PCB-Technologie - Korrektes Leiterplattenlayout kann den Dynamikbereich verbessern

Moderne IC-Verstärker mit extrem geringer harmonischer Verzerrung können den Dynamikbereich in einer Reihe von Anwendungen verbessern. Allerdings, Achten Sie besonders auf das Layout dieser Verstärker auf dem Leiterplatte, weil unangemessen Leiterplatte Layout kann die Verzerrungsleistung um 20dB verschlechtern.

Eine typische Hochgeschwindigkeitsverstärker-Struktur umfasst zwei Sätze von Bypass-Kondensatoren. Die Kapazität eines Satzes von Kondensatoren ist größer (etwa 1mF bis 10mF), und der andere Satz ist mehrere Größenordnungen kleiner (1nF bis 100nF). Diese Kondensatoren können einen niederohmigen Erdpfad bei Frequenzen bereitstellen, bei denen die Leistungsdämpfung des Verstärkers relativ gering ist. Der korrekte Bypass eines Hochgeschwindigkeitsverstärker erfordert normalerweise zwei oder mehr Sätze von Kondensatoren, da vor der oberen Grenze der Verstärkerbandbreite eine Kondensatorbank mit einer größeren Kapazität im Allgemeinen selbstresoniert. Hochwertige Chipkondensatoren sind ideale Entkopplungskondensatoren, da sie eine viel geringere Induktivität als Durchgangskondensatoren haben.

Der Widerstand RT wird verwendet, um den Eingang des Verstärkers zu beenden, um die Quellimpedanz mit der Impedanz des für die Messung verwendeten Prüfgeräts abzustimmen. In Anwendungsschaltungen, die keine Übertragungsleitungen verwenden, sind Abschlusswiderstände nicht erforderlich. Die Ausgangsantriebslast des Verstärkers in der Abbildung ist RL, und RL stellt jede mögliche Last dar, die vom Verstärker angetrieben werden soll. Wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers positiv ist,

Der Verstärker muss Strom für RL liefern. Ähnlich, wenn die Ausgangsspannung negativ ist, der Verstärker muss Strom absinken. Ob der Verstärker Strom durch die Last absorbiert oder Strom zur Last liefert, Es muss einen Weg geben, damit der Strom zur Stromversorgung zurückkehrt. Wenn der Strom zurückkehrt, Der Kanal mit der niedrigsten Impedanz wird ausgewählt.

Bei hoher Frequenz verläuft der niedrigste Impedanzweg durch den Bypass-Kondensator. Wenn der Verstärker Hochfrequenzstrom liefert oder absorbiert, fließt der Strom durch mehrere Schleifen. Der Erdanschluss des vorgelagerten Bypass-Kondensators liefert Strom für den OP-Verstärker, und der Absorptionsstrom des OP-Verstärkers wird durch den nachgeschalteten Bypass-Kondensator geerdet. Jeder Hochfrequenzstrom, der durch den Bypass-Kondensator fließt, wird halbwellig gleichgerichtet. Der Schlüssel zum effektiven Bypass ist zu verstehen, wie Hochfrequenzstrom fließt.

Die Schaltung enthält einen Hochgeschwindigkeitsverstärker, der eine äquivalente 1kΩ-Last antreibt. Die Last bildet einen Abschwächer, und für die Prüfung ist ein 50Ω Rückwärtsabschluss erforderlich. Der Eingang ist auch auf 50Ω beendet, um die verwendete Signalquelle anzupassen. Die Messergebnisse der Verzerrung variieren je nach Leiterplattenlayout. Die Analyse der Hochfrequenzstromschleife des Schaltungslayouts hilft, die Unterschiede in diesen zweiten harmonischen Verzerrungen zu klären.

Es bedeutet eine schlechtere Situation. Das Netzteil befindet sich auf der Rückseite des Leiterplatte, 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 Leiterplatte to another layer). Diese Durchkontaktierungen erhöhen die Induktivität der Hochfrequenzstromschleife. Wenn der Verstärker Strom absorbiert, Es kehrt durch eine feste Bodenebene zu C2 und C4 zurück. Allerdings, wenn der Verstärker Strom liefert, Der Strom muss zwei Sätze induktiver Durchkontaktierungen durchlaufen, bevor er zu C1 und C3 zurückkehrt..

Bei hohen Frequenzen können diese Induktivitäten erhebliche Impedanzen hinzufügen. Wenn Hochfrequenzstrom diese Impedanzen durchläuft, wird eine Fehlerspannung erzeugt. Da der Hochfrequenzstrom halbwellig gleichgerichtet ist, wird die Fehlerspannung auch halbwellig gleichgerichtet. Das gleichgerichtete Halbwellensignal trägt eine große Anzahl ungerader harmonischer Komponenten, die eine zweite harmonische Verzerrung verursachen, während die dritte harmonische unverändert bleibt.

Im Gegenteil, es ist ein verbessertes Layout. Die Stromversorgung wird auf der Vorderseite der Platine umgangen, so dass der Bypass-Kondensator keine Durchgangslöcher verwenden muss. Darüber hinaus befindet sich die Lastmasse in der Nähe der beiden Entkopplungsnetze, so dass kein Durchgangsloch am Kanal erforderlich ist, in dem der Verstärker Hochfrequenzstrom liefert und absorbiert. Diese verbesserte Leiterplattenlayoutmethode verbessert den zweiten harmonischen Verzerrungsindex um 3dBc bis 18dBc. Und diese Verbesserung ist auf verschiedene Frequenzen anwendbar.

Differenzbypass

Die Bypass-Methode ist nützlich, um Erdungsprobleme zu vermeiden. Es kann so modifiziert werden, dass ein Satz Bypass-Kondensatoren (C1 und C3) über die Stromversorgung angeschlossen werden, während der andere Satz Bypass-Kondensatoren (C2 und C4) immer noch zwischen Stromversorgung und Masse angeschlossen ist.

Diese Struktur kann bequem die wahre Erdung des Bypass-Kondensators und die Last auf der Leiterplatte realisieren. Die vollständige Erdung der Last und des Bypass-Kondensators kann die Induktivität zwischen den beiden Erdungspunkten minimieren und dadurch die Fehlerspannung verringern, die durch den hochfrequenten Erdungsstrom gebildet wird. Darüber hinaus wird der Hochfrequenzstrom integriert, bevor er zur Last zurückkehrt oder in die Last eintritt, und es wird keine Halbwellenregulierungsprobleme im Falle eines Standardbypass geben, und es wird kaum seltsame Oberschwingungskomponenten enthalten. Daher erhöht die im Stromkanal erzeugte Fehlerspannung keine Verzerrung.

Anwendung dieser Technik auf eine Leiterplattenlayout mit schlechtem Bypass kann Verzerrung erheblich verbessern. Denken Sie daran, dass die Bypass-Kondensator-Spur so kurz wie möglich sein sollte und versuchen Sie, keine Vias zu verwenden. Bei Verwendung von Vias, Beachten Sie, dass die Induktivität zweier paralleler Durchgänge nur die Hälfte der Induktivität eines einzelnen Durchgangs beträgt.. Wenn der Durchmesser des Durchgangslochs erhöht wird, die Induktivität des Durchgangslochs wird auch abnehmen. Diese Methode hat sich als besonders nützlich erwiesen, wenn das Feedback-Netzwerk geerdet werden muss und der Closed-Loop-Gain größer als eine. In diesem Fall, Das Feedback-Netzwerk ist ein effektiver Teil der Last des Verstärkers. Der durch das Rückkopplungsnetz fließende Hochfrequenzstrom kehrt auch über den Bypass-Kondensator zur Stromversorgung zurück. Daher, Es ist auch notwendig, die Erdungsmethode des Rückkopplungsnetzwerks zu bestimmen, um die Zunahme der Induktivität des Bypass-Kondensators zu minimieren.