阻抗匹配与零欧姆电阻的作用

谈谈嵌入式系统 PCB中的阻抗匹配与 0欧电阻 1、阻抗匹配 阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。根据接入方 式阻抗匹配有串行和并行两种方式；根据信号源频率阻抗匹配可分为低频和高频 两种。 （1）高频信号一般使用串行阻抗匹配。串行电阻的阻值为 20~75Ω，阻值大小 与信号频率成正比，与 PCB 走线宽度和长度成反比。在嵌入式系统中，一般频 率大于 20M 的信号 PCB 走线长度大于 5cm 时都要加串行匹配电阻，例如系统 中的时钟信号、数据和地址总线信号等。串行匹配电阻的作用有两个： ◆ 减少高频噪声以及边沿过冲。如果一个信号的边沿非常陡峭，则含有大量的 高频成分，将会辐射干扰，另外，也容易产生过冲。串联电阻与信号线的分布电 容以及负载输入电容等形成一个 RC 电路，这样就会降低信号边沿的陡峭程度。 ◆ 减少高频反射以及自激振荡。当信号的频率很高时，则信号的波长就很短， 当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号 的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就 会产生反射，造成自激振荡。PCB 板内走线的低频信号直接连通即可，一般不 需要加串行匹配电阻。 （2）并行阻抗匹配又叫“终端阻抗匹配”，一般用在输入/输出接口端，主要指与 传输电缆的阻抗匹配。例如，LVDS 与 RS422/485 使用 5 类双绞线的输入端匹 配电阻为 100~120Ω；视频信号使用同轴电缆的匹配电阻为 75Ω或 50Ω、使用 篇平电缆为 300Ω。并行匹配电阻的阻值与传输电缆的介质有关，与长度无关， 其主要作用也是防止信号反射、减少自激振荡。值得一提的是，阻抗匹配可以提 高系统的 EMI 性能。此外，解决阻抗匹配除了使用串/并联电阻外，还可使用变 压器来做阻抗变换，典型的例子如以太网接口、CAN 总线等。 2、0 欧电阻的作用 （1）最简单的是做跳线用，如果某段线路不用，直接不焊接该电阻即可（不影 响外观）。 （2）在匹配电路参数不确定的时候，以 0 欧姆代替，实际调试的时候，确定参 数，再以具体数值的元件代替。 （3）想测某部分电路的工作电流时，可以去掉 0 欧电阻，接上电流，这样方 便测量电流。 （4）在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个 0 欧的电阻 起跨接作用。 （5）在高频信号网络中，充当电感或电容（起阻抗匹配作用，0 欧电阻也有阻 抗！）。充当电感用时，主要是解决 EMC 问题。 （6）单点接地，例如模拟地与数字地的单点对接共地。 （7）配置电路，可以取代跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置，易引起误会， 为了减少维护费用，应用 0 欧电阻代替跳线等焊在板子上。 （8）系统调试用，例如将系统分成几个模块，模块间的电源与地用 0 欧电阻分 开，调试阶段发现电源或地短路时，去掉 0 欧电阻可缩小查找范围。 上述功能也可使用“磁珠”替代。0 欧电阻与磁珠虽然功能上有点类似，但存在本 质差别，前者呈阻抗特性，后者呈感抗特性。磁珠一般用在电源与地网络中，有 滤波作用。