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电阻的全部用法之EMC和ESD-燚智能硬件开发周教授

简介

电阻的特点是阻挡电能,电阻的关键参数有尺寸、阻值、精度和功率。电阻的应用场景非常多,都是围绕着电阻的特性来使用的。我们重点讲一下实际工作中遇到的电阻的功能,理论知识和计算公式就不赘述了。在初学者心目中,电阻就是拿来分压用的,但是实际项目中,绝大部分电阻都不是当作分压用的。

电阻的特点是阻挡电能,电阻的关键参数有尺寸、阻值、精度和功率。电阻的应用场景非常多,都是围绕着电阻的特性来使用的。我们重点讲一下实际工作中遇到的电阻的功能,理论知识和计算公式就不赘述了。

在初学者心目中,电阻就是拿来分压用的,但是实际项目中,绝大部分电阻都不是当作分压用的。

我们统计过,一个Android智能平台的硬件电路中,大约20%的电阻是做上拉下拉使用,30%的电阻做EMC和ESD使用,40%的电阻占位置和跳线,5%的电阻用来做电压采样,剩下的最多只有两三颗是用来做正经的分压用途。

且听我们一一道来:

前文讲了上拉电阻,下拉电阻;
 

EMCESD

EMC,Electro Magnetic Interference,电磁兼容性。我们周围有很多电子设备,每个会有意无意的对外释放电磁波,如果释放出来的杂波太多,就会干扰到周围的设备。EMC测试就是测量设备辐射出来的电磁波有没有超标。

ESD,Electro-Static discharge,静电释放。大家冬天脱非纯棉衣物的时候,会噼里啪啦的冒火花,有时候摸到车门也会被电到,这就是静电。日常中的静电高达好几千伏(KV),4KV的静电可以让指尖有痛感,8KV的静电可以把指尖打的很痛,10kV的静电可以把整个手指打麻木了。电子设备是很脆弱的,容易被静电打坏,因此需要通过ESD测试,一般最低标准接触放电4KV、空气放电8KV,需要用防静电的元器件。

电阻,就是个I=U/R的公式,为什么还能防静电,还能防辐射呢?咱们先看看下面实际应用的原理图。

一文看懂“电阻”的全部用法-2,硬件工程师,你以前学的全是错的

↑  图:EMC和ESD

↑I2S音频信号线上串电阻,降低数字信号的高频辐射

一文看懂“电阻”的全部用法-2,硬件工程师,你以前学的全是错的

↑  图:EMC和ESD

↑按键矩阵线路上串联电阻,提升ESD防护性能

对于按键的输出接口,输出阻抗是很低的,小于1KR。增加一个K级别的电阻能够使输出阻抗变大一些,静电打进来之后瞬间电流也会变小,使芯片管脚防静电能力有一定的提升。像按键上串联电阻防静电,实测能有2KV左右的提升。

电阻不是最好的防静电的手段,但是是最便宜的防静电手段。TVS管的提升防护力可以达到4-6KV,但是价格比电阻贵50倍左右。

电阻的EMC作用主要体现在电阻的高频特性上。

一文看懂“电阻”的全部用法-2,硬件工程师,你以前学的全是错的

↑  图:EMC电阻

↑高频下的电阻的等效电路

电阻本身是两个焊盘外加一段导线,有pF级的寄生电容和nH级的寄生电感。寄生电容和寄生电感在直流下起不到什么作用,电阻的确就是个电阻。但在高频下,pF电容和nH电感就不能被忽略了。EMC就是利用了这个特性。

串联电感的特性是通过直流、隔绝交流。电阻上的寄生电感能够滤除几百兆到G级别的辐射,使得线路上发出的信号的高频噪声不会辐射出来。

在线路上串联电阻,通常用在正常电压的几十MHz以上的高速数字信号上,例如I2S、并口LCD、数字Clock等。

为什么高速数字信号能够产生高频辐射呢?数字信号都是方波,方波的频域展开后,有大量的高次谐波,这些高次谐波就是高频辐射源。(参见方波傅立叶变换之后的图形)

同样,电阻也不是最好的EMC器件,但是是最便宜的。既然利用了电阻的寄生电感来防止辐射,那也一样可以用电感来实现,只不过电感的单价比电阻贵了近10倍。

后面还会继续讲解

一文看懂“电阻”的全部用法-2,硬件工程师,你以前学的全是错的

↑  图:燚智能周教授

原文来自燚智能硬件开发网 (燚,yi,熊熊大火燃烧的样子)

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