談談嵌入式系統PCB設計中的阻抗匹配與0歐電阻

絕對好文

肖時江

1、阻抗匹配

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走線長度成反比。在嵌入式系統中，一般頻率大于20M 的信號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。

pcbkey

支持一下