地彈（Ground Bounce）和振鈴（Ringing）是數字電路中常見的信號完整性問題，兩者都與高速開關和寄生參數有關，但表現形式和成因不同。以下是它們的對比及解決方法：

1. 地彈（Ground Bounce）

定義

地彈是電源或地平面上的瞬時電壓波動，通常由高速開關引起的電流突變和寄生電感導致。

成因

• 寄生電感：電源和地路徑中的寄生電感（L）在電流突變（di?/dt）時產生電壓波動（V=L?di/dt?）。
• 高速開關：快速開關導致電流迅速變化，加劇電壓波動。
• PCB布局問題：電源和地路徑過長或設計不合理，增加寄生電感。

表現形式

• 地平面或電源平面上的電壓波動。
• 可能導致邏輯電平錯誤（如高電平被誤判為低電平）。

影響

• 信號完整性下降。
• 增加噪聲，干擾其他電路。
• 嚴重時可能導致器件損壞。

解決方法

• 優化PCB布局：縮短電源和地路徑，減少寄生電感。
• 增加去耦電容：在電源引腳附近放置去耦電容，提供瞬時電流。
• 使用多層板：增加地平面和電源平面，降低阻抗。
• 增加電源和地引腳：降低路徑阻抗，減少電壓波動。

2. 振鈴（Ringing）

定義

振鈴是信號在跳變時產生的衰減振蕩，通常由傳輸線阻抗不匹配和寄生參數引起。

成因

• 阻抗不匹配：信號源、傳輸線和負載阻抗不匹配，導致信號反射。
• 寄生電感和電容：電路中的寄生電感和電容形成LC諧振電路，產生振蕩。
• 高速信號：信號邊沿速率過快，加劇振鈴現象。

表現形式

• 信號跳變后出現衰減振蕩（如過沖和下沖）。
• 振蕩頻率由寄生電感和電容決定。

影響

• 信號失真，可能導致誤觸發。
• 增加電磁干擾（EMI）。
• 可能損壞器件（如過壓導致器件擊穿）。

解決方法

• 阻抗匹配：確保信號源、傳輸線和負載阻抗匹配。
• 增加阻尼電阻：在信號路徑中串聯小電阻，抑制振蕩。
• 優化PCB布線：減少寄生電感和電容，如縮短走線、避免銳角布線。
• 使用終端匹配：如源端匹配、終端匹配或并聯端接電阻。

3. 地彈與振鈴的對比

特性	地彈（Ground Bounce）	振鈴（Ringing）
定義	電源或地平面上的電壓波動	信號跳變時的衰減振蕩
成因	寄生電感和高速開關引起的電流突變	阻抗不匹配和寄生LC諧振
表現形式	地平面或電源平面上的電壓波動	信號跳變后的過沖、下沖和振蕩
主要影響	邏輯電平錯誤、噪聲干擾	信號失真、電磁干擾、器件損壞
解決方法	優化PCB布局、增加去耦電容、使用多層板	阻抗匹配、增加阻尼電阻、優化布線

4. 綜合解決方案

• 優化PCB設計：
  • 使用多層板，增加地平面和電源平面。
  • 縮短關鍵信號走線，減少寄生參數。
• 合理布局去耦電容：
  • 在電源引腳附近放置去耦電容，抑制地彈。
  • 選擇合適容值的電容，覆蓋高頻和低頻噪聲。
• 阻抗匹配：
  • 確保信號源、傳輸線和負載阻抗匹配，減少振鈴。
  • 使用終端匹配電阻或串聯阻尼電阻。
• 降低信號邊沿速率：
  • 適當降低信號邊沿速率，減少電流突變和振蕩。

總結

• 地彈是電源或地平面上的電壓波動，主要由寄生電感和高速開關引起。
• 振鈴是信號跳變時的衰減振蕩，主要由阻抗不匹配和寄生LC諧振引起。

通過優化PCB設計、合理使用去耦電容、阻抗匹配和降低信號邊沿速率，可以有效抑制地彈和振鈴，提升信號完整性和系統穩定性。