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. Струм тече від джерела живлення, через обхідний конденсатор, через підсилювач у навантаження. Потім струм проходить від клеми заземлення навантаження (або екранування вихідного роз’єму друкованої плати) назад до площини заземлення, через обхідний конденсатор і назад до джерела, яке спочатку подавало струм.

Поняття про мінімальний шлях струму через опір є неправильним. Кількість струму на всіх різних шляхах імпедансу пропорційна його провідності. 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. Потік зворотного потоку – це те, що насправді викликає проблему.

Як зменшити гармонічні спотворення в конструкції друкованої плати

Коли обхідні конденсатори розміщені в різних положеннях на друкованій платі, струм заземлення тече різними шляхами до відповідних обхідних конденсаторів, що означає «просторову нелінійність». Якщо значна частина полярної складової струму заземлення протікає через землю вхідного кола, порушується тільки ця полярна складова сигналу. 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.

Як зменшити гармонічні спотворення в конструкції друкованої плати

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.Перетворення Фур’є показує, що форма хвилі спотворення -це майже всі другі гармоніки при -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. Коли вихід одного операційного підсилювача спотворюється через шлях струму заземлення, потік струму заземлення можна регулювати шляхом перестановки обхідної петлі та збереженням відстані від пристрою введення, як показано на малюнку 4.

Як зменшити гармонічні спотворення в конструкції друкованої плати

Мікропідсилювач мікросхеми

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.

Як зменшити гармонічні спотворення в конструкції друкованої плати

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.

Як зменшити гармонічні спотворення в конструкції друкованої плати

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. Оскільки результуючі порушення однакові незалежно від полярності, спотворення не виникає, але відбудеться невелика зміна коефіцієнта посилення каналу, як показано на малюнку 6.

Як зменшити гармонічні спотворення в конструкції друкованої плати

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. Як видно з таблиці 1, чим більше спотворений канал, тим краще поліпшення, так що чотири канали майже рівні за продуктивністю.

Як зменшити гармонічні спотворення в конструкції друкованої плати

Без ідеального чотириканального підсилювача на друкованій платі вимірювання ефектів одного каналу підсилювача може бути складним. Очевидно, що даний канал підсилювача порушує не тільки його власний вхід, а й вхід інших каналів. Струм землі протікає через усі входи різних каналів і виробляє різні ефекти, але на них впливає кожен вихід, який можна виміряти.

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.

Як зменшити гармонічні спотворення в конструкції друкованої плати

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. На щастя, легко захистити весь шлях струму заземлення, використовуючи загальну точку заземлення та обхідний конденсатор заземлення на стороні виходу.

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.