什么是电感以及它如何应用于接地弹跳？

了解电线中电流的物理原理以及为什么您应该关心即使是很小的电感。

PCB 设计人员经常从各种来源获取信息，包括“非主流和数据表”。为了做出正确的决策，您需要了解组件的基础物理和机械结构。本文着眼于应用于地弹的电感。

电流如何沿着电线传输？电磁学物理综述

电荷在其长度的一小部分上随机来回流动的导线将没有电流，也没有可测量的磁场。然而，如果该导线上的两个点之间存在电势差，则高电势能位置的电荷将开始迁移到较低电势能的位置，从而产生电流。

随着电流从零增加，一定量的能量将被转移到并存储在围绕电线的磁场中。随着时间的增加，电场和磁场的变化将沿着导线向外传播。电场和磁场的这些变化以快速但有限的速度发生，该速度由电线及其周围环境的介电常数和磁导率决定。

在下图中，显示了一根电线（绿色/红色圆柱体），并以圆形横截面切片显示了伴随的磁场。导线的绿色/红色代表 0 V 和 1 V 电位。

当导线的左端从 0 V 转变为 1 V 时，电荷开始向右移动，产生围绕导线的磁场。当导线恢复到 0 时，磁场就会消失。 

该视觉辅助工具表明，向电磁场的转变需要时间来传播。这是马克·休斯的一种艺术诠释，而不是严格的数学模型。

当电流恒定时，磁场保持恒定。如果电流减少，磁场就会减少，但在它进行斗争之前就会减少。  

先前存储在磁场中的能量以电势差的形式快速转换为电能，从而感应出沿导体长度流动的电流。经过一段时间，磁场能量和电势差衰减为零。

电感器的作用

电感器能够产生大的瞬时电压，这是升压转换器中经常利用的特性。如果电流幅度可以在很短的时间内发生变化，就像开关状态期间经常出现的情况一样，那么即使电路的电感非常低，所产生的电势差也将很大。

三角形\text{V}=?Lfrac{ ext{dI}}{ ext{dt}}

碰巧的是，现代集成电路的设计具有非常低的上升和下降时间（<10 -9 s），具有多个共享相同 Vss 和 Gnd 线（这会增加同时切换期间的电流）的输出引脚，并且具有非常小的噪声裕度。这意味着我们甚至需要关注非常小的电感。

在开关期间，感应电压可能会导致 IC 的 Gnd 和 Vss 电位与电路其余部分的 Gnd 和 Vss 电位显着不同。

封装电感

IC 封装内部有一个小芯片。芯片上的焊盘通过细接合线连接到外部封装引脚。这些电线具有少量但不小的电感。开关间隔短，加上封装电感（主要归因于键合线），可能会导致封装引脚和 IC 芯片上的半导体之间产生显着电压。

大多数 PCB 设计人员无法控制封装结构，但他们有时可以在设计中选择较小的封装或倒装芯片封装 - QFN 封装几乎肯定比包含相同芯片的 DIP 封装具有更低的封装电感。

每个 IC 封装内部都有一个芯片，通常通过键合线物理连接到 IC 封装的引脚。

走线电感

与封装电感不同，您可以操纵 PCB 设计来减少或增加电路的电感。尽可能采取措施降低电感。为此，请为所有信号线提供直接、不间断的返回路径，在信号过孔附近提供接地返回过孔，并在相邻层上提供不间断的接地层。如需了解更多信息，请参阅此TI 应用笔记。

虚拟电路的 3D 横截面和顶视图显示了通过任意组件的垂直和水平方向的电流路径。所有变化的信号线都会找到一条返回源的路径。