電路接地在電路原理圖中看起來(lái)很簡(jiǎn)單；但是，電路的實(shí)際性能是由其印制電路板（PCB）布局決定的。而且，接地節(jié)點(diǎn)的分析很困難，特別是對(duì)于DC/DC變換器，例如降壓型和升壓型變換器，這些電路的接地節(jié)點(diǎn)會(huì)聚快速變化的大電流。當(dāng)接地節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)性能會(huì)遭受影響并且該系統(tǒng)會(huì)輻射電磁干擾（EMI）。但是如果很好地理解“接地“引起的接地噪聲的物理本質(zhì)可提供一種減小接地噪聲問(wèn)題的直觀認(rèn)識(shí)。

接地反彈（Groundbounce）簡(jiǎn)稱地彈會(huì)產(chǎn)生幅度為幾伏的瞬態(tài)電壓；最常見(jiàn)的是由磁通量變化引起的。傳輸電流的導(dǎo)線環(huán)路實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流成正比。磁通量與穿過(guò)環(huán)路面積和磁場(chǎng)強(qiáng)度乘積成正比。

磁通量∝磁場(chǎng)強(qiáng)度×環(huán)路面積

更精確的表示是，ΦB =BA cosφ

其中磁通量ΦB等于磁場(chǎng)強(qiáng)度B乘以穿過(guò)環(huán)路平面A和磁場(chǎng)方向與環(huán)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(guān)系。一個(gè)電壓源驅(qū)動(dòng)電流克服電阻沿導(dǎo)線環(huán)路流動(dòng)。電流與環(huán)繞導(dǎo)線的磁通量相關(guān)聯(lián)。為了將不同的物理量聯(lián)系起來(lái)，可以考慮用你的右手握住導(dǎo)線（應(yīng)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(chǎng)磁力線方向環(huán)繞導(dǎo)線。因?yàn)槟切┐帕€穿過(guò)環(huán)路，所以形成了磁通量，在本例中磁通量方向?yàn)榇┤腠?yè)面。

改變磁場(chǎng)強(qiáng)度或環(huán)路面積都會(huì)引起磁通量變化。當(dāng)磁通量變化時(shí)，在導(dǎo)線中產(chǎn)生與磁通量變化率dΦ B /d t成正比的電壓。應(yīng)該注意的是，當(dāng)環(huán)路面積固定，電流變化；或者電流恒定，環(huán)路面積變化；或者兩種情況同時(shí)變化——都會(huì)改變磁通量。

例如，假設(shè)圖2中的開(kāi)關(guān)突然斷開(kāi)。當(dāng)電流停止流動(dòng)時(shí)，磁通量消失，這會(huì)沿導(dǎo)線各處產(chǎn)生一個(gè)瞬態(tài)大電壓。如果導(dǎo)線的一部分是一個(gè)接地返回引腳，那么以地電平為參考端的電壓會(huì)產(chǎn)生一個(gè)尖峰，從而在任何使用該引腳為接地參考端的電路中都會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。

通常，PCB印制線電阻上的電壓降不是接地反彈的主要來(lái)源。1 盎司（oz）銅的電阻為500 微歐/方數(shù)（μΩ/□），因此1 A電流變化只能產(chǎn)生500 μV/□的反彈電壓——問(wèn)題只存在于采用細(xì)長(zhǎng)印制線或菊花鏈?zhǔn)浇拥鼗蚓?a target="_blank">電子電路。

寄生電容器的充電和放電為瞬態(tài)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(kāi)關(guān)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(huán)路面積和環(huán)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(kāi)關(guān)切換引起環(huán)路面積變化，因此產(chǎn)生磁通量的變化。在開(kāi)關(guān)狀態(tài)1中，一個(gè)理想的電壓源通過(guò)理想導(dǎo)線與一個(gè)理想電流源相連。電流在一個(gè)包含接地回路的環(huán)路中流動(dòng)。

在開(kāi)關(guān)狀態(tài)2中，當(dāng)開(kāi)關(guān)改變位置時(shí)，同樣的電流在不同的路徑中流動(dòng)。電流源為直流（DC），且并沒(méi)有變化，但環(huán)路面子發(fā)生了變化。環(huán)路面積的變化意味著磁通量的變化，所以產(chǎn)生了電壓。因?yàn)榻拥鼗芈窞樽兓h(huán)路的一部分，所以它會(huì)產(chǎn)生反彈電壓。

降壓型變換器的接地反彈

為了討論方便，將圖3中的簡(jiǎn)單電路變換成與其類似的電路——圖4中的降壓型變換器。

圖5示出當(dāng)開(kāi)關(guān)在兩個(gè)位置之間交替切換時(shí)磁通量如何變化。

大電感器L BUCK 使輸出電流大約保持恒定。類似地，大電容器C VIN 保持電壓大約等于V IN 。由于輸入引線電感兩端的電壓不變，所以輸入電流也大約保持恒定。

盡管輸入電流和輸出電流基本不變，但當(dāng)開(kāi)關(guān)從位置1切換到位置2時(shí)，總環(huán)路面積會(huì)迅速變?yōu)樵瓉?lái)的一半。環(huán)路面積的變化意味著磁通量的快速變化，從而沿著接地回路引起接地反彈。

實(shí)際上，降壓型變換器由一對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)構(gòu)成，如圖6所示。

雖然每個(gè)圖中的復(fù)雜程度增加，但是通過(guò)磁通量變化引起接地反彈的分析方法仍然很簡(jiǎn)單和直觀。

事實(shí)上，磁通量的變化會(huì)沿著接地回路各處都產(chǎn)生電壓，這就帶來(lái)了一個(gè)有趣的問(wèn)題：哪里是真正的地？因?yàn)榻拥胤磸椧馕吨鄬?duì)于稱作地的某個(gè)理想點(diǎn)（那一點(diǎn)需要定義），在接地返回印制線上產(chǎn)生一個(gè)反彈電壓。

在電源穩(wěn)壓器電路中，真實(shí)的地應(yīng)該連接在負(fù)載的低壓端。畢竟，DC/DC變換器的目的是為負(fù)載提供穩(wěn)定的電壓和電流。電流回路上的其它所有點(diǎn)都不是真正的地，只是接地回路的一部份。

由于在負(fù)載的低壓端接地并且環(huán)路面積的變化是接地反彈的原因，圖7顯示了如何精心地放置CVIN 通過(guò)減小環(huán)路面積變化的比率降低接地反彈。

電容器C VIN 旁路PCB頂層的高端開(kāi)關(guān)直接到達(dá)底層低端開(kāi)關(guān)兩端，因此減小了環(huán)路面積的變化，將其與接地回路隔離。當(dāng)開(kāi)關(guān)從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)時(shí)，從V IN 的底部到負(fù)載的底部，無(wú)環(huán)路面積變化或開(kāi)關(guān)電流變化。因此接地回路沒(méi)有發(fā)生反彈。

實(shí)際上，PCB布線本身決定了電路的性能。圖8為圖6中降壓型變換器電路原理圖的PCB布線圖。當(dāng)開(kāi)關(guān)處于狀態(tài)1所示的位置，高端開(kāi)關(guān)閉合，DC電流沿著外圈紅色環(huán)路流動(dòng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)處于狀態(tài)2所示的位置，低端開(kāi)關(guān)閉合，DC電流沿著藍(lán)色環(huán)路流動(dòng)。注意由于環(huán)路面積變化引起磁通量變化。因此產(chǎn)生電壓和接地反彈。

為了清晰起見(jiàn)，在單層PCB上實(shí)現(xiàn)布線，但即使使用第二層整塊接地平面也無(wú)法解決接地反彈問(wèn)題。在展示改進(jìn)布線圖之前，圖9給出了一個(gè)簡(jiǎn)單例子說(shuō)明地平面無(wú)法解決問(wèn)題。

這里，我們采用雙層PCB以便在與頂層電源線垂直處附加一個(gè)旁路電容。在左邊的例子中，地平面是整體的并且未切割。頂層印制線電流通過(guò)電容器流過(guò)，穿過(guò)過(guò)孔，到達(dá)地平面。

因?yàn)榻涣?AC)電總是沿著最小阻抗路徑流動(dòng)，接地返回電流繞著其路徑拐角返回電源。所以當(dāng)電流的幅度或頻率發(fā)生變化時(shí)，電流的磁場(chǎng)及其環(huán)路面積發(fā)生變化，從而改變磁通量。電流沿最小阻抗路徑流動(dòng)的規(guī)律意味著，即使采用整體地平面也會(huì)發(fā)生接地反彈——與其導(dǎo)通性無(wú)關(guān)。

在右邊的例子中，一個(gè)經(jīng)過(guò)合理規(guī)劃切割的地平面會(huì)限制返回電流以使環(huán)路面積最小，從而大大減小接地反彈。在切割返回線路內(nèi)產(chǎn)生的任何剩余接地反彈電壓與通用地平面隔離。

圖10中的PCB布線利用圖9中示出的原理減小了接地反彈。采用雙層PCB板以便將輸入電容器和兩個(gè)開(kāi)關(guān)安排在地平面的孤島上。

這種布線不必最好，但它工作很好，而且能夠說(shuō)明關(guān)鍵問(wèn)題。應(yīng)該注意紅色電流（狀態(tài)1）和藍(lán)色電流（狀態(tài)2）包圍的環(huán)路面積很大，但兩個(gè)環(huán)路面積之差很小。環(huán)路面積變換很小意味著磁通量的變化小——即接地反彈小。（然而，一般情況下，也要保證環(huán)路面積小——圖10只是為了說(shuō)明AC電流路徑匹配的重要性。）

另外，在磁場(chǎng)和環(huán)路面積發(fā)生變化的接地回路孤島內(nèi)，沿著任何接地回路引起的接地反彈都受接地切割限制。

此外，可能第一眼看上去，輸入電容器C VIN 好像沒(méi)有位于圖7中所示的頂層高端開(kāi)關(guān)和低層低端開(kāi)關(guān)之間，但進(jìn)一步觀察才會(huì)發(fā)現(xiàn)是這樣。盡管物理鄰近可以很好，但真正起作用的是通過(guò)最小化環(huán)路面積實(shí)現(xiàn)的電子接近。