为什么要在信号线上串联一个电阻?

电器工程 电容器 电阻器 信号 信号完整性
2022-01-06 08:19:04

很多时候,在电路中,我看到一个电阻串联在信号线上,有时甚至与 MCU 的 VDD 线串联。这是为了消除线路中的噪音吗?这与使用小电容(如 0.1µF)做同样的事情有何不同?

4个回答

两个常见的原因是延迟电平转换中的信号完整性和电流限制。

对于信号完整性,由 pcb 走线和附加组件形成的传输线阻抗的任何不匹配都可能导致信号转换的反射。如果允许这些信号沿着轨迹来回反弹,并在多个周期结束时反映不匹配,直到它们消失,则信号“响起”并且可能被电平或附加边缘转换误解。通常,输出引脚的阻抗低于走线,输入引脚的阻抗更高。如果在输出引脚上放置一个与传输线阻抗匹配的串联电阻,这将立即形成一个分压器,沿线路传播的​​波前电压将是输出电压的一半。在接收端,输入的较高阻抗本质上看起来像一个开路,这将产生同相反射,使瞬时电压加倍回到原始电压。但是,如果允许这种反射回到驱动器的低阻抗输出端,它将反相反射并产生相长干扰,再次相减并产生振铃。相反,它被驱动器上的串联电阻器吸收,该电阻器被选择以匹配线路阻抗。这种源终止在点对点连接中效果很好,但在多点连接中效果不佳。相反,它被驱动器上的串联电阻器吸收,该电阻器被选择以匹配线路阻抗。这种源终止在点对点连接中效果很好,但在多点连接中效果不佳。相反,它被驱动器上的串联电阻器吸收,该电阻器被选择以匹配线路阻抗。这种源终止在点对点连接中效果很好,但在多点连接中效果不佳。

延迟级别转换中的电流限制是另一个常见原因。不同代的CMOS IC技术具有不同的最佳工作电压,并且可能具有由晶体管的微小物理尺寸设定的损坏极限。此外,它们本身不能容忍输入电压高于其电源电压。因此,大多数芯片都内置有从输入到电源的微型二极管,以防止过压。如果从 5v 驱动 3.3v 部件(或者今天更有可能从 3.3v 电源驱动 1.2 或 1.8v 部件),很容易仅依靠这些二极管将信号电压钳位在安全范围内。但是,它们通常无法处理可能由较高电压输出提供的所有电流,因此使用串联电阻器来限制通过二极管的电流。

是的,信号完整性是原因。使用盖子会使边缘减慢很多并且不那么干净。该主题的标准书籍是高速数字设计:黑魔法手册根据经验,通常使用 22.1 欧姆作为起点。您可以使用 Mentor Graphics 的 HyperLynx 等信号完整性仿真工具在电路板构建之前获得更好的分析。

在 VDD 线上,这不是原因。有些人可能会在那里放置一个毫欧电阻来测量功率,然后用 0 欧姆代替它进行生产。其他的,尤其是模拟的,可能会在那里放置一个 RC 滤波器以消除噪音。

在什么样的产品上?在消费者方面,它可能是为了信号完整性(参见 Brian 的回答)。

在开发工具上,它可能用于限流。我经常在我的项目的信号线上放置一些 470 欧姆电阻器,用于连接到外部模块的数据线。数字输入汲取的电流不足以在该电阻器上引起较大的电压降。电流限制意味着如果我在连接东西时出错,或者如果有东西短路了裸露板上的连接,那么(通常)什么都不会冒烟。它与电容不同,因为电容会在数字边缘(短时间内但有时不可忽略)上消耗大量电流,具有与电阻器相反的效果。

我不确定这是否是您所说的,但是可以在驱动长线路的运算放大器的输出端放置一个较小的电阻器(<100 ohm),这样电容性负载就不会导致放大器振荡。

它还可用于确保两个放大器具有完全相同的输出阻抗,以创建抑制干扰的平衡线路