Rancangan Elektronik - Kaedah reka PCB untuk mengurangi penyelesaian harmonik

Berikut adalah perkenalan kepada kaedah reka PCB untuk mengurangi penyelesaian harmonik

Pencerahan harmonik (THD) merujuk kepada gangguan berbahaya pelbagai darab frekuensi asal. Apabila memperkuat isyarat frekuensi 1kHZ, harmonik kedua 2kHZ dan 3kHZ dan banyak harmonik yang lebih tinggi akan dijana. Dalam teori, semakin kecil nilai, semakin rendah penyelesaian. Kerana amplifier tidak cukup ideal, selain komponen input amplifikasi, isyarat output juga menambah beberapa 2 kali, 3 kali, 4 kali... atau bahkan komponen frekuensi yang lebih tinggi (harmonik) bagi isyarat asal, yang menghasilkan bentuk gelombang output diluar bentuk. Ini jenis penyelesaian disebabkan oleh harmonik dipanggil penyelesaian harmonik.

Bahkan papan sirkuit cetak (PCB) dibuat dari bahan linear elektrik, iaitu, impedance seharusnya tetap. Jadi, mengapa PCB memperkenalkan ketidaklineariti ke dalam isyarat? Jawapan ialah: relatif kepada tempat di mana aliran semasa, bentangan rancangan PCB adalah "secara ruang tidak linear".

Sama ada penambah lukis semasa dari bekalan kuasa ini atau bekalan kuasa lain bergantung pada polariti segera isyarat yang dilaksanakan pada muatan. Semasa mengalir dari bekalan kuasa, melewati kondensator bypass, dan memasuki muatan melalui amplifier. Kemudian, semasa kembali dari tanah muatan (atau perisai sambungan output PCB) ke pesawat tanah, melewati kondensator bypass, dan kembali ke sumber kuasa yang asalnya menyediakan semasa.

Konsep semasa mengalir melalui laluan paling kurang impedance adalah salah. Jumlah semasa dalam semua laluan impedance yang berbeza adalah proporsional dengan konduktivitasnya. Dalam pesawat tanah, sering ada lebih dari satu laluan penghalang rendah melalui mana proporsi besar arus arus tanah: satu laluan tersambung secara langsung ke kondensator bypass; yang lain ialah untuk mendorong perlawanan input sebelum mencapai kondensator bypass. Semasa kembali tanah adalah penyebab sebenar masalah.

Apabila kondensator bypass ditempatkan dalam kedudukan yang berbeza pada PCB, arus darat mengalir ke kondensator bypass sesuai melalui laluan yang berbeza, yang bermakna "ketidaklinearisti ruang". Jika sebahagian besar komponen kuasa tertentu arus tanah mengalir melalui tanah sirkuit input, hanya ketegangan komponen kuasa kuasa ini isyarat akan diganggu. Jika polariti lain semasa tanah tidak diganggu, tekanan isyarat input berubah dalam cara bukan linear. Apabila satu komponen polaritas diubah dan polaritas yang lain tidak diubah, penyelesaian akan berlaku, dan ia akan muncul sebagai penyelesaian harmonik kedua bagi isyarat output. Figure 2 menunjukkan kesan kerosakan ini dalam bentuk yang berlebihan.

Apabila hanya satu komponen polariti gelombang sinus diganggu, bentuk gelombang yang menghasilkan bukan lagi gelombang sinus. Muatan 100Ω digunakan untuk simulasi penambah ideal, arus muatan dihantar melalui penentang 1Ω, dan tenaga tanah input dipasang dengan hanya satu polariti isyarat. Bentuk gelombang terganggu hampir semua harmonik kedua pada -68dBc. Apabila frekuensi tinggi, ia mudah untuk menghasilkan darjah ini sambungan pada PCB. Ia boleh menghancurkan ciri-ciri anti-distorsi yang hebat bagi penyembah tanpa menggunakan terlalu banyak kesan tidak linear istimewa PCB. Apabila output penyampai operasi tunggal disebabkan laluan semasa tanah, aliran semasa tanah boleh disesuaikan dengan mengatur semula loop bypass dan menjaga jarak dari peranti input.

Chip Multi-amplifier

Masalah cip multi-amplifier (dua, tiga atau empat amplifier) lebih rumit kerana ia tidak boleh menjaga sambungan tanah kapasitor bypass jauh dari semua terminal input. Ini terutama benar untuk penyembah kuad. Setiap sisi cip empat-amplifikator mempunyai terminal input, jadi tiada ruang untuk sirkuit bypass yang boleh mengurangkan gangguan ke saluran input.

Kebanyakan peranti tersambung secara langsung ke empat pin penyampai. Semasa tanah satu bekalan kuasa boleh mengganggu tekanan tanah input dan semasa tanah bekalan kuasa saluran lain, menyebabkan gangguan. Contohnya, kondensator bypass (+Vs) pada saluran 1 penyampai kuad boleh ditempatkan langsung dekat input; dan kondensator bypass (-Vs) boleh ditempatkan di sisi lain pakej. (+Vs) semasa tanah boleh mengganggu saluran 1, sementara (-Vs) semasa tanah mungkin tidak.

Untuk mengelakkan masalah ini, semasa tanah boleh dibenarkan untuk mengganggu input, tetapi semasa PCB boleh mengalir secara ruang linear. Untuk mencapai ini, anda boleh guna kaedah berikut untuk membentuk kondensator bypass pada PCB: membuat arus tanah (+Vs) dan (â™Vs) mengalir melalui laluan yang sama. Jika gangguan semasa positif/negatif kepada isyarat input sama, tidak akan ada gangguan. Oleh itu, kedua-dua kapasitor bypass disediakan di sebelah satu sama lain supaya mereka berkongsi titik tanah. Kerana dua komponen kutub arus tanah berasal dari titik yang sama (perisai konektor output atau tanah muatan) dan kedua-dua kembali ke titik yang sama (sambungan tanah umum kondensator bypass), sama ada arus positif dan negatif mengalir melalui laluan yang sama. Jika perlawanan input saluran diganggu oleh semasa (+Vs), semasa (Vs) mempunyai kesan yang sama padanya. Kerana tidak kira apa polariti, gangguan adalah sama, jadi tidak akan ada kerosakan, tetapi perubahan kecil dalam keuntungan saluran akan berlaku.

Untuk mengesahkan kesimpulan di atas, dua bentangan rancangan PCB yang berbeza digunakan: bentangan sederhana dan bentangan kerosakan rendah. Menggunakan pemampat operasi FHP3450 kuad Fairchild â, lebar jalur biasa FHP3450 ialah 210MHz, cerun ialah 1100V/us, semasa bias input ialah 100nA, dan semasa operasi per saluran ialah 3.6mA. Semakin keras kerosakan saluran, semakin baik kesan peningkatan, sehingga 4 saluran hampir sama dalam prestasi.

Jika tidak ada penambah kuad ideal pada PCB, ia akan sukar untuk mengukur kesan saluran penambah tunggal. Jelas, saluran penyampai diberi tidak hanya mengganggu input sendiri, tetapi juga input saluran lain. Semasa tanah mengalir melalui semua input saluran yang berbeza dan menghasilkan kesan yang berbeza, tetapi mereka semua terpengaruh oleh setiap output. Kesan ini boleh diukur.

Apabila hanya satu saluran dipandu, harmonik diukur pada saluran yang lain tidak terbuka. Saluran tidak terbuka menunjukkan isyarat kecil (crosstalk) pada frekuensi dasar, tetapi tanpa isyarat dasar yang signifikan, ia juga menghasilkan penyelesaian secara langsung diperkenalkan oleh arus tanah. Paparan bentangan cacatan rendah: Kerana kesan semasa tanah hampir dihapus, ciri-ciri cacatan harmonik kedua dan keseluruhan harmonik (THD) telah meningkat jauh.

Ringkasan artikel ini

Hanya meletakkan, pada PCB, aliran arus kembali tanah melalui kondensator bypass yang berbeza (untuk bekalan kuasa berbeza) dan bekalan kuasa sendiri, dan saiz ia adalah proporsional dengan konduktivitasnya. Semasa isyarat frekuensi tinggi mengalir kembali ke kondensator bypass kecil. Kuren frekuensi rendah (seperti kurren isyarat audio) mungkin terutama mengalir melalui kondensator bypass yang lebih besar. Bahkan arus frekuensi lebih rendah mungkin "mengabaikan" wujud semua kondensator bypass dan terus mengalir kembali ke pemimpin kuasa. Aplikasi khusus akan menentukan laluan semasa yang paling kritik. Untungnya, dengan menggunakan titik tanah umum dan kondensator bypass tanah di sisi output, semua laluan semasa tanah boleh mudah dilindungi.

Peraturan emas bagi bentangan reka PCB frekuensi tinggi adalah untuk meletakkan kondensator bypass frekuensi tinggi sebanyak yang mungkin kepada pin bekalan kuasa pakej. Ubahsuai peraturan ini untuk meningkatkan ciri-ciri kerosakan tidak akan membawa banyak perubahan. Perbaikan ciri-ciri kerosakan datang dengan biaya menambah kira-kira 0.15 inci jejak kapasitor bypass frekuensi tinggi, tetapi ini mempunyai sedikit kesan pada prestasi balas AC FHP3450. Bentangan rancangan PCB sangat penting untuk memberikan permainan penuh kepada prestasi penyampai kualiti tinggi, dan isu yang dibincangkan di sini tidak terbatas kepada penyampai frekuensi tinggi. Isyarat frekuensi rendah seperti audio mempunyai keperluan yang lebih ketat untuk penyelesaian. Kesan semasa tanah lebih kecil pada frekuensi rendah, tetapi jika indeks cacat yang diperlukan diperlukan untuk diperbaiki sesuai dengan itu, semasa tanah masih mungkin isu penting.