原创 减小DC/DC变换器中的接 地反弹——一些接地要点

电路接地1在电路原理图中看起来很简单；但是，电路的实际性能是由其印

制电路板（PCB）布局决定的。而且，接地节点的分析很困难，特别是对于

DC/DC变换器，例如降压型和升压型变换器，这些电路的接地节点会聚快

速变化的大电流。当接地节点移动时，系统性能会遭受影响并且该系统会

辐射电磁干扰（EMI）。但是如果很好地理解“接地“引起的接地噪声的物

理本质可提供一种减小接地噪声问题的直观认识。

接地反弹（Ground bounce）简称地弹会产生幅度为几伏的瞬态电压；最

常见的是由磁通量变化引起的。传输电流的导线环路实际上构成了一个

磁场，其磁场强度与电流成正比。磁通量与穿过环路面积和磁场强度乘

积成正比。

磁通量∝磁场强度×环路面积

更精确的表示是，ΦB = BA cosφ

其中磁通量ΦB等于磁场强度B乘以穿过环路平面A和磁场方向与环路平

面单位矢量夹角φ的余弦。

图1示出了磁通量与电流之间的关系。一个电压源驱动电流克服电

阻沿导线环路流动。电流与环绕导线的磁通量相关联。为了将不

同的物理量联系起来，可以考虑用你的右手握住导线（应用右手

定则）。如果你的拇指指向电流的方向，那么你的其它手指将沿

磁场磁力线方向环绕导线。因为那些磁力线穿过环路，所以形成

了磁通量，在本例中磁通量方向为穿入页面。

改变磁场强度或环路面积都会引起磁通量变化。当磁通量变化时，在导线中产生与磁通量变化率dΦB/d t成正比的电压。应该注意的是，当环路面积固定，电流变化；或者电流恒定，环路面积变化；或者两种情况同时变化——都会改变磁通量

例如，假设图2中的开关突然断开。当电流停止流动时，磁通量消失，这会沿导线各处产生一个瞬态大电压。如果导线的一部分是一个接地返回引脚，那么以地电平为参考端的电压会产生一个尖峰，从而在任何使用该引脚为接地参考端的电路中都会产生错误信号。

通常，PCB印制线电阻上的电压降不是接地反弹的主要来源。1 盎

司（oz）铜的电阻为500 微欧/方数（μΩ/□），因此1 A电流变化

只能产生500 μV/□的反弹电压——问题只存在于采用细长印制线

或菊花链式接地或精密电子电路。

寄生电容器的充电和放电为瞬态大电流返回到地提供了一条路

径。由于电流变化引起的磁通量变化也引起接地反弹。

在DC/DC开关电源中减少接地反弹的最好方法就是控制磁通量变

化——使电流环路面积和环路面积变化最小。

在某些情况下，例如图3所示，电流保持恒定，而开关切换引起

环路面积变化，因此产生磁通量的变化。在开关状态1中，一个

理想的电压源通过理想导线与一个理想电流源相连。电流在一个

包含接地回路的环路中流动。

在开关状态2中，当开关改变位置时，同样的电流在不同的路径中

流动。电流源为直流（DC），且并没有变化，但环路面子发生了

变化。环路面积的变化意味着磁通量的变化，所以产生了电压。

因为接地回路为变化环路的一部分，所以它会产生反弹电压。

降压型变换器的接地反弹

为了讨论方便，将图3中的简单电路变换成与其类似的电路——图4中的降压型变换器。

在高频时，一个大电容器——例如降压型变换器输入电容器，CVIN——可

以看作一个DC电压源。类似地，一个大电感器——例如降压型变换器输出电感器，LBUCK——也可以看作一个DC电流源。所做的这些近似有助于直观理解。

图5示出当开关在两个位置之间交替切换时磁通量如何变化。