Elektronik tasarım - Harmonik bozukluğunu azaltmak için PCB tasarım yöntemi

Şimdi, harmonik bozukluğunu azaltmak için PCB tasarım metodlarına bir tanıtım.

Harmonik bozukluğu (THD) orijinal frekansların çeşitli çarpılarının zararsızlığı anlamına gelir. 1kHZ'nin frekans sinyalini genişletirken, 2kHZ ve 3kHZ'nin ikinci harmonik ve birçok daha yüksek harmonik oluşturulacak. Teoriye göre, değeri daha küçük, bozulma düşük. Çünkü amplifikatör yeterince ideal değildir, genişletilmiş girdi komponentlerinin yanında, çıkış sinyali de 2 kere, 3 kere, 4 kere ekliyor... ya da daha yüksek frekans komponentleri (harmonik) orijinal sinyalin çıkış dalga formu şeklinde oluşturuyor. Bu tarz harmonik tarafından sebep olan bozukluğu harmonik bozukluğu denir.

Aslında, basılı devre tahtası (PCB) elektrik lineer maddelerden oluşturulmuş, yani impedansı sürekli olmalı. Peki, neden PCB sinyale çizgi olmadığını gösteriyor? Cevap şu: Ağımdaki akışların olduğu yere bağlı, PCB tasarım dizaynı "uzay çizgi olmayan" yer.

Enplifikatör bu elektrik temsilinden veya başka bir elektrik temsili yüklemeye uygulanan sinyalin hemen polaritesine bağlı olup olmadığına bağlı. Akıcı enerji temsilinden akışır, bypass kapasitesinden geçer ve yükü amplifikatörden girer. Sonra, ağırlık yük alanından (ya da PCB çıkış bağlantısının kalkanından) yeryüzü uçağına dönüyor, bypass kapasitesinden geçiyor ve başlangıç olarak ağırlığı sağlayan güç kaynağına dönüyor.

En azından impedans yolundan akışan şu anki konsepti yanlış. Tüm farklı impedans yollarındaki akışın miktarı hareketine uygun. Yer uça ğında sık sık sık bir düşük impedans yolundan fazla yer akışının büyük bir bölümü vardır: bir yol direkten bypass kapasitörüne bağlanır; Diğeri, bypass kapasitesine ulaşmadan önce giriş direniyetini etkilemek. Yer dönüşü sorunun gerçek sebebi.

Baypass kapasiteleri PCB'deki farklı pozisyonlarda yeryüzü akışı farklı yollardan geçirir, yani "uzay çizgiselik" anlamına gelir. Eğer yeryüzünün belli polyarlığının bir parçasının büyük bir parçası giriş devrelerinin yeryüzünden akışır, sadece sinyalin bu polyarlığının komponenti voltajı rahatsız edilecek. Yer akışının diğer polarisi rahatsız edilmezse, giriş sinyal voltasyonu çizgi bir şekilde değiştirir. Bir polyarlık komponenti değiştirildiğinde, diğer polyarlık değiştirilmediğinde, bozulma gerçekleşecek ve çıkış sinyalinin ikinci harmonik bozulması olarak görünecek. Şekil 2, bu bozulma etkisini aşırı yükselmiş bir şekilde gösteriyor.

Sinus dalgasının sadece bir polaritet komponenti rahatsız edildiğinde sonucu dalga formu artık sinus dalgası değil. 100Ω yükü ideal bir amplifikatörü simüle etmek için kullanılır, yük akışı 1Ω direktörü üzerinden geçirir ve giriş alan voltajı sadece bir polariteye bağlanır. Kıpırdamış dalga formu neredeyse 68dBc'deki ikinci harmonik. Frekans yüksek olduğunda bu bağlantı derecesini PCB'de oluşturmak kolay. Bu, PCB'nin çok özel çizgi olmayan etkilerine katılmadan amplifikatörün mükemmel karşı bozulma özelliklerini yok edebilir. Tek bir ameliyat amplifikatörünün çıkışı yeryüzünde a ğımdaki yol yüzünden bozulduğunda, yeryüzü akışı kapatma döngüsünü yeniden düzenleyerek ayarlanabilir ve giriş cihazından uzak tutarak.

Çok amplifikatör çipi

Çoklu amplifikatör çipinlerin (iki, üç veya dört amplifikatör) sorunu daha karmaşık, çünkü bu, bütün giriş terminallerinden uzak tutamaz. Bu özellikle dört amplifikatörler için doğru. Dört amplifikatör çipinin her tarafında bir girdi terminal var, bu yüzden girdi kanalına rahatsızlığı azaltabilen bir bypass devre için yer yok.

Çoğu aygıtlar dört amplifikatör pinlerle doğrudan bağlanıyor. Bir elektrik teslimatının yeryüzündeki akışı, diğer kanal elektrik teslimatının giriş yeryüzündeki voltajı ve yeryüzündeki akışını rahatsız edebilir, bu yüzden bozulma sebebi olabilir. Örneğin, kvad amplifikatörünün 1. kanalındaki (+Vs) geçiş kapasitesini doğrudan girişinin yakınlarına yerleştirebilir; ve paketin diğer tarafında (-V) geçiş kapasitörü yerleştirilebilir. (+Vs) toprak akışı 1 kanalı rahatsız edebilir, (-Vs) toprak akışı olamaz.

Bu problemden kaçırmak için, yeryüzü akışı girdi rahatsız etmeye izin verilir, fakat PCB akışı uzay bir çizgi şekilde akışlayabilir. Bunu başarmak için, PCB'deki bypass kapasitörlerini düzenlemek için bu yöntemi kullanabilirsiniz: aynı yoldan (+V) ve (â€147;V) toprak akışlarını kullanın. Eğer girdi sinyaline pozitif/negatif akışın rahatsız edilmesi eşittir, bozukluğu olmayacak. Bu yüzden, iki baypass kapasitörü birbirlerinin yanında ayarlandı, böylece toprak noktasını paylaşırlar. Çünkü yeryüzünün iki polar parçası aynı noktadan (çıkış konektör kalkanı ya da yük topraklarından) gelir ve ikisi de aynı noktaya döner (bypass kapasitörünün ortak yeryüzü bağlantısı), pozitif ve negatif akışlar aynı yoldan akışır . Eğer kanalın giriş dirençliği (+Vs) a ğırlığı tarafından rahatsız edilirse, (+Vs) ağırlığı üzerinde aynı etkisi vardır. Çünkü polaritenin ne olduğuna rağmen, rahatsızlıklar aynı, yani rahatsızlık olmayacak, fakat kanal kazanmasında küçük bir değişiklik olur.

Yukarıdaki aşağılığı doğrulamak için, iki farklı PCB tasarım düzeni kullanılır: basit dizim ve düşük bozulma düzeni. Fairchild â'nın FHP3450 dört operasyon amplifikatörü kullanarak, FHP3450'nin tipik bandwidth 210MHz, bağlantı 1100V/us, giriş bias akışı 100nA ve kanal başına çalışma akışı 3.6mA. Kanal bozulması daha şiddetli, geliştirme etkisi daha iyi, bu yüzden 4 kanallar neredeyse performansın eşittir.

Eğer PCB üzerinde ideal kard amplifikatörü yoksa, tek amplifikatör kanalının etkisini ölçülemek zor olacak. Görünüşe göre, verilen amplifikatör kanalı sadece kendi girişini rahatsız etmez, diğer kanalların girişini de rahatsız ediyor. Yer akışı tüm farklı kanal girişinden akışıyor ve farklı etkiler üretiyor, ama hepsi her çıkış tarafından etkilenir. Bu etki ölçülebilir.

Sadece bir kanal sürüldüğünde, diğer kayıp kanallarında harmonik ölçülür. Kıpırdaman kanal temel frekanslarda küçük bir sinyal gösteriyor, fakat önemli temel sinyal olmadan, yeryüzü akışından doğrudan tanıtılan bozukluğu da üretiyor. Düşük bozulma düzeni gösterisi: Çünkü yeryüzündeki ağımdaki etkisi neredeyse yok ediliyor, ikinci harmonik ve tamamen harmonik bozulma özellikleri (THD) çok geliştirilmiştir.

Bu makalenin toplantısı

Sadece PCB'ye yeryüzü çeşitli bypass kapasiteleri (farklı güç malzemeleri için) ve güç malzemeleri kendisine koyun ve büyüklüğü hareketleriyle proporsyonal. Yüksek frekans sinyali küçük bypass kapasitesine dönüyor. Daha düşük frekans akışları (ses sinyal akışları gibi) genellikle daha büyük bypass kapasitelerinden geçebilir. Hatta düşük frekans akışları bile tüm geçiş kapasitelerinin varlığını "ignore" olabilir ve direkt güç liderlerine dönebilir. Özellikle uygulama hangi yolun en kritik olduğunu belirleyecek. Neyse ki, ortak bir yer noktasını kullanarak ve çıkış tarafındaki bir toprak kapasitörü kullanarak, tüm yeryüzündeki yollar kolayca korunabilir.

Yüksek frekans PCB tasarım tasarımının altın kuralı paketin enerji tasarımına mümkün olduğunca yüksek frekans bypass kapasitesini yerleştirmek. Bu kuralı değiştirmek, bozulma özelliklerini geliştirmek için çok değişiklik sağlayamaz. Bozulma özelliklerinin geliştirilmesi, yaklaşık 0,15 santim yüksek frekans bypass kapasitörü izlerini eklemenin maliyetine rağmen bu FHP3450'nin AC tepki performansına ufak etkisi var. PCB tasarım düzeni yüksek kaliteli bir genişletici performansına tam oyun vermek için çok önemlidir. Burada tartışan sorunlar yüksek frekans genişleticilerine sınırlı değil. Ses gibi düşük frekans sinyalleri bozulma için daha sert ihtiyaçları var. Yer mevcut etkisi düşük frekanslarda daha küçük, fakat gerekli bozulma indeksi bu şekilde geliştirilmesi gerekirse, toprak akışı hala önemli bir sorun olabilir.