PCB板設(shè)計(jì)阻抗匹配和零歐姆電阻作用解析

steven楊 · 發(fā)表于 2020-2-28 14:32:27

PCB板設(shè)計(jì)阻抗匹配和零歐姆電阻作用解析

阻抗匹配

阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。根據(jù)接入方式阻抗匹配有串行和并行兩種方式；根據(jù)信號源頻率阻抗匹配可分為低頻和高頻兩種。

高頻信號一般使用串行阻抗匹配

串行電阻的阻值為20~75Ω，阻值大小與信號頻率成正比，與PCB走線寬度成反比。在嵌入式系統(tǒng)中，一般頻率大于20M的信號且PCB走線長度大于5cm時都要加串行匹配電阻，例如系統(tǒng)中的時鐘信號、數(shù)據(jù)和地址總線信號等。串行匹配電阻的作用有兩個：

§ 減少高頻噪聲以及邊沿過沖。如果一個信號的邊沿非常陡峭，則含有大量的高頻成分，將會輻射干擾，另外，也容易產(chǎn)生過沖。串聯(lián)電阻與信號線的分布電容以及負(fù)載輸入電容等形成一個RC電路，這樣就會降低信號邊沿的陡峭程度。

§ 減少高頻反射以及自激振蕩。當(dāng)信號的頻率很高時，則信號的波長就很短，當(dāng)波長短得跟傳輸線長度可以比擬時，反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不相等（即不匹配）時，在負(fù)載端就會產(chǎn)生反射，造成自激振蕩。PCB板內(nèi)走線的低頻信號直接連通即可，一般不需要加串行匹配電阻。

并行阻抗匹配又叫“終端阻抗匹配”

一般用在輸入/輸出接口端，主要指與傳輸電纜的阻抗匹配。例如，LVDS與RS422/485使用5類雙絞線的輸入端匹配電阻為100~120Ω；視頻信號使用同軸電纜的匹配電阻為75Ω或50Ω、使用扁平電纜為300Ω。并行匹配電阻的阻值與傳輸電纜的介質(zhì)有關(guān)，與長度無關(guān)，其主要作用也是防止信號反射、減少自激振蕩。

值得一提的是，阻抗匹配可以提高系統(tǒng)的EMI性能。此外，解決阻抗匹配除了使用串/并聯(lián)電阻外，還可使用變壓器來做阻抗變換，典型的例子如以太網(wǎng)接口、CAN總線等。

零歐姆電阻

l 最簡單的是做跳線用，如果某段線路不用，直接不焊接該電阻即可（不影響外觀）。

l 在匹配電路參數(shù)不確定的時候，以零歐姆代替，實(shí)際調(diào)試的時候，確定參數(shù)，再以具體數(shù)值的元件代替。

l 想測某部分電路的工作電流時，可以去掉零歐姆電阻，接上電流表，這樣方便測量電流。

l 在布線時，如果實(shí)在布不過去了，也可以加一個零歐姆的電阻起跨接作用。

l 在高頻信號網(wǎng)絡(luò)中，充當(dāng)電感或電容（起阻抗匹配作用，零歐姆電阻也有阻抗）。充當(dāng)電感用時，主要是解決emc問題。

l 單點(diǎn)接地，例如模擬地與數(shù)字地的單點(diǎn)對接共地。

l 配置電路，可以取代跳線和撥碼開關(guān)。有時用戶會亂動設(shè)置，易引起誤會，為了減少維護(hù)費(fèi)用，應(yīng)用零歐姆電阻代替跳線等焊在板子上。

l 系統(tǒng)調(diào)試用，例如將系統(tǒng)分成幾個模塊，模塊間的電源與地用零歐姆電阻分開，調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)電源或地短路時，去掉零歐姆電阻可縮小查找范圍。

上述功能也可使用“磁珠”替代。零歐姆電阻與磁珠雖然功能上有點(diǎn)類似，但存在本質(zhì)差別，前者呈阻抗特性，后者呈感抗特性。磁珠一般用在電源與地網(wǎng)絡(luò)中，有濾波作用。

工欲善其事，必先利其器，更好的了解阻抗匹配和零歐姆電阻，讓PCB設(shè)計(jì)與制造更簡單。北京奇跡物聯(lián)專業(yè)的ESIM模組供應(yīng)商，模組覆蓋2G/4G/NB-IOT網(wǎng)絡(luò)，通過技術(shù)積累、供應(yīng)鏈整合、服務(wù)體系搭建，致力于推動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及。