電路的實際性能是由其印制電路板（PCB）布局決定的

作者：袁韶庚

電路接地在電路原理圖中看起來很簡單，但是，電路的實際性能是由其印制電路板（PCB）布局決定的。如果很好地理解“接地“引起的接地噪聲的物理本質可提供一種減小接地噪聲問題的直觀認識。

接地反彈（Ground bounce）簡稱地彈會產生幅度為幾伏的瞬態電壓；最常見的是由磁通量變化引起的。傳輸電流的導線環路實際上構成了一個磁場，其磁場強度與電流成正比。磁通量與穿過環路面積和磁場強度乘積成正比。

磁通量∝磁場強度×環路面積

更精確的表示是：ΦB = BA cosφ

其中磁通量ΦB等于磁場強度B乘以穿過環路平面A和磁場方向與環路平面單位矢量夾角φ的余弦。

圖1示出了磁通量與電流之間的關系。一個電壓源驅動電流克服電阻沿導線環路流動。電流與環繞導線的磁通量相關聯。為了將不同的物理量聯系起來，可以考慮用你的右手握住導線（應用右手定則如果你的拇指指向電流的方向，那么你的其它手指將沿磁場磁力線方向環繞導線。因為那些磁力線穿過環路，所以形成了磁通量，在本例中磁通量方向為穿入頁面。

改變磁場強度或環路面積都會引起磁通量變化。當磁通量變化時，在導線中產生與磁通量變化率dΦB/d t成正比的電壓。應該注意的是，當環路面積固定，電流變化；或者電流恒定，環路面積變化；或者兩種情況同時變化——都會改變磁通量。

例如，假設圖2中的開關突然斷開。當電流停止流動時，磁通量消失，這會沿導線各處產生一個瞬態大電壓。如果導線的一部分是一個接地返回引腳，那么以地電平為參考端的電壓會產生一個尖峰，從而在任何使用該引腳為接地參考端的電路中都會產生錯誤信號。

通常，PCB印制線電阻上的電壓降不是接地反彈的主要來源。1 盎司（oz）銅的電阻為500 微歐/方數（μΩ/□），因此1 A電流變化只能產生500 μV/□的反彈電壓——問題只存在于采用細長印制線或菊花鏈式接地或精密電子電路。

寄生電容器的充電和放電為瞬態大電流返回到地提供了一條路徑。由于電流變化引起的磁通量變化也引起接地反彈。

在DC/DC開關電源中減少接地反彈的最好方法就是控制磁通量變化——使電流環路面積和環路面積變化最小。

在某些情況下，例如圖3所示，電流保持恒定，而開關切換引起環路面積變化，因此產生磁通量的變化。在開關狀態1中，一個理想的電壓源通過理想導線與一個理想電流源相連。電流在一個包含接地回路的環路中流動。

在開關狀態2中，當開關改變位置時，同樣的電流在不同的路徑中流動。電流源為直流（DC），且并沒有變化，但環路面子發生了變化。環路面積的變化意味著磁通量的變化，所以產生了電壓。因為接地回路為變化環路的一部分，所以它會產生反彈電壓。

接地反彈電壓主要是由于磁通量變化引起的。在DC/DC開關電源中，磁通量變化是由于在不同的電流環路面積之間高速切換DC電流引起的。

一個合理的布線應該將真正的地放在連接負載的底層，不會引起環路面積的變化或電流的變化。任何其它與導通相關的點都可以稱為“地”，但它只是沿著返回路徑的一點而已。

審核編輯：何安