1,电阻及使用

电阻大家都应该很熟悉了,初中就开始接触了。我们不妨百度一下,看看具体的定义:电阻的英文名称为resistance,通常缩写为R,它是导体的一种基本性质,与导体的尺寸、材料、温度有关。欧姆定律指出电压、电流和电阻三者之间的关系为I=U/R,亦即R=U/I。电阻的基本单位是欧姆,用希腊字母“Ω”来表示。通常“电阻”有两重含义,一种是物理学上的“电阻”这个物理量,另一个指的是电阻这种电子元件。电阻元件的电阻值大小一般与温度,材料,长度,还有横截面积有关,衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数,其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能,也可说它是一个耗能元件,电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说,交流与直流信号都可以通过电阻。

电阻有众多不同的使用场景。这里仅就常用的几种情况做些说明。

1)上拉电阻

在电路设计中,电阻的使用是非常频繁的。嵌入式或计算机硬件产品的电路设计中,电阻用的最多的情况可能要算上拉电阻。这种电阻的连接一般是一端接上拉的电源(一般与芯片信号的电压值相匹配),另一端连接芯片引脚所对应的信号,如下图的R205所示。


上拉电阻的作用也不尽相同。有些上拉电阻是给芯片的相关引脚提供初始‘高’状态;漏极开路的芯片引脚则通过上拉从而提供“高”状态的驱动电流;也有些引脚的上拉电阻是根据芯片的设计要求为芯片的相关功能接口提供偏置设定等等。

2)下拉电阻

下拉电阻的连接一般是一端接地,另一端连接芯片引脚所对应的信号。下拉电阻多是为芯片的功能接口提供偏置设定或补偿设定,这些都会在芯片的设计规范中有明确说明。如下图中R305,R307;也有些下拉是为芯片的某些引脚提供‘低’初始设定。


3)分压电阻

有些情况下,有些芯片的总线接口需要一定的参考电压,其电压精度要求一般比较高。这种参考电压一般是通过两个高精度电阻(1%精度)的分压而产生。比如下图中R201和R202就可将1.8V电压分压到0.9V,当作DDR总线的参考电压使用。


4)终端(termination)电阻

在高速信号设计中,有时候需要在信号的源端或终端加一些电阻进行阻抗匹配(阻抗匹配的概念请参考高速信号设计的相关技术书籍)。在源端往往是串连22-47欧姆的电阻(如下图)。


远端的阻抗匹配电阻往往像上拉电阻一样,将一定阻值的电阻上拉到终端匹配电压。如下图中所有的电阻就DDR总线上地址信号线的终端信号匹配电阻。

5)电流检测电阻

电源设计中电阻的使用很复杂,不少电阻的选择与电源的补偿设计算法相关。有一类电阻是用来检测通过的电流大小的,如下图中的R2305和R2301。其工作原理是检测电阻两端的电压差,除以其电阻值,芯片就可计算出通过的电流大小。由于希望该电阻上的压降尽量小,从而不影响电源电压的传输,所以一般这些电阻的阻值会选得很小。下图的设计中,该电阻的值是0.027欧姆,并且用两个并联,实际最终阻值是0.0135欧姆。同时由于实际流过的电路比较大,需要选额定功率较大的电阻。该图中电阻的额定功率是0.75W,根据公司W=I2R,允许通过电流是5.27A。两个电阻和在一起共可通过的最大电流是2*5.27=10.54A,这对于电路中12V电源的输出而言,应该是有足够余量的。