如何缓解PCB设计中开关电源的地弹

升压型变换器中的接地反弹

升压型变换器实际上是降压型变换器的反射，因此——如图11所示——它是输出电容器，输出电容器必须放在顶层高端开关和底层低端开关底端之间以使环路面积变化最小。

图11. 按照降压型变换器将CVIN 放在关键位置相同的方法，升压型变换器将C VOUT 放在关键位置。a)不合理设计，b)合理设计。

小结

接地反弹电压主要是由于磁通量变化引起的。在DC/DC开关电源中，磁通量变化是由于在不同的电流环路面积之间高速切换DC电流引起的。但是精心放置降压型变换器的输入电容器和升压型变换器的输出电容器并且合理切割接地平面可以隔离接地反弹。然而，重要的是当切割地平面时必须谨慎以避免增加电路中其它返回电流的环路面积。

另外，一个合理的布线应该将真正的地放在连接负载的底层，不会引起环路面积的变化或电流的变化。任何其它与导通相关的点都可以称为“地”，但它只是沿着返回路径的一点而已。

其它用于接地分析的有用概念

如果你牢记下述基本概念，你就会清楚地知道什么情况会产生接地反弹，什么情况不会产生接地反弹。图12示出了相互垂直的两个导体不会遭受磁场的互相影响。

沿着相同方向传输相等电流的两条平行导线周围产生的磁力线在两条导线之间处会相互抵消，所以两条导线总储存能量要比单独一条导线储存的能量少。因此，PCB宽印制线的电感要比窄印制线小。

沿着相反方向传输相等电流的两条平行导线周围产生的磁力线在两条导线的外部相互抵消，而在两条导线之间处增强。如果内部环路面积缩小，那么总磁通量，所以电感也随之变小。该现象可以解释为何AC地平面的返回电流总是沿顶层印制线导线下方流动。

图15示出了为何拐角增加电感。一条直导线只能看到它自己的磁场，但是在拐角处，还能看到垂直导线的磁场。因此，拐角储存了更多的磁场能量，其电感要大于直导线。

图16示出了在传输流的导线下面切割接地平面，由于转移回路电流可增加环路面积，从而增大环路尺寸并且助长接地反弹。

元件方向的作用，如图17所示。

总结

接地反弹一直是一个潜在的问题。对于监视器或电视，它意味着图像有噪声；对于音频设备则意味着噪声本底。在数字系统系统中，接地反弹可能会导致计算错误——甚至是系统崩溃。

对于预测接地反弹幅度来说，仔细估计寄生元素和细致的仿真是有效的方法。但对指导电路设计的直觉，理解背后的物理原理是很必要的。

首先，设计PCB时，应该将负载的低压端设置为真正的地。

然后，用电流源和电压源容替大电感器和电容器以简化电路动态特性。观察每种开关组合下的电流环路。应该使环路重叠；如果无法做到重叠，应该精心地在地平面上切割出一个小岛以确保只有DC流入和流出孤岛开口。

在大多数情况下，经过这些努力可以获得可以接受的接地性能。如果还是不能，应该首先考虑地平面的电阻，然后考虑所有开关和进入返回路径的寄生电容器两端流过的位移电流。

无论什么电路，基本接地原理都是相同的——应该使磁通量的变化最小或者对它隔离。