如何减小PCB设计中开关电源的地弹.doc
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1、如何减小PCB设计中开关电源的地弹接地反弹(Groundbounce)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,B =BA cos其中磁通量B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
2、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d B /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
3、主要来源。1 盎司(oz)铜的电阻为500 微欧/方数(/),因此1 A电流变化只能产生500 V/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
4、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。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。大电感器L BUCK 使输出电流大约保持恒定。类似地,大电容器C VIN 保持电压大约等于V IN 。由于输入引线电感两端的电压不变,所以输入电流也大约保持恒定。尽管输入电流和输出电流基本不变,但当开关从位置1切换到位置2时,总环路面积会迅速变为原来的一半。环路面积
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