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硬件开发笔记-电阻篇

8号线攻城狮

11月前浏览419

1.1电阻

电阻是一个物体对于电流通过的阻碍能力，以方程定义为其中，为电阻，为物体两端的电压，为通过物体的电流。

假设这物体具有均匀截面面积，则其电阻与电阻率、长度成正比，与截面面积成反比。

1.1.1分类

电阻大致分类如下，本节主要针对通用贴片电阻为例进行展开，例如光敏电阻，压敏电阻、NTC/PTC等类型的电阻会有专门的章节讲解。

1.1.2参数及选型

这里以贴片电阻为例来说明电阻参数及选型。

1.1.2.1贴片电阻的外形尺寸

1.1.2.2额定功率

额定功率是在额定环境温度中可以连续工作状态下的最大功率值。

当贴片电阻器通电后将会发热。此外，由于使用温度的上限是确定的，因此在高于额定环境温度的条件下使用时，需要按照以下的功率降额曲线来降额使用。
额定环境温度是能够100%施加产品额定功率的最高环境温度值。
在下图中，70℃为额定环境温度。该温度取决于贴片电阻器的类型。

这里所说的环境温度是指电阻器本身未被施加功率的状态下，当电阻器暴露在室温或电阻器周围的热量中时的电阻器周围温度（气温）。

那么降额使用，降低多少如何计算呢？一般我们有两种方法计算：

第一：根据功率降额曲线查看，第二根据公式计算。

下面以ROHM的一个例子说明计算计算过程：

额定环境温度：70℃，使用环境温度130℃，求此时的额定功率比(实际可以使用的功率/e额定功率)

对于第一种方法：

①在曲线图的横轴上找到环境温度130℃

②绘制使X=130℃的直线(蓝线)

③读取红线与蓝线相交处的纵轴数值。（绿线：读取值即为可以施加的功率比）

对于第二种方法：

可以使用如下公式进行计算：

数值代入公式得到：

1.1.2.3额定电压

额定电压是指在额定环境温度或引脚温度下可以连续施加的直流电压或交流电压的最大值。
对于电阻器而言，即使额定功率相同的系列产品，可施加的电压也会因电阻值而不同，具体可以利用以下公式（1）代入额定功率和电阻值计算得出。

1.1.2.4温度系数

多数贴片电阻器都规定了正负值，例如±100ppm/℃或±200ppm/℃，这表明电阻值可能会因温度变化而向其中任一方向发生变化，根据基准温度条件下的阻值变化率和温度差，可以用下式求得电阻温度系数：

电阻温度系数 (ppmppm/°C) = (R-Ra)/Ra ÷ (T-Ta) × 1000000

Ra: 基准温度条件下的阻值
Ta: 基准温度
R: 任意温度条件下的阻值
T: 任意温度

1.1.3 用途

1.1.3.1 上下拉

上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，电阻同时起限流作用。而下拉电阻的设定的原则和上拉电阻是一样的。此处以上拉举例：

a、类似OC、OD门无法输出高电平，如果需要输出高电平时，则需要上拉电阻实现。

b、再比如IIC通讯中总线上需要上拉

1.1.3.2 产品配置

有些电子产品具有不同的功能配置，一般会通过MCU的IO口读取配置电阻来执行不同的程序。

HD_ID2	HD_ID1	HD_ID0	硬件版本
0	0	0	P0
0	0	1	P1
0	1	0	P2
0	1	1	P3
1	0	0	P4
1	0	1	P5
1	1	0	P6
1	1	1	P7

如上表格所示，3颗电阻，3个MCUIO口，可以实现对应的8种产品版本配置。

1.1.3.3 阻抗匹配

串联端接

靠近输出端的位置串联一个电阻，要达到匹配效果，串联电阻和驱动端输出阻抗的总和应等于传输线的特征阻抗Z0。

在通常的数字信号系统中，器件的输出阻抗通常是十几欧姆到二十几欧姆，传输线的阻抗通常会控制在50欧姆，所以始端匹配电阻常见为33欧姆电阻。

当然要达到好的匹配效果，驱动端输出到串联电阻这一段的传输路径最好较短，短到可以忽略这一段传输线的影响。

串联电阻优缺点如下：

（1）优点

1、只需要一个电阻；

2、没有多余的直流功耗；

3、消除驱动端的二次反射；

4、不受接收端负载变化的影响；

（2）缺点

1、接收端的一次发射依然存在；

2、信号边沿会有一些变化；

3、电阻要靠近驱动端放置，不适合双向传输信号；

4、在线上传输的电压是驱动电压的一半，不适合菊花链的多型负载结构。

并联端接

并联端接又叫终端匹配，要达到阻抗匹配的要求，端接的电阻应该和传输线的特征阻抗Z0相等。

在通常的数字信号传输系统里，接收端的阻抗范围为几兆到十几兆，终端匹配电阻如果和传输线的特征阻抗相等，其和接收端阻抗并联后的阻抗大致还是在传输线的特征阻抗左右，那么终端的反射系数为0。不会产生反射，消除的是终端的一次反射。

并联端接优缺点

（1）优点

1、适用于多个负载

2、只需要一个电阻并且阻值容易选取

（2）缺点

1、增加了直流功耗

2、并联端接可以上拉到电源或者下拉到地，是的低电平升高或者高电平降低，减小噪声容限。

1.1.3.4 调试预留

有些电路设计可能包含很多模块，刚拿到板子调试时，我们建议分模块去调试，比如我先调试电源，电源调试好之后调试最小系统，然后再调试GPS，4G等等。那么用一个电阻或可断测试点去连接会是一个不错的选择。

1.1.3.5 充当保险丝

有些设计中我们会看到电阻会被当做保险丝用，主要是0欧姆，我不建议大家这样做，这个方式不太可靠，比如0603的0欧姆电阻一般能通过1A电流，但是，实际应用时能不能在1A就能熔断，这个没有严格的测试，也没有什么标准，因此，在一些要求不是很严格的产品中可以这样做。

1.1.3.6 布线方便

这种情况用在单层板中比较多，在项目成本控制很严格的时候，PCB层数也需要考虑在内，因此我们发现不少消费类产品的PCB板是单层设计，那么在单层板布线过程中经常会遇到布线走不通的情况，这时候一个0欧姆的电阻可以很好地帮我们解决这个问题，如下图所示，有人会问，为什么不绕过去呢？单层板，本身布线空间就很有限，绕线势必会影响到其他信号的走线。

1.1.4 常见器件厂商

电阻的常见厂商有：AVX、VISHAY威世、KOA兴亚、Kyocera京瓷、muRata村田、Panasonic松下、ROHM罗姆、susumu、TDK、LIZ丽智、PHYCOM飞元、RALEC旺诠、ROYALOHM厚生、SUPEROHM美隆、TA-I大毅、TMTEC泰铭、TOKEN德键、TYOHM幸亚、UniOhm厚声、VITROHM、VIKING光颉、WALSIN华新科、YAGEO国巨、FH风华、捷比信。

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来源：8号线攻城狮