PCB板设计与制造之阻抗匹配和零欧姆电阻解析

阻抗匹配

阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。根据接入方式阻抗匹配有串行和并行两种方式；根据信号源频率阻抗匹配可分为低频和高频两种。

高频信号一般使用串行阻抗匹配

串行电阻的阻值为20~75Ω，阻值大小与信号频率成正比，与PCB走线宽度成反比。在嵌入式系统中，一般频率大于20M的信号且PCB走线长度大于5cm时都要加串行匹配电阻，例如系统中的时钟信号、数据和地址总线信号等。串行匹配电阻的作用有两个：

§减少高频噪声以及边沿过冲。如果一个信号的边沿非常陡峭，则含有大量的高频成分，将会辐射干扰，另外，也容易产生过冲。串联电阻与信号线的分布电容以及负载输入电容等形成一个RC电路，这样就会降低信号边沿的陡峭程度。

§减少高频反射以及自激振荡。当信号的频率很高时，则信号的波长就很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反射，造成自激振荡。PCB板内走线的低频信号直接连通即可，一般不需要加串行匹配电阻。

并行阻抗匹配又叫“终端阻抗匹配”

一般用在输入/输出接口端，主要指与传输电缆的阻抗匹配。例如，LVDS与RS422/485使用5类双绞线的输入端匹配电阻为100~120Ω；视频信号使用同轴电缆的匹配电阻为75Ω或50Ω、使用扁平电缆为300Ω。并行匹配电阻的阻值与传输电缆的介质有关，与长度无关，其主要作用也是防止信号反射、减少自激振荡。

值得一提的是，阻抗匹配可以提高系统的EMI性能。此外，解决阻抗匹配除了使用串/并联电阻外，还可使用变压器来做阻抗变换，典型的例子如以太网接口、CAN总线等。

零欧姆电阻

l简单的是做跳线用，如果某段线路不用，直接不焊接该电阻即可（不影响外观）。

l在匹配电路参数不确定的时候，以零欧姆代替，实际调试的时候，确定参数，再以具体数值的元件代替。

l想测某部分电路的工作电流时，可以去掉零欧姆电阻，接上电流表，这样方便测量电流。

l在布线时，如果实在布不过去了，也可以加一个零欧姆的电阻起跨接作用。

l在高频信号网络中，充当电感或电容（起阻抗匹配作用，零欧姆电阻也有阻抗）。充当电感用时，主要是解决EMC问题。

l单点接地，例如模拟地与数字地的单点对接共地。

l配置电路，可以取代跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置，易引起误会，为了减少维护费用，应用零欧姆电阻代替跳线等焊在板子上。

l系统调试用，例如将系统分成几个模块，模块间的电源与地用零欧姆电阻分开，调试阶段发现电源或地短路时，去掉零欧姆电阻可缩小查找范围。

上述功能也可使用“磁珠”替代。零欧姆电阻与磁珠虽然功能上有点类似，但存在本质差别，前者呈阻抗特性，后者呈感抗特性。磁珠一般用在电源与地网络中，有滤波作用。

工欲善其事，必先利其器，更好的了解阻抗匹配和零欧姆电阻，让PCB设计与制造更简单。

审核编辑：刘清