Технология PCB - Как избежать искажений в дизайне PCB

Фактически, PCB печатной платы сделан из электрического линейного материала, то есть его сопротивление должно быть постоянным. Почему PCB вводит нелинейность в сигналы? Ответ заключается в том, что относительно положения потока тока компоновка PCB является "пространственной нелинейностью".

Получает ли усилитель ток от этого источника питания или от другого источника зависит от мгновенной полярности сигнала, приложенного к нагрузке. Электрический ток вытекает из источника питания, проходит через шунтирующий конденсатор и затем входит в нагрузку через усилитель. Затем ток возвращается с заземления нагрузки (или экрана выходного разъема PCB) в плоскость заземления, проходит через шунтирующий конденсатор, а затем возвращается к источнику питания, который изначально обеспечивал ток.

Концепция потока тока через путь минимального сопротивления неверна. Количество тока во всех различных путях сопротивления пропорционально его электропроводности. В плоскости заземления обычно существует более одного пути с низким сопротивлением, по которому течет большая часть тока заземления: один путь напрямую связан с байдарным конденсатором; Другой способ - стимулировать входное сопротивление до того, как он достигнет байпасного конденсатора.

Когда шунтирующие конденсаторы размещаются в разных местах на ПХБ, ток заземления течет по разным путям к различным шунтирующим конденсаторам, что означает « пространственная нелинейность». Если значительная часть полярной составляющей тока заземления течет через землю входной цепи, будет нарушено только напряжение компонента сигнала этой полярности. Если другая полярность тока заземления не нарушается, напряжение входного сигнала изменяется нелинейным образом. Когда одна полярная составляющая изменяется, а другая не изменяется, происходит искажение, которое проявляется как вторичное гармоническое искажение выходного сигнала.

Когда нарушается только один полярный компонент синусоидальной волны, создаваемая форма волны больше не является синусоидальной волной. Для моделирования идеального усилителя используется 100 - островная нагрузка, которая пропускает ток нагрузки через резистор 1 - го острова и связывает входное напряжение заземления только с одной полярностью сигнала, а затем получает результат, показанный на рисунке 3. Преобразование Фурье показывает, что искаженная форма волны почти всегда является вторичной гармоникой - 68dBc. При высокой частоте такая степень связи может быть легко создана на PCB. Это может нарушить отличные анти - искажающие свойства усилителя, не прибегая к слишком большому количеству специальных нелинейных эффектов PCB. Когда выход одного операционного усилителя искажается из - за пути тока заземления, ток заземления может быть отрегулирован путем перегруппировки шунтирования и сохранения расстояния от входного устройства.

Как избежать искажений в дизайне PCB

Чип с несколькими усилителями

Проблема с многоусилительными чипами (двумя, тремя или четырьмя усилителями) еще более сложна, потому что она не может сделать заземленное соединение шунтирующего конденсатора удаленным от всех входных данных. Особенно это касается четырехканальных усилителей. Четырехусилительный чип имеет входной конец на каждой стороне, поэтому нет места для размещения шунтирующих схем, которые уменьшают помехи входному каналу.

Четыре простых способа размещения усилителей. Большинство устройств подключены непосредственно к четырем усилителям. Заземленный ток одного источника питания может мешать входному напряжению заземления и току заземления источника питания другого канала, вызывая искажения. Например, шунтирующие конденсаторы (+ Vs) на канале 1 квантового усилителя могут быть размещены непосредственно вблизи его входа; И (- V) шунтирующие конденсаторы могут быть размещены на другой стороне упаковки. (+ Vs) Заземленный ток будет мешать каналу 1, в то время как (- Vs) напряжение заземления не будет.

Чтобы избежать этой проблемы, пусть ток заземления мешает входу, но позволяет току PCB течь пространственно линейно. Для этого шунтирующий конденсатор может быть размещен на PCB следующим образом: чтобы ток заземления (+ Vs) и (вВС) протекал по одному и тому же пути. Если помехи положительного / отрицательного тока входному сигналу равны, искажений не будет. Таким образом, два шунтирующих конденсатора расположены рядом друг с другом, так что они разделяют место заземления. Поскольку биполярная составляющая тока заземления исходит из одной и той же точки (экран выходного разъема или заземление нагрузки) и возвращается в одну и ту же точку (соединение общего заземления байдарных конденсаторов), как положительный, так и отрицательный ток протекают по одному и тому же пути. Если входное сопротивление канала нарушено током (+ Vs), ток (вВС) оказывает на него такое же влияние, потому что помехи одинаковы независимо от полярности, поэтому искажений не будет, но усиление канала будет незначительно изменено.

Для проверки этого вывода используются две разные компоновки PCB: простая компоновка и макет с низким искажением. Используя четырехканальный операционный усилитель Fairchild FHP3450, типичная полоса пропускания FHP3450 составляет 210 МГц, наклон - 1100 В / с, ток смещения ввода - 100 нА, а рабочий ток каждого канала - 3,6 мА. Как видно из таблицы 1, чем серьезнее искажение канала, тем лучше эффект улучшения, поэтому производительность четырех каналов почти равна.

Без идеального четырехкомпонентного усилителя на PCB будет трудно измерить эффект одного канала усилителя. Очевидно, что данный канал усилителя мешает не только его собственному входу, но и входу других каналов. Заземленный ток протекает через все разные каналы и производит разные эффекты, но все они зависят от каждого выхода. Этот эффект можно измерить.

При приводе только одного канала гармоника измеряется на других непроводящих каналах. Неуправляемый канал отображает небольшие сигналы (последовательные помехи) на базовой частоте, но в отсутствие каких - либо важных сигналов базовой частоты он также создает искажения, вводимые непосредственно током заземления. Макет с низким искажением показывает, что характеристики вторичных и общих гармонических искажений (THD) значительно улучшились из - за почти полного устранения эффекта земного тока.