PCB板设计阻抗匹配和零欧姆电阻作用解析

北二桥头

　阻抗匹配
1 Y6 `' S* ~0 F; V" D　　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。

　　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走线宽度成反比。在嵌入式系统中，一般频率大于20M的信号且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：
( J/ B3 Y$ K+ C, N7 W: B! _* i　　§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。
* R0 i2 ^% B. t1 q3 u  Y! F　　§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。

　　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、使用扁平电缆为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。
4 g4 G0 w/ v# {5 |6 v　　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。
* [/ o: X/ u) A! X　　零欧姆电阻
0 Y" [4 N  Z3 ?( z( _0 U& k　　l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）。
　　l在匹配电路参数不确定的时候，以零欧姆代替，实际调试的时候，确定参数，再以具体数值的元件代替。
6 T; N8 Q1 d( U1 m$ d4 _8 o　　l想测某部分电路的工作电流时，可以去掉零欧姆电阻，接上电流表，这样方便测量电流。
0 t4 ^7 p5 h$ E/ G% r+ S　　l在布线时，如果实在布不过去了，也可以加一个零欧姆的电阻起跨接作用。
　　l在高频信号网络中，充当电感或电容（起阻抗匹配作用，零欧姆电阻也有阻抗）。充当电感用时，主要是解决EMC问题。
　　l单点接地，例如模拟地与数字地的单点对接共地。
0 B- T% U# [* Q/ i+ p　　l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，应用零欧姆电阻代替跳线等焊在板子上。
　　l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零欧姆电阻分开，调试阶段发现电源或地短路时，去掉零欧姆电阻可缩小查找范围。
' ~6 u* Z. f( G/ W$ [% a　　上述功能也可使用“磁珠”替代。零欧姆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。
　　工欲善其事，必先利其器，更好的了解阻抗匹配和零欧姆电阻，让PCB设计与制造更简单。

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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。