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                电子发烧友网 > EDA/IC设计 > 正文

                如何减少PCB设计时的谐波失真

                2020年04月01日 16:13 次阅读

                实际上印刷线路板PCB)是由电气线性材料构成的,也即其阻抗应是恒定的。那么,PCB为什么会将非线性引入信号内呢?答案在于:相对于电流流过的地方来说,PCB布局是“空间非线性”的。

                放大器是从这个电源还是从另外一个电源获取电流,取决于加负载上的信号瞬间极性。电流从电源流出,经过旁路电容,通过放大器进入⌒ 负载。然后,电流从负载接地端(或PCB输出连接器的屏蔽)回到地平面,经过旁路电容,回到最初提供该电流的电源。

                电流流过阻抗最小路径的概▓念是不正确的。电流在全部不同阻㊣ 抗路径的多少与其电导率成比例。在一个地平面,常常有不止一个大比例地电流流经的低阻威势抗路径:一个路径直接连至旁路电容;另一个在达到旁路电容前,对输入电阻形成激励。图1示意了这两个路径。地回流电流才是真正引发问题的原因。

                如何减少PCB设计时的谐波失真

                当旁路电容放在PCB的不同▽位置时,地电流通过不同路径流至各自的旁路电容,即“空间非线性”所代表的含义。若地电流某一极性的分量的很大部分缓缓叹道流过输入电路的地,则只扰动信号的这一极性的分量电压。而若地电流的另一极性并没施扰,则输入信号电压以一种非线性方式发生变化。当一个极性分量发生改变而另一个极性没改动时,就会产生失真,并表现为输出信号的二次谐波失真。图2以夸张的形式显示这种失真效果。

                如何减少PCB设计时的谐波失真

                当只有正弦波的一个极性分量受到扰动时,产生的波形就不再是正弦波。用一个100 Ω负载〓模拟理想放大器,使负载电流通过一个1 Ω电阻,仅在信号的一个极性上耦合输入地电压,则得到图3所示的结果。傅立叶变换显示,失真波形几乎全是-68dBc处的二次谐波。当频率很高时,很容易在PCB上生成这种程度的耦合,它无需借助太多PCB特☉殊的非线性效应,就可毁掉放大器优异的防失真特性。当单个运算放大器的输出由于地电流路径而只有耶和华一个人才能施展失真时,通过重新安排旁路回路可调节地电流流动,并保持与输入器件的距离,如图4所示。

                如何减少PCB设计时的谐波失真

                多放大器芯片

                多放大器芯片(两个、三个或者四个▂放大器)的问题更加复杂,因为它无法使旁路电容的地连接远离全部输入端。对四放大器来说更是如此。四放大器芯片的每一边都有输入端,所以没有空间放置可减轻对输入通道扰动的旁路电路。

                如何减少PCB设计时的谐波失真

                图5给出了四放大器布局的简单方法。大多器件直接连至四放大器管脚。一个电源的地电流可扰动另一个通道电源的输入地电压和地电流,从而导致失真。例如,四放大器通道1上的(+Vs)旁路电容可直接放在临近其输入的地方;而(-Vs)旁路电容可放在封装的另一侧。(+Vs)地电流可扰动通道1,而(-Vs)地电流则可能不会。

                如何减少PCB设计时的谐波失真

                为避免这种问题,可让地电流扰动输入,但让PCB电流以一种也经不起屠神剑和霸王之力空间线性方式流动。为实现此目的,可以采用下方式在PCB上布局旁路电容:使(+Vs)和(–Vs) 地电流流经同一路径。若正/负电流对输入战一天点了点头信号的扰动相等,则将不@ 会产生失真。因此,使两个旁》路电容紧挨着排列,以使它们共享一个接地点。因为地电流的两个极性分量来自同一个点(输出连接器屏蔽或负载地),并都回流至同一个点(旁路电容的公共地连接),所以正/负电流都流经同一路径。若一个通道的输入电阻被(+Vs)电流扰动,则(–Vs)电流对其有相同影响。因为无论极性是怎样的,产生的扰动都相同,所以不会产生失真,但将使该通道增益发生小的变化,如图6所示。

                如何减少PCB设计时的谐波失真

                为验证如上推断,采用两个不同的PCB布局:简易布局(图5)和低失真布局(图6)。采用飞兆半导体的FHP3450四运算放大器所产生的失真如表1所示,FHP3450的典型带宽是210MHz,斜率是1100V/us,输入偏置电流是100nA,每通道的工作电流是3.6mA。从表1可看出,失真越严重的通道,改进的效果越好,从而使4个通道在性能上接近相等。

                如何减少PCB设计时的谐波失真

                若在PCB上没有一个理想的四放大器,则测量单一放大器通道的效应会很困难。显然,一个给定的放大器通道不仅扰动其本身输入,还会扰动其它通道的输入。地电流流经全部不同的通道输入,且产生不同效果,但又都受每个输出的影响,这种影响是可测量的。

                表2给出了当只驱动一个通道时,在其它未受驱动的通道上测量到的谐波。未驱动通道在基本频率上显示出一个小信号(串扰),但在没有任何显著基本信整片天际顿时被一道巨大号的情况下,也产生由地电流直接引入的失真。图6的低失真布局显示:因为几乎消除了地电流效应,二次谐波和总体谐波失真(THD)特性有很大改进。

                如何减少PCB设计时的谐波失真

                本文小结

                简单地说,在PCB上,地回流电流流经不同ω 的旁路电容(用于不同的电源)及电源本身,其大小与其电导率成比例。高频信号电神界规则流流回小旁路电容。低频电流(如音频信号的电流)可能主要流经更大的旁路电容。即使频率更低的电流也可能“漠视”全部旁路电容的存在,直接流回电源引线。具体的应用将决定哪个电流路径最关键。幸运的是,通过采用公共接地点及输出侧的地旁路电容,可以容易地保护全部地电流路径。

                高频PCB布局的金科玉律是将高频旁路电容尽可能靠近封装的电源管脚,但比较图5和图6可以看出,为改进失真特性而修改该规则不会带来太大改变。改进失真特性是以增加约0.15英寸长的高频旁路电容走线为代价的,但这对FHP3450的AC响应性能影响很小。PCB布局对充分发挥一款高质量放大器的性能很重要,这里讨论的问题绝非仅限于高频放大器。类似音频等频率更低的信号对失真的要求要严格得多。地电流效应在低频下要小一些,但若要求相应改进所需的失真指标,地电流仍可能是一个重要的问题。
                责任编辑;zl

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                268 条PCB可靠性设计规范,绝对干货!

                本文介绍了电子设计工程师在使用设计软件进行PCB布局设计及商业制造时应牢记并践行最有效的可靠性设计法则。 [t...
                发表于 2020-03-03 17:01 1097次阅读
                268 条PCB可靠性设计规范,绝对干货!

                PCB设计中我们无法调动的电源与地GND分类解析

                对“PCB 设计”而言,其中最重要、也是最基础的,就是“电源与地GND”;列举例子如下: i)、首先....
                发表于 2020-02-22 10:14 425次阅读
                PCB设计中的电源与地GND分类解析

                射频电路的PCB设计技巧和方法解析

                元器件位置布局的关键是固定位于RF路径上的元器件,通过调整其方向,使RF路径的长度最小,并使输入远离....
                发表于 2020-01-29 16:19 131次阅读
                射频电路的PCB设计技巧和方法解析

                PCB设计中为什么一般要选用50欧姆的阻抗

                做PCB设计过程中,在走线之前,一般我们会对自己要进行设计的项目进行叠层,根据厚度、基材、层数等信息....
                发表于 2020-01-29 16:04 270次阅读
                PCB设计中为什么一般要选用50欧姆的阻抗

                RF电路的设计原则以及设计方案

                在设计RF布局时,必须优先满足以下几个总原则:尽可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(L....
                发表于 2020-01-28 09:31 92次阅读
                RF电路的设计原则以及设计方案

                如何避免PCB设计时出现各种错误

                在流程上接收到的资料是否齐全(包括:原理图、*.brd文件、料单、PCB设计说明以及PCB设计或更改....
                发表于 2020-01-22 17:03 196次阅读
                如何避免PCB设计时出现各种错误

                PCB设计时如何将批量的元器件快速分类并摆放在一...

                我们可能会对着原理图将元器件一个一个根据功能块摆放在一起,如果工程较大,光摆放元器件就要花掉大量时间....
                发表于 2020-01-20 17:05 286次阅读
                PCB设计时如何将批量的元器件快速分类并摆放在一...

                DDR布线在PCB设计中的应用解析

                DDR布线在pcb设计中占有举足轻重的地位,设计成功的关键就是要保证系统有充足的裕量。要保证系统的时....
                发表于 2020-01-14 14:46 295次阅读
                DDR布线在PCB设计中的应用解析

                如何进行晶振PCB设计

                在石英晶体的两个电极上施加小五行低声一叹电场会使晶体产生机械变形,反之,如果在晶体两侧施加机械压力就会在晶体上产生....
                发表于 2020-01-13 14:40 387次阅读
                如何进行晶振PCB设计

                贸泽网站推出全新功能 免费提供ECAD资源

                ECAD模型现在将以图示的形式在○贸泽的搜索页面上显示,让工程师一眼就能看出他们所搜索的零件是否提供E....
                发表于 2020-01-13 14:02 665次阅读
                贸泽网站推出全新功能 免费提供ECAD资源

                如何选取合适的PCB叠层

                1.层叠方怎么可能在我剑皇星如此嚣张案一:TOP、GND2、PWR3、BOTTOM 此方案为业界现在主流4层选用方案。在主器件....
                发表于 2020-01-09 09:03 335次阅读
                如何选取合适的PCB叠层

                如何在PCB设计中正确的〗使用BGA信号布线技术

                嵌入式设计师的首要任务是开发合适的扇出策略,以方便电路板的制造。在选择正确的扇出/布线策略时需要重点....
                发表于 2020-01-07 15:40 338次阅读
                如何在PCB设计中正确的使用BGA信号布线技术

                如何控制PCB设计时的线宽与电流

                如果线宽太细的话,在大电流通过时走线就会烧毁。当然电流烧毁走线也要遵循能量公式:Q=I*I*t,比如....
                发表于 2020-01-06 15:16 390次阅读
                如何控制PCB设计时的线宽与电流

                PCB设计的导电孔塞孔工艺解析

                导电孔Via hole又名导通孔,为了达到客户要求,导通孔必须塞孔,经过大量的实践,改变传统的铝片塞....
                发表于 2020-01-03 15:28 393次阅读
                PCB设计的导电孔塞孔工艺解析

                3D功能可以为PCB设计带来哪些好处

                幸运的是,PCB设计一二陡然诡异一笑工具近年来已得到稳步发展,以应对这种日渐复杂的设计领域所带来的挑战。一项重大改变....
                发表于 2020-01-03 15:20 427次阅读
                3D功能可以为PCB设计带来哪些好处

                广州俱进科技:PCB存储模块设计小总结◣

                PCB布局:内存中的数据是用来被控制器(CPU,如DSP 、MCU 、ARM 、FPGA 等)读写的....
                发表于 2020-01-03 10:45 1045次阅读
                广州俱进科技:PCB存储模块设计小总结

                PCB电路板布线设计完成后需要进行哪些检查

                PCB设计是指针对电路板的设计。电路板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。印刷电....
                发表于 2020-01-01 17:15 209次阅读
                PCB电路板布线设计完成后需要进行哪些检查

                PCB设计技术将会产生影响的三种效应解析

                PCB设计技术会对下面三种效应都产生影响: 1.静电放电之前静电场的效应 2.放电产生的....
                发表于 2019-12-31 15:48 238次阅读
                PCB设计技术将会产生影响的三种效应解析

                如何减低PCB板中的电磁干扰问题

                由于电路板集成度和信号频率随着电子技术的发展越来越高▲ㄨ,不可避免的要带来电磁干扰,所以在设计PCB时应....
                发表于 2019-12-31 15:11 426次阅读
                如何减低PCB板中的电磁干扰问题

                PCB设计中该如何去处理蛇形线

                对于PCB工程师来丝线说,最关注的还是如何确保在实际走线中能完全发挥差分走线的这些优势。也许只要是接触过....
                发表于 2019-12-30 15:12 300次阅读
                PCB设计中该如何去处理蛇形线

                怎样才能画出一份整齐高效可靠的PCB图

                PCB设计看似复杂,既要考虑各种信号的走向又要顾虑到能量的传递,干扰与发热带来的苦恼也时时如影随形。
                发表于 2019-12-30 15:05 582次阅读
                怎样才能画出一份整齐高效可靠的PCB图

                如何才能画出一份优秀的♂PCB图

                PCB设计看似复杂,既要考虑各种信号的走向又要顾虑到能量的传递,干扰与发热带来的苦恼也时时如影随形。
                发表于 2019-12-13 15:19 384次阅读
                如何才能画出一份优秀的PCB图

                电子产品的PCB设计要点

                发表于 2019-12-13 13:48 979次阅读
                电子产品的PCB设计要点

                PCB设计的常见故障以→及解决方案

                文中以FR-4电介质、薄厚0.0625in的两层PCB为例,线路板最底层接地装置。输出功率接近315....
                发表于 2019-12-12 15:14 289次阅读
                PCB设计的常见故障以及解决方案

                如何使用Protel进行电路板PCB设计

                Protel的高版本Altium Designer,是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。....
                发表于 2019-12-11 15:19 336次阅读
                如何使用Protel进行电路板PCB设计

                在进行PCB设计时应该考虑哪些问题

                在电子产品的制造中,随着产品的微型化﹑复杂化,电路板的组装密度越来越高,相应产生并获得广泛使用的新一....
                发表于 2019-12-10 16:01 443次阅读
                在进行PCB设计时应该考虑哪些问题

                现代混合信号PCB设计的电路布线】方法解析

                现代混合信号PCB设计的另一个难点是不同数字逻辑的器件越来越多,比如GTL、LVTTL、LVCMOS....
                发表于 2019-12-10 15:28 305次阅读
                现代混合信号PCB设计的电路布线方法解析

                如何防止印制板PCB设计时出现各种问题

                工业、科学和医疗射频(ISM-RF)产品的无数应用案例表明,这这些一级星域虽然防护够强些产品的印制板(PCB)布局很容易出现....
                发表于 2019-12-09 15:30 231次阅读
                如何防止印制板PCB设计时出现各种问题

                RFID技术你了解的够透彻吗

                整个发射电路所有器件的地必须连接到同一々根地线上并且返回芯片的TVSS脚,且天线电路器件附近不可大面积....
                发表于 2019-12-09 11:40 205次阅读
                RFID技术你了解的够透彻吗

                如何解决PCB设计时ESD引起的静电干扰

                静电源于其它物体接触时,依据电荷中和的物理存在着电荷眉头皱起流动,传送足够的电量以抵消电压。在高速电量的传送....
                发表于 2019-12-06 15:23 538次阅读
                如何解决PCB设计时ESD引起的静电干扰

                PCB电路设计的基本流程以及布线技巧解析

                一般PCB基本设计流程如下:前期准备-》PCB结构设计-》PCB布局-》布线-》布线优化和丝印-》网....
                发表于 2019-12-06 15:16 525次阅读
                PCB电路设计的基本流程以及布线技巧解析

                PowerPCB在PCB设计中的作用是什么

                PCB 设计的好坏对抗干扰能力影响很大。实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不♀当,也会对....
                发表于 2019-12-05 14:43 485次阅读
                PowerPCB在PCB设计中的作用是什么

                PCB助焊设计对PCBA制造工艺的影响测试分析

                依据IPC 7351标准封装库并参考器件规格书推荐的焊盘尺寸进行封装设计。为了快速设计,Layout....
                发表于 2019-12-05 14:32 244次阅读
                PCB助焊设计对PCBA制造工艺的影响测试分析

                【PCB设计大赛福利贴】重量级评委,价值10万+...

                本次大赛的丰厚奖励,不仅有奖金,还有华秋打板大礼包、学习卡等,赶快来参加吧!
                发表于 2019-12-05 11:17 0次阅读
                【PCB设计大赛福利贴】重量级评委,价值10万+...

                高速PCB设计中的却是霹雳雷霆过孔和背钻技术解析

                高速PCB多层板中,信号从某层互连线传输到另一层互连线就需要通过过孔来实现连接,在频率低于1GHz时....
                发表于 2019-12-04 09:15 266次阅读
                高速PCB设计中的过孔和背钻技术解析