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高速設計的三座大山——電阻基礎

發布時間:2015-09-18 責任編輯:sherry

【導讀】曾經讓我們聽之色變、聞風喪膽的高速設計,其實我們所考慮的問題也不外乎三種基本電子元件(電阻、電容、電感),以及它們的組合。在高速先生的后續文章里,我會把我對這三種基本電子元件的理解與領悟分享給大家。
 
電阻基礎
 
老子在道德經里說:道生一,一生二,二生三,三生萬物。三對于我們中國人來講,有很深的寓意。從古至今,關于三的典故和成語數不勝數,三歲小孩都可以信手拈來。比如三人行則必有我師,三充滿著無盡的智慧;也比如事不過三,三代表著亙古不變的原則;再比如三原色,紅綠藍,三營造了我們的絢麗繽紛的世界。再說到我們的高速設計,曾經讓我們聽之色變、聞風喪膽的高速設計,其實我們所考慮的問題也不外乎三種基本電子元件(電阻、電容、電感),以及它們的組合。在高速先生的后續文章里,我會把我對這三種基本電子元件的理解與領悟分享給大家。
 
電阻的應用
 
在我們接觸電子課程的時候,往往首次接觸的一般都是電阻。電阻在電路中有兩個基本作用:限流、分壓。
 
為了更加形象、直觀,便于理解,我們將電流以水流類比,電源類比水泵,傳輸線類比水渠,電阻類比水渠里的障礙物。如下圖:
電阻的應用
電子的流動形成了電流。假如電路中不接負載,將電源的正負極直接相連,會發生什么事情?短路,燒毀器件。這就像水泵把水抽到水渠中,而水渠是一條非常平滑的水渠(阻力趨近于0),水流以趨近無窮大的速度沖向水泵,等待水泵的命運就只有毀滅。
 
因此,一般當電流中接入非線性器件(二極管等)時,其阻抗會隨著時間而變化,此時,電路中就需要接入電阻,起到限流,保護電路的作用。如下圖:
電阻的應用
再來說分壓,電阻分壓的應用,在PCB設計中有很多。比如DDR3的參考電源Vref,我們常見的一種做法就是利用兩個相同阻值的電阻,從DDR3的供電電源1.5V,分壓得到0.75V的參考電源。如下圖:
電阻的應用
對大多數人來說,電阻可能就只有兩這個作用了,小編在接觸高速數字電路之前,同樣也是這樣認為的。做過高速數字電路設計之后,就了解到電阻還有一個作用,那就是——端接。
 
如果同樣用水作類比來解釋的話,小編有這樣的一個理解。
 
端接電阻相當于在水渠里鑄一個堤壩,堤壩后面通向大海。現在我的要求是始終保持堤壩上游有3m的水位,那我就要修建一個3m高的大壩。如果突然下暴雨漲水,多出來的水就會漫過堤壩,流向大海,不會影響堤壩上游的水流和水位,如果突然水面上起風,激起水浪,水位可能超過3m,但是當水浪到達堤壩位置的時候,也會漫過堤壩,流向大海,水渠里的水流和水位還是不會受到影響。如果大壩建4m,下暴雨和起風的時候,堤壩上游的水位就會受影響。如果堤壩建2m,就不能保證足夠的水壓。所以堤壩要建的剛剛好。如果把3m高的堤壩換成同傳輸線阻抗一致的匹配電阻,把下暴雨和起風當做PCB板中的串擾和反射來理解,端接匹配電阻的作用及原理是不是一下子就清晰明了啦。不過這是小編個人的理解,如有不當,歡迎指正哦。
 
所以,通常在高速數字電路設計中會接入端接電阻,保證驅動端到接收端之間的電流和電壓平穩,消除反射。端接電阻的阻值等于傳輸線的特性阻抗值,如果高于或低于傳輸線的阻值,回路中都會發生反射。如下圖:
電阻的應用
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