How to reduce harmonic distortion in PCB design?

Aslini olib qaraganda, bosilgan elektron karta (PCB) elektr chiziqli materiallardan yasalgan, ya’ni ularning impedansi doimiy bo’lishi kerak. Xo’sh, nima uchun PCB signalga chiziqli bo’lmaganlikni kiritadi? Javob shundaki, PCB sxemasi oqim oqadigan joyga nisbatan “fazoviy chiziqli emas”.

Kuchaytirgich bir yoki boshqa manbadan tok oladimi, yukdagi signalning bir zumda qutblanishiga bog’liq. Quvvat manbasidan oqim, bypass kondansatörü orqali, kuchaytirgich orqali yukga tushadi. Keyin oqim yuk terminalidan (yoki PCB chiqish ulagichining ekranlashidan) er tekisligiga, bypass kondansatörü orqali va tokni dastlab etkazib bergan manbaga qaytadi.

ipcb

Empedans orqali tokning minimal yo’li kontseptsiyasi noto’g’ri. Har xil impedans yo’llaridagi oqim miqdori uning o’tkazuvchanligiga mutanosib. Er tekisligida ko’pincha past impedansli yo’llar ko’p bo’ladi, ular orqali er oqimi katta qismi oqadi: bitta yo’l to’g’ridan-to’g’ri bypass kondansatörüne ulanadi; Ikkinchisi bypass kondansatörüne erishilgunga qadar kirish qarshiligini qo’zg’atadi. 1 -rasmda bu ikki yo’l ko’rsatilgan. Qayta oqim – bu muammoni keltirib chiqaradigan narsa.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Bypass kondansatkichlari tenglikni har xil pozitsiyalariga joylashtirilganda, er oqimi har xil yo’llar orqali tegishli bypass kondansatkichlariga o’tadi, bu “fazoviy chiziqlilik” ma’nosini anglatadi. Agar topraklama oqimining qutbli komponentining muhim qismi kirish pallasida oqsa, faqat signalning qutbli komponenti buziladi. Agar er oqimi boshqa kutupluluğu buzilmasa, kirish signal kuchlanishi chiziqli bo’lmagan tarzda o’zgaradi. Qutbning bitta komponenti o’zgarganda, lekin boshqa qutblik o’zgarmasa, buzilish paydo bo’ladi va chiqish signalining ikkinchi harmonik buzilishi sifatida namoyon bo’ladi. 2 -rasmda bu buzilish effekti bo’rttirilgan shaklda ko’rsatilgan.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Sinus to’lqinning faqat bitta qutbli komponenti buzilganida, hosil bo’lgan to’lqin shakli sinus to’lqin bo’lmaydi. 100-yuklamali ideal kuchaytirgichni simulyatsiya qilish va yuk oqimini 1-qarshilik orqali signalning faqat bitta qutbida er kuchlanishiga ulash 3-rasmda keltirilgan.Fourier konvertatsiyasi shuni ko’rsatadiki, buzilish to’lqin shakli DBC -68 da deyarli barcha ikkinchi harmonikadir. Yuqori chastotalarda, bu darajadagi ulanish PCB-da osonlikcha ishlab chiqariladi, bu esa kuchaytirgichning buzilishlarga qarshi mukammal xususiyatlarini yo’q qilishi mumkin, bu esa tenglikni maxsus chiziqli bo’lmagan ta’siridan ko’p foydalanmaydi. Erdagi tok yo’li tufayli bitta operatsion kuchaytirgichning chiqishi buzilganida, 4 -rasmda ko’rsatilgandek, er oqimi oqimini bypass halqasini qayta tartibga solish va kirish moslamasidan masofani saqlash orqali sozlash mumkin.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Ko’p kuchaytirgichli chip

Ko’p kuchaytirgichli chiplar muammosi (ikki, uch yoki to’rtta kuchaytirgich) bypass kondansatörünün erga ulanishini butun kirishdan uzoqda ushlab tura olmasligi bilan murakkablashadi. Bu, ayniqsa, to’rtta kuchaytirgich uchun to’g’ri keladi. To’rtta kuchaytirgichli chiplarning har ikki tomonida kirish terminallari bor, shuning uchun kirish kanalining buzilishini yumshatuvchi bypass sxemalari uchun joy yo’q.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

5-rasmda to’rtta kuchaytirgich sxemasiga oddiy yondashuv ko’rsatilgan. Ko’pgina qurilmalar to’g’ridan -to’g’ri to’rtta kuchaytirgich piniga ulanadi. Bir quvvat manbaining er oqimi, boshqa kanal quvvat manbai va erning tokini buzishi mumkin, natijada buzilish sodir bo’ladi. Masalan, to’rtta kuchaytirgichning 1 -kanalidagi (+Vs) bypass kondansatörü to’g’ridan -to’g’ri uning kirishiga ulashishi mumkin; (-Vs) bypass kondansatörü paketning boshqa tomoniga joylashtirilishi mumkin. (+Vs) er oqimi 1-kanalni bezovta qilishi mumkin, (-vs) er oqimi esa bo’lmasligi mumkin.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Bu muammoning oldini olish uchun, er oqimi kirishni buzsin, lekin tenglikni oqimi fazoviy chiziqli tarzda oqsin. Bunga erishish uchun, bypass kondansatörü tenglikni shunday joylashtirilishi mumkinki, (+Vs) va ( – Vs) tuproqli oqimlari bir xil yo’ldan o’tadi. Agar kirish signali musbat va manfiy oqimlar bilan bir xil darajada buzilgan bo’lsa, buzilish sodir bo’lmaydi. Shuning uchun, ikkita bypass kondansatörünü bir -birining yoniga joylashtiring, shunda ular bir nuqtani ulashadilar. Yer oqimining ikkita qutbli komponenti bir nuqtadan (chiqish konnektorining himoyalanishi yoki yuklanish joyi) kelganligi va ikkalasi ham bir nuqtaga (bypass kondansatörünün umumiy erga ulanishi) qaytganligi sababli, musbat/manfiy oqim oqadi. xuddi shu yo’l. Agar kanalning kirish qarshiligi (+Vs) toki bilan buzilgan bo’lsa, ( – Vs) toki unga ham xuddi shunday ta’sir ko’rsatadi. Natijada paydo bo’lgan buzilish kutupluluğundan qat’i nazar bir xil bo’lgani uchun buzilish bo’lmaydi, lekin 6 -rasmda ko’rsatilgandek kanalning daromadida ozgina o’zgarish bo’ladi.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Yuqoridagi xulosani tekshirish uchun ikki xil PCB sxemasi ishlatilgan: oddiy tartib (5-rasm) va past buzilishli tartib (6-rasm). Fairhild yarimo’tkazgich yordamida FHP3450 to’rt operatsion kuchaytirgichi tomonidan ishlab chiqarilgan buzilish 1-jadvalda ko’rsatilgan. FHP3450 ning odatiy o’tkazish qobiliyati 210 MGts, qiyalik 1100 V/us, kirish nosozlik oqimi 100 nA va kanal uchun ish oqimi 3.6. mA. 1 -jadvaldan ko’rinib turibdiki, kanal qanchalik buzilgan bo’lsa, yaxshilanish shunchalik yaxshi bo’ladi, shuning uchun to’rt kanalning ishlashi deyarli teng.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

PCBda ideal to’rtta kuchaytirgich bo’lmasa, bitta kuchaytirgich kanalining ta’sirini o’lchash qiyin bo’lishi mumkin. Shubhasiz, ma’lum bir kuchaytirgich kanali nafaqat o’zining, balki boshqa kanallarning kirishini ham bezovta qiladi. Er oqimi har xil kanalli kirishlar orqali oqadi va har xil effektlarni beradi, lekin har bir chiqishga ta’sir qiladi, bu o’lchanishi mumkin.

2 -jadvalda faqat bitta kanal harakatlanayotganda boshqa uzatilmagan kanallarda o’lchanadigan harmonikalar ko’rsatilgan. Qaytib kelmaydigan kanal asosiy chastotada kichik signalni ko’rsatadi (kesishma), lekin hech qanday muhim fundamental signal bo’lmaganda, to’g’ridan -to’g’ri er oqimi tomonidan kiritilgan buzilishlarni keltirib chiqaradi. 6-rasmdagi past buzilish sxemasi shuni ko’rsatadiki, ikkinchi harmonik va umumiy harmonik buzilish (THD) xarakteristikalari er oqimi ta’sirining deyarli yo’q qilinishi tufayli ancha yaxshilandi.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Ushbu maqolaning qisqacha mazmuni

Oddiy qilib aytganda, tenglikni kartasida, teskari oqim har xil bypass kondansatkichlari (har xil quvvat manbalari uchun) va uning o’tkazuvchanligiga mutanosib quvvat manbai orqali o’tadi. Yuqori chastotali signal oqimi kichik bypass kondansatörüne qaytadi. Ovoz signallari kabi past chastotali toklar asosan katta bypass kondansatkichlari orqali oqishi mumkin. Hatto past chastotali oqim ham to’liq bypass sig’imini “e’tiborsiz qoldirishi” va to’g’ridan -to’g’ri elektr simiga qaytishi mumkin. Maxsus dastur qaysi yo’l eng muhim ekanligini aniqlaydi. Yaxshiyamki, umumiy tuproq nuqtasi va chiqish tarafidagi tuproqli bypass kondansatörü yordamida butun tuproq oqimini himoya qilish oson.

HF PCB sxemasining oltin qoidasi – HF bypass kondansatörünü iloji boricha qadoqlangan quvvat piniga yaqin tutishdir, lekin 5 -rasm va 6 -rasmni taqqoslash shuni ko’rsatadiki, buzilish xususiyatlarini yaxshilash uchun bu qoidani o’zgartirish katta farq qilmaydi. Yaxshilangan buzilish xarakteristikalari taxminan 0.15 dyuymli yuqori chastotali bypass kondansatör simlarini qo’shish hisobiga yuzaga keldi, lekin bu FHP3450 ning AC javob berish ko’rsatkichiga unchalik ta’sir qilmadi. PCB sxemasi yuqori sifatli kuchaytirgichning ish faoliyatini maksimal darajada oshirish uchun muhim ahamiyatga ega va bu erda muhokama qilinadigan muammolar hf kuchaytirgichlari bilan chegaralanmaydi. Ovoz kabi past chastotali signallarni buzish talablari ancha qattiq. Tuproq oqimi effekti past chastotalarda kichikroq bo’ladi, lekin shunga mos ravishda kerakli buzilish indeksi yaxshilangan bo’lsa ham muhim muammo bo’lishi mumkin.