在数字电路的原理图中，数字信号从一个逻辑门传输到另一个逻辑门，信号从输出端传输到接收端，似乎是单向流动，许多数字工程师认为电路不相关，毕竟，驱动和接收器指定为电压模式设备，为什么要考虑电流！事实上，基本电路理论告诉我们，信号是通过电流传播的，明确是电子运动，电子流的特点之一是电子从不停留在任何地方，无论电流在哪里，都必须回来，所以电流总是在电路中流动，电路中的任何信号都以封闭电路的形式存在。对于高频信号传输，实际上是充电传输线与直流层之间夹紧的介质电容的过程。
数字电路通常在地面和电源平面的帮助下完成回流。高频信号和低频信号的回流路径不同。低频信号回流选择最低阻抗路径，高频信号回流选择最低阻抗路径。
当电流从信号驱动器开始，通过信号线，注入信号接收端时，总会有相反方向的返回电流：从负载引脚开始，通过涂铜平面流向信号源，与流经信号线的电流形成闭路。流经铜平面的电流引起的噪声频率等于信号频率，信号频率越高，噪声频率越高。逻辑门不响应绝对的输入信号，而是响应输入信号与参考引脚之间的差异。单点结束的电路响应引入信号及其逻辑参考平面的差异，因此参考平面上的干扰和信号路径上的干扰同样重要。逻辑门响应输入引脚和指定的参考引脚，我们不知道哪个是指定的参考引脚(对于TTL，通常是负电源，对ECL通常是正电源，但不是全部)。就这种性质而言，差分信号的抗干扰能力对地弹噪声和电源平面滑动有很好的效果。
当PCB当板上的许多数字信号同步切换(如CPU数据总线、地址总线等。)，这导致瞬态负载电流从电源流入电路或从电路流入地线。由于电源线和地线上的阻抗，会产生同步切换噪声(SSN)，地平面反弹噪声(简称地弹)也会出现在地线上。当印刷板上的电源线和接地线的周围区域越大，辐射能量就越大。因此，我们分析了数字芯片的切换状态，并采取措施控制回流，以减少周围区域，减少辐射程度。
实例解释：
IC一是信号输出端，IC2.信号输入端(简化)PCB模型，假设接收端含有下接电阻)，第三层为地层。IC1和IC地均来自第三层。TOP层右上角为电源平面，接收电源正极。C1和C2分别为IC1、IC2的退耦电容。图上所示的芯片的电源和地脚均为发、收信号端的供电电源和地。
如果是低频S一端输出高电平，整个电流电路由电源通过接VCC电源平面，然后通过橙色路径进入IC1，然后从S一端出来，第二层的导线通过R1端进入IC2，然后进入GND层，通过红色路径回到电源负极。
在高频时，PCB分布特性对信号有很大的影响。我们常说的地回流是高频信号中经常遇到的问题。当S1到R当1的信号线中有增加的电流时，外部磁场变化迅速，使附近的导体感应到反向电流。如果第三层的地平面是完整的地平面，则在地平面上产生蓝色虚线标记的电流TOP如果层有一个完整的电源平面，也会在TOP沿蓝色虚线有一个回流。此时，信号电路的电流电路最小，向外辐射能量最小，外部信号耦合能力最小。(高频时趋肤效果也是向外辐射能量最小的，原理是一样的。）
由于高频信号电平和电流变化迅速，但变化周期短，所需能量不大，因此芯片最接近芯片的退耦电容器。当C1足够大，反应足够快(很低)ESR瓷片电容通常用于值。瓷片电容的ESR远低于钽电容器。），橙色路径位于顶层，橙色路径位于顶层GND层的红色路径可以看作是不存在的(有与整板电源相对应的电流，而不是与图形信号相对应的电流)。
因此，根据图中结构的环境，电流的整个通道是：由C1的正极→IC1的VCC→S1→L2信号线→R1→IC2的 GND→过孔→GND层层黄色路径→过孔→电容负极。可以看出，电流的垂直方向有一个棕色等效电流，中间会感应到磁场。同时，这个环很容易耦合到外部干扰。如果与图中的信号为时钟信号，则有一组8bit数据线由同一芯片的同一电源供电，电流回流路径相同。如果数据线电平同时向同一方向翻转，时钟上会感应到很大的反向电流。如果时钟线匹配不好，串扰就足以对时钟信号产生致命影响。这种串扰不是与干扰源的绝对值成正比，而是与干扰源的电流变化率成正比。对于纯电阻负载，串扰电流与dI/dt=dV /(T?10%-90%*R)。式中的dI/dt (电流变化率)，dV(干扰源的摆幅)和R(干扰源负载)是指干扰源的参数(如果是容性负载，dI/dt是与T?10%-90%的平方成反比的。)。从公式上可以看出，低频信号不一定比高速信号串扰小。也就是说：1KHz信号不一定是低速信号，要综合考虑沿线情况。对于边缘陡峭的信号，它许多谐波成分，每个频点都有很大的振幅。因此，在选择设备时也要注意，不要盲目选择开关速度快的芯片，不仅成本高，而且增加串扰和EMC问题。
任何相邻的电源层或其他平面，只要信号两端有合适的电容器GND低电抗通路，那么这个平面就可以作为这个信号的回流平面。在正常应用中，收发相应的芯片IO电源通常是一致的，每个电源和地面之间通常有0.01-0.1uF电源平面的回流效果仅次于地平面，而这些电容正好在信号的两端。借用其他电源平面进行回流，信号两端往往没有低电抗通路。这样，在相邻平面上感应到的电流就会找到最近的电容器回到地面。如果最近的电容器离开始或终端很远，回流也需要长途旅行才能形成一个完整的回流通路，这也是相邻信号的回流通路。相同的回流通路具有与共同干扰相同的效果，相当于信号之间的串扰。
对于一些不可避免的跨电源分割，可以在跨分割处跨接电容或RC串联高通滤波器(如10欧电阻串680p电容器的具体值取决于其自身的信号类型，即提供高频回流通路，隔离相互平面之间的低频串扰）。这可能涉及到在电源平面之间添加电容的问题，这似乎有点有趣，但肯定有效。若某些规范不允许，可在分割处两平面引电容到地。
对于借用其他平面进行回流，最好在信号的两端添加几个小电容器，以提供回流通路。但这通常很难实现。因为终端附近的大部分表面空间都占据了匹配电阻和芯片的解耦电容器。
回流噪声是参考平面上噪声的主要来源之一。因此，有必要研究回流的路径和范围。
下图是印刷板中的一条线。电流通过导线。通常，我们只看到表面用于传输信号的导线，从驱动端到接收端。事实上，电流只能在环路上流动。我们可以看到传输线，而电流回流通常是看不见的。它们通常在地平面和电源平面的帮助下回流。由于没有物理线路，电路路径变得难以估计，很难控制它们。
如图3.1所示， PCB根据电磁辐射原理，当突变电流个电流环。根据电磁辐射原理，当突变电流流过电路中的电线环时，会在空间中产生电磁场，影响其他电线。这就是我们通常所说的辐射。为了减少辐射的影响，首先要了解辐射的基本原理和与辐射强度相关的参数。
图3.1 印制板上的差模辐射
这些环相当于正在工作的小天线，向空间辐射磁场。我们使用小环天线产生的辐射来模拟它，并将电流设置为I,面积为S的小环，自由空间为r的远场测得的电场强度为：
E――电场（V/m）
f――频率（ ）S――面积（ ）I――电流（A）r――距离（m）――测量天线与辐射平面之间的夹角（ ）
式3.1适用于放置在自由空间且表面无反射的小环。事实上，我们的产品是在地面上进行的，而不是在自由空间中进行的。附近地面的反射会增加测量的辐射6dB，考虑到这一点，风格3.1必须乘2，如果修正地面反射并假设为最大辐射方向，则3型.1为
由式3.2.辐射与环路电流和环面积成正比，与电流频率的平方成正比。
印刷电路板中返回电流的路径与电流频率密切相关。根据电路的基本知识，直流或低频电流总是流向阻抗最小的方向；高频电流总是流向阻抗最小的方向。
如果不考虑孔在铜平面上形成的孔和沟的影响，则阻抗最小的路径，即低频电流路径，由铜平面上的弧线组成，如图3所示.2.每个弧上的电流密度与弧上的电阻率有关。
图3.2 PCB铜平面上的高频电流路径
对于传输线，感抗最小的返回路径，即高频电流返回路径，在信号布线正下方的铜平面上，如图3所示.3.这种返回路径使整个电路周围的空间面积最小，使环形天线辐射到空间的磁场强度（或接收空间辐射的能力）最小。
对于较长、较直的布线，可视为理想的传输线。其上传输的信号回流范围为以信号布线为中心轴的带状区域，离信号布线中心轴越远，电流密度越小，
如图3.3.这种关系类似于满意3.3 [4]：
式3.3
其中， 为原始信号电流，单位为A，安培”；
为敷铜平面上的点到信号线的垂直距离，单位为“in.，英寸”；
是这一点上的电流密度，单位为“A/in.，安培每英寸”。
图3.3 传输线返回电流密度分布图
根据式3.3，表3.1列出了流经以传输线中心为中心，宽度为 的带状区域内的返回电流占所有返回电流的百分比。
假设英寸，则经过距离传输线0.035英寸以外的区域返回的电流只占所有返回电流的13％，具体分到传输线的一侧只有6.5％，而且密度很小。因此可以忽略不计。
1．当信号布线下方具有连续、致密、完整的敷铜平面时，信号返回电流对敷铜平面的噪声干扰是局部的。因此，只要遵循布局、布线局部化的原则，即人为地拉开数字信号线、数字器件与模拟信号线、模拟器件之间的距离到一定程度，可以大幅度降低数字信号返回电流对模拟电路的干扰。
2．高频瞬态返回电流，经由与信号走线紧邻的平面（地平面或电源平面）回流到驱动端。驱动器信号走线的终端负载，跨接在信号走线和与信号走线紧邻的平面（地平面或电源平面）之间。
3．当印制板上的电源线和接地线的环绕区域越大时，它们的辐射能量也就越大，因此，我们通过控制回流路径，可以使得环绕区域最小，从而控制辐射程度。
在PCB板上引起回流问题通常有三个方面：芯片互连，铜面切割，过孔跳跃。下面具体对这些因素进行分析。
当数字电路工作时，将发生高、低电压之间的转换，这就引起瞬态负载电流从电源流入电路或由电路流入地线。
对于数字器件而言，它引脚输入电阻可以认为无穷大，相当于开路（即下图中的i＝0），事实上，回路电流是通过芯片与电源和地平面产生的分布电容和分布电感来返回的。以下以集电极输出电路作为输出信号的内部电路为例进行分析。
驱动端从低电平变化到高电平。当输出信号由低电平跳变为高电平时，相当于输出引脚对传输线输出一个电流，由于输入电阻无穷大，我们认为对于芯片而言，没有电流从输入管腿上流入即 ，那么，这个电流必须返回到输出芯片的电源管腿上。
驱动端对信号走线和电源平面及终端负载构成的传输线进行充电，电流从驱动器的电源管脚进入器件，并从驱动器输出端流向负载端；
高频瞬态返回电流在信号走线下方的电源平面上回流到驱动器的输出端，返回电流直接通过电源平面，从驱动器的电源管脚进入驱动器，构成电流环路。
驱动器对信号走线和电源平面及终端负载构成的传输线进行充电，电流从驱动器的电源管脚进入器件，并从驱动器输出端流向负载端；
高频瞬态返回电流在信号走线下方的地平面上回流到驱动器的输出端，返回电流必须借助在驱动器输出端的电源平面和地平面的耦合电容，从地平面跨越到电源平面，再从驱动器的电源管脚进入驱动器，构成电流环路。
驱动端从高电平变化到低电平，相当于输出引脚吸收传输线上的电流。
负载对信号走线和电源平面及驱动器输出端构成的传输线进行放电，电流从驱动器的输出管脚进入器件，从驱动器的地管脚流出，进入地平面，并通过在驱动器地管脚附近的电源平面和地平面耦合电容，跨越到电源平面，返回负载端；
高频瞬态返回电流在信号走线下方的电源平面上回流到负载端，构成电流环路。
负载对信号走线和电源平面及驱动器输出端构成的传输线进行放电，电流从驱动器的输出管脚进入器件，从驱动器的地管脚流出，进入地平面，返回负载端；高频瞬态返回电流在信号走线下方的地平面上回流到负载端，构成电流环路。
在驱动器的输出管脚、地管脚附近，应当布放电源平面和地平面的耦合电容，为返回电流提供返回通路，否则，返回电流将寻找最近的电源平面和地平面的耦合途径进行回流（使得回流途径难以预知和控制，从而对其他走线造成串扰）。
地平面和电源平面可以减少电阻引起的电压损失。如图所示，回路电流经过地流回，由于电阻R1的存在，势必在1和2点产生电压降，电阻越大，压降越大，引起对地电平的不一致，如果有地层，可视为线宽无限大，电阻很小的信号线。回路电流总是从最靠近信号的地层上流过，当地层不止一层时，如果信号处于两层地平面之间而两者又完全相同时，回路电流将等分在两个平面上通过。
在布局、布线局部化的条件下，数字地平面与模拟地平面公用同一块敷铜平面，即对数字地与模拟地不加区分，数字电路本身的噪声并不会给模拟电路系统带来额外的噪声。
在数字、模拟混合电路系统中，数字地与模拟地的共地点选择在板外，即两敷铜平面完全独立，使得数字电路与模拟电路之间的信号线不具备传输线的特征，给系统带来严重的信号完整性问题。数字电路与模拟电路采用同一个电源系统，地平面不加分割，在数字、模拟混合电路系统的设计中，在布局模块化、布线局部化的基础上，数字电路模块和模拟电路模块公用一个完整的、不加分割的电压参考平面，不但不会增大数字电路对模拟电路的干扰，由于消除了信号线“跨沟”问题，能够大幅度降低信号间的串扰和系统的地弹噪声，提高了前端模拟电路的精度。
在印制板信号布线时，如果是多层板，很多信号必须通过换层来完成连接任务，这时就要用到大量的过孔，过孔对回流的影响有两种：一是过孔形成沟槽阻断回流，二是过孔造成的回流跳层流动。
在印制板信号布线时，如果是多层板，很多信号必须通过换层来完成连接任务，这时就要用到大量的过孔，如果过孔在电源或地平面排列比较密集，有时候会出现许多过孔连成一片的情况，形成所谓的沟，如图所示。首先，我们应该对这种情况进行分析，看看是否回流需要经过沟槽，如果信号的回流无需经过沟槽，就不会对回流造成阻碍影响。如果回路电路要绕过这条沟返回，形成的天线效应将急剧增加，对周边信号产生干扰。通常我们可以在涂敷数据生成后，对过孔过密而形成沟槽的地方加以调整，使过孔之间留有一定的距离。
下面我们以六层板为例进行分析。该六层板有两个涂敷层，第二层为地层，第五层为电源层，因此表层和第三层的信号回流主要在地层；底层和第四层的回流主要在电源层，换层布线时有以下六种可能：表层<----->第三层，表层<----->第四层，表层<----->底层，第三层<----->第四层， 第三层<----->底层，第四层<----->底层，这六种可能的情况根据其回路电流的情况可以分为两大类：回路电流在同一层上和在不同层上流动的情况，即是否有跳层现象。
A．回路电流在同一层上流动的情况包括表层<----->第三层、第四层<----->底层，如图所示。在这种情况下，回路电流都在同一层上流动，但是，由静电感应原理可知，处于电场中的完整的导体，其内部电场强度为零，所有的电流均在导体表面流动，地平面和电源平面实际上就是这样一个导体。我们使用的过孔均为通孔，这些过孔经过电源和地平面时留下的孔洞就给涂敷层上下表面的电流的流通通过了路径，因此，这些信号线的回流途径是很好的，无需采用措施来改善。
B. 回路电流在不同层上流动的情况包括表层<----->第四层、表层<----->底层、第三层<----->第四层、第三层<----->底层。下面以表层<----->底层和第三层<----->第四层为例，分析其回流情况。具有跳层现象的信号，需要其在过孔密集区附近增加一些旁路电容，通常为0.1uf的磁片电容，用来提供一个回流通路的。
来源：电子万花筒
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