PCB技術 - 正しいPCB基板レイアウトはダイナミックレンジを改善できる

非常に低い高調波歪みを有する最新のIC増幅器は、アプリケーションの範囲内でダイナミックレンジを改善することができる. しかし, これらのアンプのレイアウトに注意を払う プリント回路基板, 不適当なので プリント回路基板 レイアウトは、20 dBで歪み性能を悪化させることができます.

典型的な高速増幅器構造は、2組のバイパスキャパシタを含む。コンデンサの1つのセットのキャパシタンスは、より大きい（約1 mF～10 mF）、そして、他のセットはいくつかの次数の小さい（1 nf〜100 nf）である。これらのコンデンサは、増幅器の電力減衰が比較的低い周波数で低インピーダンスの接地経路を提供することができる。高速増幅器の正しいバイパスは、通常、2つ以上のセットのコンデンサを必要とする。なぜならば、増幅器の帯域幅の上限の前に、より大きなキャパシタンスを有するキャパシタバンクは一般に自己共振する。高品質のチップコンデンサは、理想的なデカップリングコンデンサであり、スルーホールキャパシタよりもインダクタンスが非常に低いためである。

抵抗器RTは、測定用の試験器のインピーダンスとソースインピーダンスとを一致させるために増幅器の入力を終端するために使用される。伝送線路を使用しない応用回路では、終端抵抗は必要ない。図中の増幅器の出力駆動負荷はRLであり、RLは増幅器によって駆動される可能性のある負荷を表す。増幅器の出力電圧が正の場合

増幅器はRLに電流を供給しなければならない. 同様に, 出力電圧が負のとき, 増幅器は電流を流しなければならない. 増幅器が負荷を介して電流を吸収するか、負荷に電流を供給するか, 電流が電源に戻る経路がなければならない. を返します。, 最も低いインピーダンスを有するチャネルが選択される.

高周波の場合、最も低いインピーダンス経路はバイパスコンデンサを通る。増幅器が高周波電流を供給または吸収すると、電流は複数のループを流れる。上流バイパスコンデンサの接地端子はオペアンプの電流を供給し、オペアンプの吸収電流は下流バイパスコンデンサを介して接地される。バイパスコンデンサを流れる各高周波電流は半波整流される。効果的なバイパスの鍵は高周波電流の流れを理解することである。

図示された回路は、等価な1 kの単位負荷を駆動する高速増幅器を含む。負荷はアッテネータを形成し，試験には50°逆終端が必要である。また、入力された信号源と一致するように入力を50 KHzとする。歪み測定結果は、異なる回路基板レイアウトのために変化する。回路レイアウトの高周波電流ループを解析することにより、これら第2高調波歪みの違いを明らかにすることができる。

それは悪い状況を意味する. 電源は、その背面に位置しています PCB回路基板, which means that the bypass capacitor must be connected to the power supply by a through hole (a through hole from one layer of the プリント回路基板 to another layer). これらのビアは高周波電流ループのインダクタンスを増加させる. 増幅器が電流を吸収するとき, それは、固体接地面を通してC 2とC 4に戻る. しかし, 増幅器が電流を供給するとき, 電流はC 1とC 3に戻る前に2セットの誘導ビアを通過しなければならない.

高周波数では、これらのインダクタンスは、かなりのインピーダンスを加えることができる。これらのインピーダンスを高周波電流が通過すると、エラー電圧が発生する。高周波電流は半波整流されているので、誤差電圧も半波整流される。半波整流信号は多数の奇数調波成分を持ち、第2高調波歪みが生じ、第3高調波は変化しない。

一方、改良されたレイアウトである。電源は回路基板の前面にバイパスされるので、バイパスコンデンサはスルーホールを使用する必要がない。加えて、負荷グランドは2つのデカップリングネットワークの近くにあるので、増幅器が高周波電流を供給して、吸収するチャンネル上のスルーホールは、必要でない。この改良されたプリント回路基板レイアウト方法は、3 dbcから18 dbcまでの第2高調波歪み指数を改善する。この改善は種々の周波数に適用可能である。

差動バイパス

バイパス法は接地問題を回避するのに有用である。バイパスコンデンサ（C 1およびC 3）の1セットが電源の両端に接続されるように、バイパスコンデンサ（C 2およびC 4）の他のセットが依然として電源とグランドとの間に接続されるように変更することができる。

この構造は、バイパスコンデンサの真の接地およびプリント回路基板上の負荷を便利に実現することができる。負荷およびバイパスコンデンサの完全な接地は、2つの接地点間のインダクタンスを最小にすることができ、それによって、高周波接地電流によって形成されるエラー電圧を低減することができる。また、高周波電流を負荷に戻す前に積分したり、負荷に進入したりして、標準バイパスの場合は半波整流問題がなく、奇数調波成分をほとんど含まない。したがって、電流チャネルで発生する誤差電圧は歪みを増加させない。

この手法を PCBレイアウト 悪いバイパスでは、大幅に歪みを改善することができます. バイパスコンデンサトレースができるだけ短くなければならないことに留意してください. バイア使用時, つの並列バイアのインダクタンスは、1つのビアのインダクタンスの半分だけであることに留意してください. 貫通孔の直径が増加すると, スルーホールのインダクタンスも低下する. この方法は、フィードバックネットワークが接地される必要があるときに特に有用であることが証明され、閉ループ利得は1より大きい. この場合は, フィードバックネットワークは、増幅器の負荷の有効な部分である. フィードバックネットワークを流れる高周波電流は、バイパスコンデンサ114を介して電源に戻る. したがって, バイパスコンデンサのインダクタンスの増加を最小化するためにフィードバックネットワークの接地方法を決定することも必要である.