PCB罗氏线圈设计需要回线？CST仿真详解罗氏线圈回线的原理和作用
前言
最近研究自制霍尔传感器时，突然冒出个念头：CST能否仿真罗氏线圈，本着想到就干，想不到就不干的天性。立马在CST里面建模了一个100匝的PCB罗氏线圈。经过一番折腾，今天就来分享下心得，重点详解罗氏线圈回线的原理与作用，希望能给同好一些启发。
PCB罗氏线圈layout设计的时候都会设计加入回线。那么为什么要加这个回线呢
PCB罗氏线圈回线的原理和作用
PCB罗氏线圈回线的原理：利用差分结构来抵消垂直于PCB板面的外部磁场干扰。
罗氏线圈的主线圈感应流过线圈中心被测电流产生的磁场，从而输出测量信号。回线，也叫补偿线，它的绕制方向与主线圈相反。主要用于感应外部磁场干扰。
当外部存在垂直于PCB罗氏线圈板面的外部干扰磁场时，由于主线圈和回线的绕向相反，它们会感应出方向相反的电压。在输出端，这两个电压相互抵消，从而有效抑制了干扰
PCB罗氏线圈的仿真
1.PCB罗氏线圈的建模
线圈匝数100匝，六层板分别是，屏蔽层，线圈层，回线层，第四层，线圈层，屏蔽层。输出电压方式差分输出。
如图，左边是有回线的罗氏线圈，右边是无回线的罗氏线圈。
2.PCB罗氏线圈的仿真
目的：看看这个罗氏线圈是否设计成功
给罗氏线圈中间通一个10khz，10A的正弦波电流，测量出罗氏线圈的输出电压，通过运放二级差分放大，最后结果如图：
这个罗氏线圈的输出比例是1A：1V，说明我们在电路层面上已经成功了。
3.有无回线对外部磁场干扰的仿真
在外部添加线圈干扰源，线圈平面和罗氏线圈平行，让干扰线圈磁场能垂直穿过罗氏线圈平面。激励源频率为10kHz，幅度10A的方波信号。
（1）无回线的罗氏线圈磁场分布
（2）有回线的罗氏线圈磁场分布
4.仿真结果
（1）静态时干扰源有无回线的输出电压对比
静态无回线输出电压pp值为3.8V，静态有回线输出电压pp值为0.2V
（2）测试动态电流时有无回线的输出电压对比
结果是很明显，无回线输出电压受干扰很大。
（3）测试动态电流时有无回线的输出电压频域对比
0.1MHz频点是干扰源基波频率，有无回线相差25dB。
最后总结
本文通过CST仿真外部干扰磁场对有无回线的罗氏线圈的干扰。通过对比输出电压可以得出结论罗氏线圈增加回线可以大大降低外部磁场对测试结果的干扰。
总而言之，回线是罗氏线圈用来抵御外部磁场干扰的关键设计。它通过与主线圈的差分结构，有效抵消外部杂散磁场的影响，从而提升测量精度。
