dc/dc開關式電源轉換器的物理干擾眾人皆知，除非系統和電路圖都經過了精心設計。這些轉換器會對電氣地注入多余的電荷，產生虛假的數字信號、翻轉的雙倍時鐘、電磁干擾、模擬電壓誤差，還可能是有害的高電壓。隨著這類設計復雜性的增加以及應用的密集使用，物理電路的實現已開始在系統的電氣完整性中扮演一個重要的角色。為解決這些問題，你需要了解如何減少兩類主要的地噪聲源。

　　地噪聲問題一

　　圖1是一個有恒定負載電流的理想降壓轉換器。開關S1和S2作來回轉換，斬斷著降壓電感和降壓電容上的輸入電壓。電感電流或電容電壓都不能突然地改變，而負載電流是恒定的。所有開關電壓與電流應分別成功地跨過降壓電感，或通過降壓電容，因為一個理想的降壓轉換器不會產生地噪聲。但有經驗的設計者知道，降壓轉換器是一個臭名昭著的噪聲源。這意味著，圖1中的電路缺少了一些關鍵的物理元件。

　　圖1，在一個降壓轉換器電路中，電感器的電流不能瞬時改變，因此難以判斷一個理想降壓轉換器中的地彈跳來源。

　　無論何時，只要有電荷移動，就會產生一個磁場。一根導線、一只電阻、一只晶體管、一個超導體，或一個電容極板間的電流都會產生磁場。磁通量是通過一個電流環路面積的磁感應強度，它等于以直角切割環路面積的磁感應強度與環路面積的乘積：φB=B×A，其中φB是磁通量，B是磁感應強度，而A是電流環路面積。以某個距離環繞一根導線的磁感應強度與導線中的電流成正比，B=μoI/2πr，其中r為距離。

　　電子元件都有長度，電荷必須沿各個導線段，從一個器件移到另一個器件。移動的電荷就產生了一個磁場，于是我們可以改進圖1中的電路。圖2是一個簡單降壓轉換器的更好模型。圖2中，導線仍保持理想狀態，不過電流在從一個電子元件移動到另一個元件時，必須在每段中流過一個距離。當這個電荷流動時，通過S1和S2開關的循環，磁場環繞著通電的導線，并有磁通通過。

　　圖2，變化的磁通會產生電壓（a）。當一個降壓轉換時，變化的電流回路路徑產生一個變化的磁通，并導致地彈跳（b）。

　　S1和S2電流回路面積的變化是開關轉換器地噪聲的第一個主要來源。在每個開關周期中， 輸入電壓-S1-地這個回路中的磁通都會增加和衰減。這種變化的磁通會在該回路的各個地方感應出電壓，包括理想的接地回路線。沒有任何銅箔（哪怕是一個超導體）能夠消除這種感應電壓。唯一有用的方法是降低變化的磁通。

　　變化的磁通有三大要素：變化率、磁場強度和回路面積。由于時鐘頻率和最大輸出電流可能有設計上的要求，因此盡量減小回路面積就成為最佳方法。感應系數與磁通量成正比。

　　圖3是圖2的一個電氣模型，其中寄生電感LP1中的電流變化產生了地噪聲，而寄生電感LP2中的恒定電流則沒有貢獻。雖然圖3以一種類似的方式表述了問題，但它是圖2中物理增強模型的一個不良替代品。圖3顯示了LP1和 LP2上的寄生感應電壓，而這種結構會在一個有磁通變化的回路各處都感應出電壓。不過，這個電路部件仍能用于展示如何降低感應的地噪聲。

　　圖3，LP1中變化的電流產生了地彈跳，而LP2中的恒定電流則沒有。

　　在圖3中，地回路電流流過LP1并發生變化，它造成了一種電壓彈跳問題。仔細布放輸入電容可以減小寄生磁通面積，并讓變化的降壓電流走一個不包含在接地回路的路徑（圖4）。此時，寄生電感LP1和LP2中的電流是恒定的，因此地電壓穩定不變。磁通面積的減小亦成比例地降低了EMI，以及所有其它有害的感應回路電壓。

　　圖4，仔細地布放輸入電容，盡量減小變化回路的面積，并仔細地布放地回路的變化電流路徑，可以消除地彈跳。

　　開關轉換器接地噪聲的第一個重要來源是磁通面積不斷變化的結果。良好的PCB設計通過走線的布放和仔細布置的旁路電容，能盡量減少變化的電流回路面積，以及接地回路路徑中變化的電流。

　　地噪聲問題二