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開關(guān)電源之PCB設(shè)計可以做到減少諧波失真?
來源:東莞市成良智能科技 發(fā)布時間:2019-09-04 點擊量:901
實際上開關(guān)電源之印刷線路板(PCB)是由電氣線性材料構(gòu)成的,也即其阻抗應(yīng)是恒定的。那么,PCB為什么會將非線性引入信號內(nèi)呢?答案在于:相對于電流流過的地方來說,開關(guān)電源之PCB布局是“空間非線性”的。
放大器是從這個開關(guān)電源還是從另外一個開關(guān)電源獲取電流,取決于加負(fù)載上的信號瞬間極性。電流從電源流出,經(jīng)過旁路電容,通過放大器進入負(fù)載。然后,電流從負(fù)載接地端(或PCB輸出連接器的屏蔽)回到地平面,經(jīng)過旁路電容,回到最初提供該電流的開關(guān)電源。
電流流過阻抗最小路徑的概念是不正確的。電流在全部不同阻抗路徑的多少與其電導(dǎo)率成比例。在一個地平面,常常有不止一個大比例地電流流經(jīng)的低阻抗路徑:一個路徑直接連至旁路電容;另一個在達(dá)到旁路電容前,對輸入電阻形成激勵。地回流電流才是真正引發(fā)問題的原因。
旁路電容放在開關(guān)電源之PCB的不同位置時,地電流通過不同路徑流至各自的旁路電容,即“空間非線性”所代表的含義。若地電流某一極性的分量的很大部分流過輸入電路的地,則只擾動信號的這一極性的分量電壓。而若地電流的另一極性并沒施擾,則輸入信號電壓以一種非線性方式發(fā)生變化。當(dāng)一個極性分量發(fā)生改變而另一個極性沒改動時,就會產(chǎn)生失真,并表現(xiàn)為輸出信號的二次諧波失真。
當(dāng)只有正弦波的一個極性分量受到擾動時,產(chǎn)生的波形就不再是正弦波。用一個100 Ω負(fù)載模擬理想放大器,使負(fù)載電流通過一個1 Ω電阻,僅在信號的一個極性上耦合輸入地電壓。失真波形幾乎全是-68dBc處的二次諧波。
當(dāng)頻率很高時,很容易在PCB上生成這種程度的耦合,它無需借助太多開關(guān)電源之PCB特殊的非線性效應(yīng),就可毀掉放大器優(yōu)異的防失真特性。當(dāng)單個運算放大器的輸出由于地電流路徑而失真時,通過重新安排旁路回路可調(diào)節(jié)地電流流動,并保持與輸入器件的距離。
開關(guān)電源之PCB設(shè)計之多放大器芯片(兩個、三個或者四個放大器)的問題更加復(fù)雜,因為它無法使旁路電容的地連接遠(yuǎn)離全部輸入端。對四放大器來說更是如此。四放大器芯片的每一邊都有輸入端,所以沒有空間放置可減輕對輸入通道擾動的旁路電路。
為避免這種問題,可讓地電流擾動輸入,但讓PCB電流以一種空間線性方式流動。為實現(xiàn)此目的,可以采用下方式在PCB上布局旁路電容:使(+Vs)和(–Vs) 地電流流經(jīng)同一路徑。若正/負(fù)電流對輸入信號的擾動相等,則將不會產(chǎn)生失真。因此,使兩個旁路電容緊挨著排列,以使它們共享一個接地點。因為地電流的兩個極性分量來自同一個點(輸出連接器屏蔽或負(fù)載地),并都回流至同一個點(旁路電容的公共地連接),所以正/負(fù)電流都流經(jīng)同一路徑。若一個通道的輸入電阻被(+Vs)電流擾動,則(–Vs)電流對其有相同影響。因為無論極性是怎樣的,產(chǎn)生的擾動都相同,所以不會產(chǎn)生失真,但將使該通道增益發(fā)生小的變化。
若在開關(guān)電源之PCB上沒有一個理想的四放大器,則測量單一放大器通道的效應(yīng)會很困難。顯然,一個給定的放大器通道不僅擾動其本身輸入,還會擾動其它通道的輸入。地電流流經(jīng)全部不同的通道輸入,且產(chǎn)生不同效果,但又都受每個輸出的影響,這種影響是可測量的。
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