) та ( – Vs) проходили по одному шляху. Якщо вхідний сигнал однаково порушується позитивним і негативним струмом, спотворення не відбудеться. Тому вирівняйте два обхідних конденсатора один біля одного так, щоб вони розділяли точку заземлення. Оскільки дві полярні складові струму заземлення надходять з однієї точки (екранування вихідного роз’єму або заземлення навантаження) і обидві течуть назад до однієї точки (загальне заземлення з’єднання обхідного конденсатора), позитивний/негативний струм протікає через тим самим шляхом. Якщо вхідний опір каналу порушується струмом (+Vs), струм ( – Vs) впливає на нього так само. 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.

представляти

Для перевірки наведеного вище висновку було використано два різних макета друкованої плати: простий макет (Малюнок 5) та Макет з низькими спотвореннями (Малюнок 6). Спотворення, спричинені чотириопераційним підсилювачем FHP3450 з напівпровідником fairchild, показано у таблиці 1. Типова смуга пропускання FHP3450 становить 210 МГц, нахил-1100 В/с, вхідний струм зміщення-100 нА, а робочий струм на канал-3.6. мА. 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.

представляти

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Очевидно, що даний канал підсилювача порушує не тільки його власний вхід, а й вхід інших каналів. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Таблиця 2 показує гармоніки, виміряні на інших неводяних каналах, коли працює тільки один канал. Неперевірений канал відображає невеликий сигнал (перехресні перешкоди) на основній частоті, але також виробляє спотворення, безпосередньо введені струмом заземлення за відсутності будь -якого значного фундаментального сигналу. Макет з низькими спотвореннями на малюнку 6 показує, що характеристики другої гармонії та сумарних гармонійних спотворень (THD) значно покращуються через майже усунення ефекту струму заземлення.

представляти

Короткий зміст цієї статті

Простіше кажучи, на друкованій платі струм зворотного потоку протікає через різні обхідні конденсатори (для різних джерел живлення) і сам блок живлення, який пропорційний його провідності. Струм високочастотного сигналу повертається назад до малого обхідного конденсатора. Низькочастотні струми, наприклад, аудіосигналів, можуть протікати переважно через більші обхідні конденсатори. Навіть струм нижчої частоти може «ігнорувати» повну ємність обходу і надходити прямо назад до силового проводу. Конкретна програма визначить, який поточний шлях є найбільш критичним. 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.

Золоте правило для розміщення ВЧ -друкованої плати – тримати ВВЧ -обхідний конденсатор якомога ближче до упакованого штифта живлення, але порівняння малюнків 5 та 6 показує, що зміна цього правила для покращення характеристик спотворень не має великого значення. Покращені характеристики спотворення були досягнуті за рахунок додавання близько 0.15 дюйма високочастотної обхідної конденсаторної конденсаторної проводки, але це мало вплинуло на характеристики відгуку змінного струму FHP3450. Макет друкованої плати важливий для максимальної продуктивності високоякісного підсилювача, і обговорювані тут питання не обмежуються лише підсилювачами ВЧ. Низькочастотні сигнали, такі як аудіо, вимагають значно суворіших спотворень. Ефект струму заземлення менший на низьких частотах, але це все ще може стати важливою проблемою, якщо відповідний показник спотворення покращиться.