高速电路PCB的地弹是怎么一回事

如图所示为一完整信号回路，U1为驱动器；U2为接收器；L1、L3分别为元件UI信号输出引脚和地引脚的封装电感；L2、L4分别为元件U2信号输出引脚和地引脚的封装电感。考虑一种简单的情况，信号路径的参考平面为器件UI、U2的“地”，而且元件的信号引脚和地引脚距离不紧邻。

图 地弹产生机理

根据基本电磁定律，当回路中有电流通过时，信号路径和返回路径周围都会产生磁力线圈，其中一条路径周围的磁力线｀总匝数是由该路径中电流所产生的磁力线圈（自磁力线圈）和其周围其他电流路径所产生的磁力线圈（互磁力线圈）两部分组成。也就是说信号电流流经的导体存在电感，而且其总电感由两部分组成：自感和互感。两个路径的电流方向相反，磁力线圈的方向也相反，所以，一条路径的总电感是自感和互感之差。如果信号路径的自感为LA；返回路径的自感为LB；两者之间的互感为LAB；则信号路径和返回路径的总电感分别为

如果回路的电流发生变化，所有的电感两端都会产生一个感应电压。在回路径上所产生的电压为地弹（Ground Bounce），地弹电压取决于电流变化的快慢，大小为

地弹是返回路径上两点之间的电压，它是因回路中快速变化的电流而产生的。地弹对驱动端影响不大，主要影响接收，相当于叠加在接收信号上的噪声。若有多个输出门同时转换状态，则地弹噪声将增加若干倍，也就是同步开关噪声。

减小地弹电压只有两个途径：

· 尽量减小回路电流的变化。这就意味着降低边沿变化率和限制共用返回路径的信号路径数目；

· 其次，尽可能减小返回路径电感。减小返回路径电感包括两个方面：减小返回路径的自感和增大信号路径与返回路径之间的互感。减小自感，意味着使返回路径尽可能宽松：而增大互感就意味着使返回路径和信号路径尽可能地靠近。

下面是一些具体措施：

· 使用多层板布局电源和地参考平面，将元件的电源引脚和地引脚直接焊在平面上，确保最低的电源或地引脚电感和阻抗；

· 尽量使用低开关速度的元件；

· 对于元件，封装时可增加地引脚，为功率级另外分配电源引脚，为输入电路分配一个地参考引脚；

· 采用查分输入方式；

· 避免使用插座和绕线板；

· 去耦电容尽量靠近元件的地引脚。

地弹是逻辑元件产生的噪声源，由于信号的边沿速率和电压开关的速度越来越快，地弹有时候会成为一个严重的问题，在设计时应多加注意。