回路電感詳細(xì)介紹，什么是環(huán)路面積？

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相比于硬件工程師，PCB工程師對(duì)環(huán)路電感更敏感，因?yàn)榄h(huán)路電感和走線強(qiáng)相關(guān)，不管是信號(hào)完整性還是電源完整性都有涉及，一旦走線確定，環(huán)路電感也隨之確定，如果環(huán)路電感初期評(píng)估失誤將會(huì)給后期改版帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。

然而并不是所有人都清楚這個(gè)詞背后的物理意義。

我們從自感、互感，最后再到環(huán)路電感進(jìn)行完整的介紹，徹底搞懂環(huán)路電感，從根本上認(rèn)識(shí)我們的走線對(duì)于環(huán)路電感的影響，以及如何優(yōu)化PCB走線來減小環(huán)路電感。

1. 自感

   
   

自感這個(gè)概念我們高中就學(xué)過，指的是當(dāng)一個(gè)線圈中通入變化的電流，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙這個(gè)變化的電流。下圖中紅色是輸入的電流和它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，藍(lán)色的是感應(yīng)出來的電流和磁場(chǎng)方向，感應(yīng)的電流和原始電流方向相反，進(jìn)而產(chǎn)生阻抗。

自感可以理解為對(duì)交變電流的阻礙程度，自感越大，對(duì)電流的阻礙程度就越高，換句話說，相同頻率下，電感量越高，則阻抗越大。

我們平時(shí)用的電感元件內(nèi)部一般就是繞線制作的，這個(gè)電感就是自感，下圖是典型的多層電感器示意圖。

1. 互感

   
   

互感反應(yīng)的是兩個(gè)線圈彼此之間的作用，當(dāng)兩個(gè)線圈彼此靠近時(shí)，一個(gè)線圈中通入變化的電流，會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果這個(gè)線圈有閉合回路，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

• 走線自感、互感

  
  

PCB走線也存在自感與互感，其形成原因與上面基本一致。一段導(dǎo)線中通入變化的電流，會(huì)在自身的導(dǎo)電平面上產(chǎn)生自感，同時(shí)又會(huì)在相鄰平面上產(chǎn)生互感，自感與互感相疊加共同作用于信號(hào)。

• 環(huán)路電感

  
  

先建立信號(hào)路徑與返回路徑的概念，見下圖，信號(hào)的傳輸路徑分為信號(hào)路徑和返回路徑，在高速信號(hào)走線以及開關(guān)回路中，信號(hào)層的下面往往有完整的參考平面，回流會(huì)自動(dòng)選擇阻抗最小的路徑，因此此時(shí)的回流路徑就是信號(hào)路徑在參考平面的投影。

環(huán)路電感計(jì)算公式：

環(huán)路電感 = 信號(hào)路徑自感 返回路徑自感 - 信號(hào)、返回路徑互感

這是一個(gè)非常重要的公式！

• 怎么減小走線的環(huán)路電感

  
  

從上面公式可以看出，減小環(huán)路電感的方法為減小信號(hào)路徑和返回路徑的自感，或者增加信號(hào)與返回路徑之間的互感。

減小信號(hào)路徑和返回路徑自感的方法為縮短PCB走線，或者增加這段走線的線寬，其中縮短走線程度是最有效的手段，這就是我們走線是要盡量短的重要原因之一，而增加線寬效果有限。

增加信號(hào)路徑與返回路徑互感的方法為選擇介質(zhì)厚度更薄的PCB疊層，讓信號(hào)路徑和返回路徑距離更近，或者是保證完整的參考平面，尤其是避免跨分割的出現(xiàn)。

我們通常所說的減小環(huán)路面積，指的是減小信號(hào)路徑和返回路徑的距離，距離近了互感就大了，環(huán)路電感就小了，這個(gè)環(huán)路面積是信號(hào)與參考層之間的路徑，并不單單是信號(hào)自身的走線面積，這點(diǎn)我們不要搞混了。

---The end---