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回路电感(环路电感)详细解析

作者:点击:735 发布时间:2022-12-29

与硬件工程师相比,PCB工程师对环路电感更敏感,因为环路电感与接线密切相关,信号完整性和电源完整性都涉及到这个概念。一旦确定了电路结构,也确定了环路电感。如果环路电感的初始评估错误,将给以后的修订带来巨大的风险。

然而,并不是每个人都知道这个词背后的物理意义。

我们从自我感知、相互感知,最后完全介绍环路电感,彻底了解环路电感,从根本上了解我们的布线对环路电感的影响,以及如何优化PCB减少环路电感。

电容和电感

自感

我们在高中学到了自我感知的概念,这意味着当一个线圈进入变化电流时,根据电磁感应原理,线圈会产生感应电势,阻碍变化电流。在下图中,红色是输入电流及其磁场方向,蓝色是感应电流和磁场方向,感应电流与原电流方向相反,然后产生阻抗。

自感可以理解为交变电流的障碍。自感越大,电流的障碍就越高。换句话说,在相同的频率下,电感越高,阻抗就越大。

我们平时使用的电感元件一般都是绕线制作的,这种电感是自感,下图是典型的多层电感示意图。

详细说明电感基本参数

2. 互感

互感反应是两个线圈之间的作用。当两个线圈相互靠近时,一个线圈中通向变化的电流会在另一个线圈中产生感应电势。如果该线圈有一个封闭的电路,则会产生感应电流。

3. 走线自感,互感

PCB布线也有自我感觉和相互感觉,其形成原因与上述基本相同。导线中通过变化的电流会在自己的导电平面上产生自我感觉,并在相邻的平面上产生相互感觉。自我感觉和相互感觉叠加在信号中。

4. 环路电感

首先建立信号路径和返回路径的概念。如下图所示,信号传输路径分为信号路径和返回路径。BUCK在开关电路中,信号层下方通常有一个完整的参考平面,回流会自动选择阻抗最小的路径。因此,此时的回流路径是参考平面上信号路径的投影。

环路电感计算公式:

环路电感 = 自感信号路径   返回路径自感 - 返回路径的信号和互感

这是一个非常重要的公式

5. 如何减少走线环路电感

从上述公式可以看出,减少环路电感的方法是减少信号路径和返回路径的自感,或增加信号和返回路径之间的互感。

缩短信号路径和返回路径自感的方法是缩短PCB缩短线宽是最有效的手段,这是我们尽可能短的重要原因之一,增加线宽的效果不是很明显。

增加信号路径与返回路径互感的方法是选择介质厚度较薄的方法PCB层压结构使信号路径更接近返回路径,或确保完整的参考平面,特别是避免跨分割。

我们通常所说的减少环路面积是指增加信号路径和返回路径之间的互感。这个环路面积是信号和参考层之间的路径,而不是信号本身的接线面积。我们不应该混淆这一点。


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