【導(dǎo)讀】什么是阻抗匹配?什么是零歐電阻呢?理論大家都知道,但是PCB設(shè)計中的阻抗匹配與零歐電阻如何解釋呢?你真的明白嗎?別自欺欺人哦,這里小編為大家詳解PCB設(shè)計中的阻抗匹配與零歐電阻,及在PCB設(shè)計中的作用和用法。
1、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。
(1)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。
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。
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。
(2)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、使用篇平電纜為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。
2、0歐電阻的作用
(1)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)。
(2)在匹配電路參數(shù)不確定的時候,以0歐姆代替,實際調(diào)試的時候,確定參數(shù),再以具體數(shù)值的元件代替。
(3)想測某部分電路的工作電流時,可以去掉0歐電阻,接上電流表,這樣方便測量電流。
(4)在布線時,如果實在布不過去了,也可以加一個0歐的電阻起跨接作用。
(5)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,0歐電阻也有阻抗!)。充當(dāng)電感用時,主要是解決EMC問題。
(6)單點接地,例如模擬地與數(shù)字地的單點對接共地。
(7)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)費用,應(yīng)用0歐電阻代替跳線等焊在板子上。
(8)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0歐電阻分開,調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)電源或地短路時,去掉0歐電阻可縮小查找范圍。
上述功能也可使用“磁珠”替代。0歐電阻與磁珠雖然功能上有點類似,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。