PCB技術 - PCB設計の歪みを避ける方法

事実上, the プリント回路基板 電気線形材料でできている, それで, そのインピーダンスは一定でなければならない. So, なぜPCBは信号に非線形性を導入するのか? 答えは、PCBレイアウトが電流がどこに流れるかに関して「空間的に非線形である」ということです.

増幅器がこの電源または他の電源から電流を引き出すかどうかは、負荷に印加される信号の瞬時極性に依存する。電流は電源から流れ、バイパスコンデンサを通過し、増幅器を介して負荷に入る。そして、負荷グランド（PCB出力コネクタのシールド）からグランドプレーンに戻り、バイパスコンデンサを通って電流を供給する電源に戻る。

最小インピーダンスの経路を流れる電流の概念は正しくない。すべての異なるインピーダンス経路の電流量は、その導電率に比例する。グランドプレーンにおいて、多くの場合、接地電流の大部分が流れる1つの低インピーダンス経路がある。もう一つは、バイパスコンデンサに到達する前に入力抵抗を刺激することである。

バイパスコンデンサがPCB上の異なる位置に配置されるとき、接地電流は異なる経路を通ってそれぞれのバイパスコンデンサに流れる。接地電流のある極性の成分の大部分が入力回路のグラウンドを流れると、この極性の成分電圧のみが乱れてしまう。接地電流の他方の極性が妨げられない場合、入力信号電圧は非線形に変化する。一方の極性成分が変化し、他方の極性が変化しない場合には、歪みが生じ、出力信号の第2高調波歪みとして現れる。

正弦波の1つの極性成分だけが妨害されるときに、結果として生じる波形はもはや正弦波でない。100アンペア負荷を使用して理想的な増幅器をシミュレートし、負荷電流を1Ωの抵抗器を通過させ、入力接地電圧を信号の1つの極性だけに結合し、次いで図3に示す結果を得る。フーリエ変換は歪んだ波形が−68 dbcでほぼすべて第2高調波であることを示している。周波数が高い場合、PCB上でこの程度の結合を発生させることは容易である。それは、PCBの多すぎる特殊な非線形効果に頼ることなく、増幅器の優れた反歪み特性を破壊することができます。1つの演算増幅器の出力が接地電流経路によって歪んだ場合、バイパスループを再配置し、入力装置からの距離を保つことによって、接地電流の流れを調整することができる。

ハウツーとスタイル PCB設計

マルチアンプチップ

The problem of multi-amplifier chips (two, スリー, or four amplifiers) is more complicated beca米国e it cannot keep the bypass capacitor ground connections away from all inputs. これは、クワッド増幅器. つの増幅器チップの各側は入力端子を有する, したがって、入力チャネルへの外乱を減少させることができるバイパス回路のためのスペースはない.

つのアンプレイアウトの簡単な方法。大部分のデバイスは、4つのアンプ・ピンに直接に接続される。つの電源の接地電流は、他のチャネル電源の入力接地電圧および接地電流を乱すことができ、歪みを引き起こす。例えば、クワッド増幅器のチャネル1上の（＋VS）バイパスコンデンサは、その入力のすぐ近くに配置することができるそして、（−VS）バイパスコンデンサをパッケージの反対側に配置することができる。（−VS）接地電流はチャネル1を乱すことができ、一方（−VS）接地電流は妨げられない。

この問題を回避するために、接地電流は入力を妨げるが、PCB電流は空間的に直線的に流れる。これを達成するために、バイパスコンデンサを以下の方法でPCB上に配置することができる。（＋VS）及び（−）−接地電流が同じ経路を流れるようにする。入力信号への正／負電流の外乱が等しい場合、歪みはない。このため、2つのバイパスコンデンサは互いに隣り合うように配置され、接地点を共有する。接地電流の2つの極性成分が同じポイント（出力コネクタシールドまたは負荷グラウンド）から来て、両方とも同じポイント（バイパスコンデンサの共通接地接続）に戻るので、正と負の電流は、同じ経路を流れる。チャネルの入力抵抗が（＋VS）電流によって妨げられるならば、（奇数アンペアVS）電流はそれに同じ効果を有する。極性が何であっても、外乱は同じであるので、歪みはないが、チャネル利得の小さな変化が生じる。

上記の推論を検証する, 二つ PCBレイアウト シンプルレイアウトと低歪みレイアウト. Fairchild - Le - Chenhn s FHP 3450 Quad演算増幅器の使用, FHP 3450の典型的な帯域幅は, 斜面は1100 V/us, 入力バイアス電流は100 nAである, そして、1チャンネルあたりの動作電流は3です.6 ma. 表1から、チャンネルの歪みがより厳しくなることが分かる, 改善効果が向上, 4チャンネルは性能がほぼ等しいように.

PCB上で理想的なクワッド増幅器を用いることなく、単一の増幅器チャネルの影響を測定することは困難である。明らかに、与えられた増幅器チャネルは、それ自身の入力だけでなく、他のチャンネルの入力も妨げる。接地電流は、すべての異なるチャンネル入力を通って流れて、異なる効果を生じる。この効果は測定可能である。

つのチャネルだけが駆動されるとき、高調波は他の非駆動チャネル上で測定される。非駆動チャネルは、基本周波数では小さな信号（漏話）を示しているが、重要な基本信号なしでは、接地電流によって直接導入された歪みも生じる。低歪レイアウトは，接地電流効果がほとんど除去されるので，第二高調波と全高調波歪（thd）特性が大きく改善されたことを示した。