回路电感详细介绍（环路电感）

相比于硬件工程师，PCB工程师对环路电感更敏感，因为环路电感和走线强相关，不管是信号完整性还是电源完整性都涉及到这个概念，一旦电路结构确定，环路电感也随之确定，如果环路电感初期评估失误将会给后期改版带来巨大风险。

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然而并不是所有人都清楚这个词背后的物理意义。

我们从自感、互感，最后再到环路电感进行完整的介绍，彻底搞懂环路电感，从根本上认识我们的走线对于环路电感的影响，以及如何优化PCB走线来减小环路电感。

自感

自感这个概念我们高中就学过，指的是当一个线圈中通入变化的电流，根据电磁感应原理，线圈会产生感应电动势阻碍这个变化的电流。下图中红色是输入的电流和它所产生的磁场方向，蓝色的是感应出来的电流和磁场方向，感应的电流和原始电流方向相反，进而产生阻抗。

自感可以理解为对交变电流的阻碍程度，自感越大，对电流的阻碍程度就越高，换句话说，相同频率下，电感量越高，则阻抗越大。

我们平用的电感元件内部一般就是绕线制作的，这个电感就是自感，下图是典型的多层电感器示意图。

电感基本参数详解

互感

互感反应的是两个线圈彼此之间的作用，当两个线圈彼此靠近时，一个线圈中通入变化的电流，会在另一个线圈中产生感应电动势，如果这个线圈有闭合回路，就会产生感应电流。

走线自感、互感

PCB走线也存在自感与互感，其形成原因与上面基本一致。一段导线中通入变化的电流，会在自身的导电平面上产生自感，同时又会在相邻平面上产生互感，自感与互感相叠加共同作用于信号。

环路电感

先建立信号路径与返回路径的概念，见下图，信号的传输路径分为信号路径和返回路径，在高速信号走线以及BUCK开关回路中，信号层的下面往往有完整的参考平面，回流会自动选择阻抗最小的路径，因此此时的回流路径就是信号路径在参考平面的投影。

环路电感计算公式：

环路电感 = 信号路径自感 + 返回路径自感 - 信号、返回路径互感

这是一个非常重要的公式

怎么减小走线的环路电感

从上面公式可以看出，减小环路电感的方法为减小信号路径和返回路径的自感，或者增加信号与返回路径之间的互感。

减小信号路径和返回路径自感的方法为缩短PCB走线，或者增加这段走线的线宽，其中缩短走线程度是最有效的手段，这就是我们走线是要尽量短的重要原因之一，而增加线宽效果不是非常明显。

增加信号路径与返回路径互感的方法为选择介质厚度更薄的PCB叠层结构，让信号路径和返回路径距离更近，或者是保证完整的参考平面，尤其是避免跨分割的出现。

我们通常所说的减小环路面积，指的就是增加信号路径和返回路径的互感，这个环路面积是信号与参考层之间的路径，并不是信号自身的走线面积，这点我们不要搞混了。

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