site logo

How to reduce harmonic distortion in PCB design?

حقیقت میں، چھپی سرکٹ بورڈ (پی سی بی) برقی لکیری مواد سے بنے ہیں ، یعنی ان کی رکاوٹ مستقل ہونی چاہیے۔ تو پی سی بی غیر لائنریٹی کو سگنل میں کیوں متعارف کراتا ہے؟ اس کا جواب یہ ہے کہ پی سی بی کی ترتیب “مقامی طور پر غیر لکیری” ہے جہاں موجودہ بہاؤ ہے۔

چاہے یمپلیفائر ایک ذریعہ سے کرنٹ وصول کرتا ہے یا دوسرا لوڈ پر سگنل کی فوری قطبیت پر منحصر ہے۔ بجلی کی فراہمی سے موجودہ بہاؤ ، بائی پاس کیپسیٹر کے ذریعے ، یمپلیفائر کے ذریعے بوجھ میں۔ اس کے بعد کرنٹ لوڈ گراؤنڈ ٹرمینل (یا پی سی بی آؤٹ پٹ کنیکٹر کی شیلڈنگ) سے واپس بائی پاس کیپسیٹر کے ذریعے ، اور اس سورس پر واپس جاتا ہے جو اصل میں کرنٹ فراہم کرتا ہے۔

آئی پی سی بی

رکاوٹ کے ذریعے کرنٹ کے کم از کم راستے کا تصور غلط ہے۔ تمام مختلف رکاوٹ راستوں میں کرنٹ کی مقدار اس کی چالکتا کے متناسب ہے۔ زمینی ہوائی جہاز میں ، اکثر ایک سے زیادہ کم رکاوٹ والا راستہ ہوتا ہے جس کے ذریعے زمینی کرنٹ کا ایک بڑا حصہ بہتا ہے: ایک راستہ براہ راست بائی پاس کیپسیٹر سے جڑا ہوا ہے۔ دوسرا جب تک بائی پاس کیپسیٹر تک نہ پہنچ جائے ان پٹ ریزسٹر کو جوش دیتا ہے۔ شکل 1 ان دو راستوں کی وضاحت کرتی ہے۔ بیک فلو کرنٹ وہی ہے جو واقعی پریشانی کا باعث ہے۔

How to reduce harmonic distortion in PCB design

جب پی سی بی پر مختلف پوزیشنوں پر بائی پاس کیپسیٹرز رکھے جاتے ہیں تو زمینی کرنٹ مختلف راستوں سے ہوتا ہوا متعلقہ بائی پاس کیپسیٹرز کی طرف جاتا ہے ، جس کا مطلب ہے “مقامی غیر لائنریٹی”۔ اگر زمینی کرنٹ کے قطبی جزو کا ایک اہم حصہ ان پٹ سرکٹ کی زمین سے بہتا ہے تو ، صرف سگنل کا قطبی جزو پریشان ہوتا ہے۔ اگر زمینی کرنٹ کی دوسری قطبیت متاثر نہیں ہوتی ہے تو ، ان پٹ سگنل وولٹیج غیر لائنر انداز میں تبدیل ہوتی ہے۔ جب ایک قطبی جزو کو تبدیل کیا جاتا ہے لیکن دوسرا قطبی نہیں ہوتا ہے تو ، مسخ ہوتا ہے اور آؤٹ پٹ سگنل کے دوسرے ہم آہنگی مسخ کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔ شکل 2 مبالغہ آمیز شکل میں اس مسخ اثر کو ظاہر کرتا ہے۔

How to reduce harmonic distortion in PCB design

جب سائن لہر کا صرف ایک قطبی جزو پریشان ہوتا ہے ، نتیجے میں آنے والا ویوفارم اب سائن کی لہر نہیں ہوتا ہے۔ 100-ω لوڈ کے ساتھ ایک مثالی یمپلیفائر کی نقالی اور 1-ω ریزسٹر کے ذریعے سگنل کی صرف ایک قطبیت پر زمینی وولٹیج میں لوڈ کرنٹ کو جوڑنا ، اعداد و شمار 3 کا نتیجہ ہے۔فورئیر ٹرانسفارم سے پتہ چلتا ہے کہ مسخ ویوفارم تقریبا68 تمام دوسرے ہارمونکس -XNUMX DBC پر ہے۔ اعلی تعدد پر ، پی سی بی پر جوڑے کی یہ سطح آسانی سے پیدا ہوتی ہے ، جو ایک پی سی بی کے خاص غیر خطی اثرات کا سہارا لیے بغیر امپلیفائر کی بہترین اینٹی مسخ خصوصیات کو تباہ کر سکتی ہے۔ جب کسی ایک آپریشنل یمپلیفائر کی آؤٹ پٹ گراؤنڈ کرنٹ پاتھ کی وجہ سے بگڑ جاتی ہے تو بائی پاس لوپ کو دوبارہ ترتیب دے کر اور ان پٹ ڈیوائس سے فاصلہ برقرار رکھ کر زمینی کرنٹ فلو کو ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔

How to reduce harmonic distortion in PCB design

ملٹی امپلیفائر چپ۔

ملٹی امپلیفائر چپس (دو ، تین ، یا چار یمپلیفائرز) کا مسئلہ بائی پاس کیپسیٹر کے زمینی کنکشن کو پورے ان پٹ سے دور رکھنے میں نااہلی کی وجہ سے پیچیدہ ہے۔ یہ خاص طور پر چار یمپلیفائرز کے لیے سچ ہے۔ کواڈ امپلیفائر چپس میں ہر طرف ان پٹ ٹرمینلز ہوتے ہیں ، اس لیے بائی پاس سرکٹس کی کوئی گنجائش نہیں جو ان پٹ چینل میں خلل کو کم کرتی ہے۔

How to reduce harmonic distortion in PCB design

شکل 5 چار یمپلیفائر لے آؤٹ کے لیے ایک سادہ نقطہ نظر دکھاتی ہے۔ زیادہ تر ڈیوائسز کواڈ یمپلیفائر پن سے براہ راست جڑ جاتی ہیں۔ ایک پاور سپلائی کا گراؤنڈ کرنٹ ان پٹ گراؤنڈ وولٹیج اور دوسرے چینل پاور سپلائی کے گراؤنڈ کرنٹ کو پریشان کر سکتا ہے ، جس کے نتیجے میں مسخ ہو جاتا ہے۔ مثال کے طور پر ، کواڈ یمپلیفائر کے چینل 1 پر (+Vs) بائی پاس کیپسیٹر کو براہ راست اس کے ان پٹ سے ملحق رکھا جا سکتا ہے۔ (-Vs) بائی پاس کیپسیٹر پیکیج کے دوسری طرف رکھا جا سکتا ہے۔ (+Vs) زمینی کرنٹ چینل 1 کو پریشان کر سکتا ہے ، جبکہ (-vs) زمینی کرنٹ نہیں ہو سکتا۔

How to reduce harmonic distortion in PCB design

اس مسئلے سے بچنے کے لیے ، گراؤنڈ کرنٹ کو ان پٹ کو پریشان کرنے دیں ، لیکن پی سی بی کرنٹ کو ایک مقامی لکیری انداز میں بہنے دیں۔ اس کو حاصل کرنے کے لیے ، بائی پاس کیپسیٹر کو پی سی بی پر اس طرح ترتیب دیا جا سکتا ہے کہ (+Vs) اور ( – Vs) زمینی دھارے ایک ہی راستے سے بہتے ہیں۔ اگر ان پٹ سگنل مثبت اور منفی دھاروں سے یکساں طور پر پریشان ہوتا ہے تو ، مسخ نہیں ہوگا۔ لہذا ، دو بائی پاس کیپسیٹرز کو ایک دوسرے کے ساتھ سیدھا کریں تاکہ وہ ایک گراؤنڈ پوائنٹ کا اشتراک کریں۔ چونکہ زمین کے موجودہ دو قطبی اجزاء ایک ہی نقطہ (آؤٹ پٹ کنیکٹر شیلڈنگ یا لوڈ گراؤنڈ) سے آتے ہیں اور دونوں ایک ہی نقطہ پر واپس آتے ہیں (بائی پاس کیپسیٹر کا مشترکہ زمینی رابطہ) ، مثبت/منفی کرنٹ بہتا ہے ایک ہی راستہ. اگر کسی چینل کی ان پٹ مزاحمت (+Vs) کرنٹ سے پریشان ہوتی ہے تو ، ( – Vs) کرنٹ اس پر وہی اثر ڈالتا ہے۔ چونکہ نتیجے میں آنے والی خلل قطبی قطع نظر ایک جیسی ہے ، اس میں کوئی تحریف نہیں ہے ، لیکن چینل کے فائدہ میں ایک چھوٹی سی تبدیلی واقع ہوگی ، جیسا کہ شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔

How to reduce harmonic distortion in PCB design

مذکورہ بالا اندازے کی تصدیق کے لیے ، دو مختلف پی سی بی لے آؤٹ استعمال کیے گئے: ایک سادہ لے آؤٹ (شکل 5) اور کم مسخ ترتیب (شکل 6)۔ FHP3450 کواڈ آپریشنل یمپلیفائر کے ذریعے فیئرچائلڈ سیمیکمڈکٹر کے ذریعے پیدا ہونے والی مسخ کو جدول 1 میں دکھایا گیا ہے۔ FHP3450 کی عام بینڈوڈتھ 210MHz ہے ، ڈھال 1100V/us ہے ، ان پٹ تعصب موجودہ 100nA ہے ، اور آپریٹنگ کرنٹ فی چینل 3.6 ہے ایم اے جیسا کہ ٹیبل 1 سے دیکھا جا سکتا ہے ، چینل جتنا زیادہ مسخ کیا جائے گا ، اتنا ہی بہتر ہوگا ، تاکہ چاروں چینلز کارکردگی میں تقریبا equal برابر ہوں۔

How to reduce harmonic distortion in PCB design

پی سی بی پر مثالی کواڈ یمپلیفائر کے بغیر ، کسی ایک یمپلیفائر چینل کے اثرات کی پیمائش مشکل ہوسکتی ہے۔ ظاہر ہے ، ایک دیا گیا یمپلیفائر چینل نہ صرف اس کے اپنے ان پٹ کو پریشان کرتا ہے ، بلکہ دوسرے چینلز کے ان پٹ کو بھی پریشان کرتا ہے۔ زمین کا کرنٹ تمام مختلف چینل ان پٹ کے ذریعے بہتا ہے اور مختلف اثرات پیدا کرتا ہے ، لیکن ہر آؤٹ پٹ سے متاثر ہوتا ہے ، جو کہ ماپنے کے قابل ہے۔

جدول 2 ہارمونکس کو دکھاتا ہے جو دوسرے نچلے ہوئے چینلز پر ماپا جاتا ہے جب صرف ایک چینل چلتا ہے۔ زیر آب چینل بنیادی فریکوئنسی پر ایک چھوٹا سا سگنل (کراس اسٹاک) دکھاتا ہے ، بلکہ کسی اہم بنیادی سگنل کی عدم موجودگی میں براہ راست زمینی کرنٹ کے ذریعے متعارف کردہ مسخ بھی پیدا کرتا ہے۔ شکل 6 میں کم مسخ کی ترتیب سے پتہ چلتا ہے کہ زمینی موجودہ اثر کے قریب سے خاتمے کی وجہ سے دوسری ہم آہنگی اور کل ہارمونک مسخ (THD) کی خصوصیات میں بہتری آئی ہے۔

How to reduce harmonic distortion in PCB design

اس مضمون کا خلاصہ۔

سیدھے الفاظ میں ، ایک پی سی بی پر ، بیک فلو کرنٹ مختلف بائی پاس کیپسیٹرز (مختلف بجلی کی فراہمی کے لیے) اور خود بجلی کی فراہمی کے ذریعے بہتا ہے ، جو اس کی چالکتا کے تناسب سے ہے۔ ہائی فریکوئنسی سگنل کرنٹ چھوٹے بائی پاس کیپسیٹر کی طرف واپس بہتا ہے۔ کم تعدد دھارے ، جیسے آڈیو سگنل ، بنیادی طور پر بڑے بائی پاس کیپسیٹرز کے ذریعے بہہ سکتے ہیں۔ یہاں تک کہ ایک کم فریکوئینسی کرنٹ مکمل بائی پاس کیپسیٹینس کو “نظر انداز” کر سکتا ہے اور براہ راست پاور لیڈ کی طرف بہتا ہے۔ مخصوص ایپلی کیشن اس بات کا تعین کرے گی کہ کون سا موجودہ راستہ انتہائی اہم ہے۔ خوش قسمتی سے ، ایک عام گراؤنڈ پوائنٹ اور آؤٹ پٹ سائیڈ پر گراؤنڈ بائی پاس کیپسیٹر کا استعمال کرکے پورے زمینی موجودہ راستے کی حفاظت کرنا آسان ہے۔

HF PCB لے آؤٹ کے لیے سنہری اصول یہ ہے کہ HF بائی پاس کیپسیٹر کو جتنا ممکن ہو سکے پیکڈ پاور پن کے قریب رکھیں ، لیکن شکل 5 اور شکل 6 کا موازنہ ظاہر کرتا ہے کہ مسخ کرنے کی خصوصیات کو بہتر بنانے کے لیے اس اصول میں ترمیم کرنے سے زیادہ فرق نہیں پڑتا۔ بہتر مسخ کی خصوصیات تقریبا 0.15 انچ ہائی فریکوئنسی بائی پاس کیپسیٹر وائرنگ کو شامل کرنے کی قیمت پر آئی ، لیکن اس کا FHP3450 کی AC رسپانس کارکردگی پر بہت کم اثر پڑا۔ اعلی معیار کے یمپلیفائر کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے پی سی بی کی ترتیب ضروری ہے ، اور یہاں زیر بحث مسائل صرف ایچ ایف ایمپلیفائرز تک محدود نہیں ہیں۔ کم فریکوئنسی سگنلز جیسے آڈیو میں بہت زیادہ سخت مسخ کی ضروریات ہوتی ہیں۔ زمینی موجودہ اثر کم تعدد پر چھوٹا ہے ، لیکن اگر ضروری مسخ انڈیکس کو اس کے مطابق بہتر بنایا جائے تو یہ اب بھی ایک اہم مسئلہ ہوسکتا ہے۔