01.
前 言
在昨天半桥电路测试电路中，测试了开关恒流电路中的电流波形。不过，使用了探针测量的时候，会发现在电流波形上出现了很多幅度很高的干扰毛刺波形。
这些信号叠加在正常的电流波形之上，干扰信号都发生在 PWM 半桥通断转换的过程中。这显然是因为测量观察接地点选择不当引起的。下面对此进行分析。
02.
问题分析
这是测试电路的PCB版图，半桥输出的PWM电压，通过外部的带有平波电感的电阻负载，产生的电流在采样电阻 R28 上形成电压信号。这个信号经过R23和C20低通滤波之后形成采样的低频信号。
按理来说，由于负载中带有电感，所以电流采样信号中不应该出现尖峰脉冲，但是，在昨天测量的时候，测量地线选择是电路板的电源接口，这样，电路板上的这段公共地线就形成了共地干扰。下面，将示波器探头的输入端和地线直接放在采样电阻附近，查看一下观察到的电压波形，看是否可以消除这种尖峰脉冲信号。
03.
测量结果
使用两个探针夹子将局部测量点的信号与地线直接连接到示波器的探头。这个探头连接到这台稍微老旧的示波器上面。另外一个探头则连接探针对外引线，它的地线是连接在电路板的供电端。电压波形同时显示在另外一台示波器上。
可以看到，测量局部地线和信号线的示波器波形非常干净，虽然还有一些干扰，但是幅值小得多了。对比接地在电源端的示波器探头，它上面的共地干扰的幅度则非常明显。
▲ 图1.3.1 测量地线在电源端口地线对应的波形
▲ 图1.3.2 测量地线在局部对应的波形 虽然改善了测量探头接地， 但是还是能够在电流波形中观察到高频震荡。 下图是半桥电路在打开瞬间出现的高频震荡波形。 展开测量可以看到居然频率高达 17MHz。 这是在电流信号中出现高频信号的主要原因。那么问题来了， 这个震荡是怎么产生的呢？
问题还是出在电路板制作工艺上。由于使用的单面覆铜板制作的测试电路。所以功率半桥所需要的24V电源线只能从最右边进行连接。 这条电源线的寄生电感就和半桥上MOS 管形成了电容电感谐振。 为了减少上桥臂电源线寄生电感的影响， 下面在上管和下桥臂地线之间搭建一个电源滤波电容。如下图所示：
在下图中， 可以看到将一个钽电容焊接在下管的源极， 再使用导线连接到上管的电源线， 给功率半桥的电源提供了局部的滤波。
增加这个局部电源滤波电容之后， 效果还是非常明显的。 示波器观察半桥输出， 在上升沿的震荡几乎就笑出了。进而采样电流中的高频干扰也就消失了。
由此可见， 电路中电流信号中的尖脉冲干扰信号是因为半桥电路局部工作电源没有能够去耦造成的。在电子电路设计中，消除共地干扰至关重要。通过优化PCB布线和工艺，可以显著减少干扰信号，提高电路的性能和稳定性。共地干扰通常是由于电流通过公共地线时产生的寄生电感和电容引起的。通过合理的布线和选择适当的PCB工艺，可以有效地减少这些干扰。
04.
抑制干扰
那么，如何能够有效消除共地干扰呢？
首先，通过优化PCB布线可以减少共地干扰。例如，在设计电路时，尽量将高频和低频电路分开，避免它们共享同一条地线。使用星型接地方式，使各部分电路的接地线独立汇集到一个公共接地点，可以减少地线上的电压差。此外，增加电源和地线的铜箔宽度，降低导线的阻抗，也能有效减少干扰。
其次，通过选择适当的PCB工艺来消除共地干扰。使用多层板可以将电源和地线分离到不同的层中，减少电源和地线间的寄生电容和电感。高多层板的工艺能够提供更好的电磁兼容性和信号完整性。例如，使用6层或以上的多层板，可以更有效地分配电源和地线层，减少电磁干扰。
05.
高多层板
高多层板具有显著的优势，尤其是在复杂电路设计中。它们可以提供更高的布线密度和更好的电气性能，使得信号传输更加稳定和可靠。多层板的设计使得电源和地线能够通过独立的层进行分离，减少了电源和地线之间的干扰，提高了电路的性能。此外，高多层板还可以减少电路板的尺寸和重量，适用于高性能和紧凑型电子产品。
实际上，利用多层板提高电路工作稳定性，大部分电子工程师都是了解的，但是之前苦于高多层制板工艺的价格比较昂贵， 制作多层板的念头就打消了。好在嘉立创可以提供6层板免费打样服务，最近看到他们的推文说6层板免费打样福利升级了，不仅取消了原来免费打样必须要求包含有BGA设计的限制；还增加了免费打样券转让的功能，使得更多工程师能够受益。
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当然了，免费打样仅仅针对研发过程，如果最终确定使用高多层板制作电路， 除了在原理上对电路性能进行验证之外，还需要对电路板生产费用进行核算，可以参考嘉立创制作 6层板的收费标准。