8 單位面積的回路電感

下面是兩平面構成的電流回流路徑。平面A是信號路徑，平面B是返回路徑。平面越寬，電流分布越分散，平面的局部自感越小，導致整個回路的電感就越小。平面越長，局部自感就越大，導致整個回路電感越大。平面間距越小，平面間的互感越大，導致整個回路電感越小。

當平面寬度W遠大于兩平面間距離h時，兩平面間的回路電感可以用如下公式精確近似：

從上面公式可以看出，只要是正方形的平面對，它們的回路電感是一樣的，無論這兩種平面對的面積是否一樣大。即100mil的平面對，和1000mil的平面對，它們的回路電感一樣的。因此把正方形平面對的回路電感稱為單位面積的回路電感。

從上面公式還可以看出，電介質h的厚度越厚，回路電感就越大。軌道塌陷噪聲也會越大。這樣引起PDS噪聲越大，會引起EMI問題。這也是為什么在PCB疊層設計時，希望電源平面和地平面是相鄰層，并且間距盡量靠近。

要得到最低的回路電感，最優的電源和地互連方式，還是使用盡可能寬的、盡量靠近的平面。相對而言，過孔帶來的回路電感要小的多。

9 為什么PCB設計時，要在相同電源平面間多打via？

如下圖A和圖B。圖A是平面A和平面B通過平面C連接器來。電流從電源正極均勻流過三個平面，回到電源負極。圖B是平面A和平面B通過一個過孔相連。因為是通過過孔相連，電流不會均勻分布，靠近過孔的位置，電流密度大。因為電流密度大，產生的回路電感也大。

假設平面A和平面B的面積都是1英寸平方，平面C的長度時2mil，過孔的長度也是2mil，過孔的直徑是10mil。通過3D場求解器，可以得到圖A的回路電感是62pH，圖B的回路電感是252pH。圖B的回路電感增大，就像上述，是因為過孔導致電流密度變大。

當PCB設計導致電流密度越大時，局部自感和回路電感越大。把這種回路電感稱為擴散電感。增大平面A和平面B的接觸面積（平面C是最極端的情況，即跳過一個平面將平面A和平面B連接起來），電流密度會降低，擴散電感會減小。這也是為什么我們希望在相同平面多大via的原因，可以使電流密度降低，進而降低回路電感。

10 兩個回路之間的電感

之前的文章都在講單個回路的電感。本節簡述兩個獨立的電流回路之間的互感，它會帶來串擾問題。回路間電感就是第一條回路中有1A電流流過時，它所產生的環繞在第二條回路周圍的磁力線匝數。當第一條回路中的電流發生變化時，環繞在第二條回路周圍的磁力線匝數會改變，而且還會產生噪聲。

噪聲公式如下：

以上公式說明，只有在動態回路中有變化的電流時，在靜態回路中才會產生噪聲。這種情況只有在開關跳變時才會發生。此類噪聲稱為開關噪聲SSN。

減小噪聲的辦法是：減小這回路1和回路2的回路之間的互感。即①拉大兩個回路之間的距離。②減小各自回路的回路電感。

11 電感的分類總結

電感的重要性在于當電流變化時，流過電流的導體會產生感應電壓。和此導體接近的其他導體也會產生感應電壓。由此會產生各種各樣的信號完整性問題。下面是對之前各種電感定義的總結。

電感：流過單位安培電流時，環繞在導體周圍的磁力線匝數。

自感：導體中流過單位安培電流時，環繞在該導體周圍的磁力線匝數。

互感：某一導體流過單位安培電流時，環繞在另一導體周圍的磁力線匝數。

回路電感：流過單位安培電流時，環繞在整個電流回路周圍的磁力線總匝數。

回路自感：完整電流回路中流過單位安培電流時，環繞在該回路周圍的磁力線總匝數。

回路互感：某一完整電流回路流過單位安培電流時，環繞在另一回路周圍的磁力線總匝數。

局部電感：其他地方沒有電流存在時，環繞在該段導線周圍的磁力線匝數。

局部自感：僅在一段導線中有單位安培電流流過，而在其他地方沒有電流存在時，環繞在該段導線周圍的磁力線匝數。

局部互感：僅在一段導線中有單位安培電流流過，而在其他地方沒有電流存在時，環繞在另一段導線周圍的磁力線匝數。

有效電=凈電感=總電感：當整個回路流過單位安培電流時，環繞在一段導線周圍的磁力線總匝數，其中包括源自回路每一部分電流的磁力線。

等效電感：多個電感的串聯或者并聯相對應的單個自感的大小，其中包括互感的影響。