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    PCB設計中的阻抗匹配與0歐電阻

      1、阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間的一種合適的搭配方式。根據接入方式阻抗匹配有串行和并行兩種方式;根據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,例如系統中的時鐘信號、數據和地址總線信號等。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,也容易產生過沖。串聯電阻與信號線的分布電容以及負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。當信號的頻率很高時,則信號的波長就很短,當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載阻抗不相等(即不匹配)時,在負載端就會產生反射,造成自激振蕩。PCB板內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有關,與長度無關,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的EMI性能。此外,解決阻抗匹配除了使用串/并聯電阻外,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)在匹配電路參數不確定的時候,以0歐姆代替,實際調試的時候,確定參數,再以具體數值的元件代替。

      (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)在高頻信號網絡中,充當電感或電容(起阻抗匹配作用,0歐電阻也有阻抗!)。充當電感用時,主要是解決EMC問題。

      (6)單點接地,例如模擬地與數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。有時用戶會亂動設置,易引起誤會,為了減少維護費用,應用0歐電阻代替跳線等焊在板子上。

      (8)系統調試用,例如將系統分成幾個模塊,模塊間的電源與地用0歐電阻分開,調試階段發現電源或地短路時,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絡中,有濾波作用。

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