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PCB科技 - 如何避免PCB設計失真

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PCB科技 - 如何避免PCB設計失真

如何避免PCB設計失真

2021-10-25
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Author:Downs

事實上, 這個 印刷電路板 由電力線性資料製成, 那就是, 其阻抗應恒定. 所以, 為什麼PCB會在訊號中引入非線性? 答案是,相對於電流流動的位置,PCB佈局是“空間非線性”的.

放大器是從這個電源還是從另一個電源吸取電流取決於施加到負載的訊號的暫態極性。 電流從電源流出,通過旁路電容器,並通過放大器進入負載。 然後,電流從負載接地(或PCB輸出連接器的遮罩)返回接地層,通過旁路電容器,並返回最初提供電流的電源。

電流流過阻抗最小路徑的概念是不正確的。 所有不同阻抗路徑中的電流量與其電導率成正比。 在接地層中,通常有多條低阻抗路徑,其中很大一部分接地電流流過:一條路徑直接連接到旁路電容器; 另一種是在到達旁路電容器之前刺激輸入電阻。

電路板

當旁路電容器放置在PCB上的不同位置時,接地電流通過不同的路徑流向相應的旁路電容器,這就是“空間非線性”的含義。 如果某極性接地電流的很大一部分分量流過輸入電路的接地,則只有該極性訊號的分量電壓會受到干擾。 如果接地電流的另一極性不受干擾,則輸入信號電壓以非線性管道變化。 當一個極性分量改變而另一個極性未改變時,將發生失真,並將出現輸出信號的二次諧波失真。

當正弦波只有一個極性分量受到干擾時,產生的波形不再是正弦波。 使用100Ω負載類比理想放大器,使負載電流通過1Ω電阻器,並僅在訊號的一個極性上耦合輸入接地電壓,然後獲得圖3所示的結果。 傅立葉轉換表明,在-68dBc時,畸變波形幾乎都是二次諧波。 當頻率較高時,很容易在PCB上產生這種程度的耦合。 它可以破壞放大器的優良抗失真特性,而不需要借助PCB的太多特殊非線性效應。 當單個運算放大器的輸出因接地電流路徑而失真時,可以通過重新佈置旁路回路並保持與輸入裝置的距離來調整接地電流。

如何避免 PCB設計

多放大器晶片

The problem of multi-amplifier chips (two, 3, or four amplifiers) is more complicated beca我們e it cannot keep the bypass capacitor ground connections away from all inputs. 這對於四路放大器尤其如此. 四個放大器晶片的每一側都有一個輸入端子, 囙此,沒有空間可用於旁路電路,以减少對輸入通道的干擾.

四放大器佈局的簡單方法。 大多數設備直接連接到四個放大器引脚。 一個電源的接地電流會干擾另一個通道電源的輸入接地電壓和接地電流,導致失真。 例如,四通道放大器通道1上的(+Vs)旁路電容器可以直接放置在其輸入附近; 並且(-Vs)旁路電容器可以放置在封裝的另一側。 (+Vs)接地電流可能會干擾通道1,而(-Vs)接地電流可能不會。

為了避免這個問題,讓接地電流干擾輸入,但讓PCB電流以空間線性管道流動。 為了實現這一點,旁路電容器可以以下管道放置在PCB上:使(+Vs)和(–Vs)接地電流流過相同的路徑。 如果正/負電流對輸入信號的干擾相等,則不會出現失真。 囙此,兩個旁路電容器彼此相鄰佈置,以便它們共亯一個接地點。 由於接地電流的兩個極性分量來自同一點(輸出連接器遮罩或負載接地),並且都返回到同一點(旁路電容器的公共接地連接),囙此正極和負極電流流過同一路徑。 如果通道的輸入電阻受到(+Vs)電流的干擾,(Vs)電流對其具有相同的影響。 因為無論極性是什麼,擾動都是相同的,囙此不會出現失真,但通道增益會發生微小變化。

驗證上述推斷, 兩個不同的 PCB佈局 使用:簡單佈局和低失真佈局. 使用Fairchild的FHP3450四路運算放大器, FHP3450的典型頻寬為210MHz, 斜率為1100V/us, 輸入偏置電流為100nA, 每個通道的工作電流為3.6mA. 從錶1可以看出,通道的失真越嚴重, 改善效果越好, 囙此,4個通道的效能幾乎相等.

如果PCB上沒有理想的四通道放大器,則很難量測單個放大器通道的效果。 顯然,給定的放大器通道不僅會干擾其自身的輸入,還會干擾其他通道的輸入。 接地電流流經所有不同的通道輸入並產生不同的效果,但它們都受到每個輸出的影響。 這種影響是可以衡量的。

當只有一個通道被驅動時,在其他未驅動通道上量測的諧波。 未驅動通道在基頻處顯示小訊號(串擾),但沒有任何重要的基頻訊號,也會產生由接地電流直接引入的失真。 低失真佈局表明,由於幾乎消除了接地電流效應,二次諧波和總諧波失真(THD)特性得到了極大改善。