电路中的0欧姆电阻究竟是干什么用的?

写在前面

本文摘自知乎问题0欧电阻为什么能把数字模拟混合电路中的地分开?部分大佬的回答,使用之前没有经过各位大佬的同意,如有侵权,请联系博主E-Mail删除,谢谢。


@运算放大器的回答

以下为原文:@魔子的答案说的并不准确,理由如下:

第一,0欧电阻并不是方便调试,我从来没在调电路的时候把模拟地和数字地的连接断开,这种不叫调试,这种叫故意烧板子。

第二,0欧电阻可以当导线使用,但是不能等效为导线。这点 @时伟说的很对,对于信号来讲,0欧电阻的阻抗不为零。

第三,地线要不要进行分割都行,这点完全正确,具体要不要分割,需要根据信号特性来决定。但是EMC并不是什么高深的理论,两条原则就可以概括。

有些人说分割地没有用,或者用处不明显,我只能说在你应用的领域分割地的用处不大,或者是分割的时候没有明白分割地的原则和实质,所以不分割比分割效果好。有空玩玩0.5uVpp 10MHz信号放大80dB增益的电路,分分钟教你做人,教你什么叫EMS和EMI,什么叫波形烂到示波器都识别不出信号。

以下为私货EMC也就是电磁兼容,再设计电路时,一般EMC问题划分为两个具体问题:

1.阻抗匹配

2.接地与屏蔽。

题主的问题是接地,今天就说说接地好了。

首先,什么叫接地?

接地——为电路或系统提供零电势参考平面,在系统和地之间建立低阻抗通路。在电路中,需要回流的信号有两种,一种是信号,一种是干扰。

要保证电路正常工作,则需要保证信号的干净,不被干扰所影响(接地与屏蔽),当然,也要不被自己所影响(阻抗匹配)。

明白这个电路基本点之后,现在说说一个信号回流的概念,下面先看两张图,图是在论坛里面找的,如有不当,通知我删除。第一张是不同信号的回流路径对比,蓝色的是地平面,红色的是信号线,可以看到1kHz和100kHz是通过整个地平面进行回流,而1MHz的信号,回流则是在信号线下面。第二张和第三张就是放大图。

可以看到,随着信号频率的不同,信号的回流路径也发生了很大的变化。这里要说一个极其重要的概念,趋肤效应,说白了就是信号会自动选择低阻抗回路进行回流。

在频率较低的时候,整个地平面的环路阻抗不明显,所以信号会通过整个地平面进行回流,但是当信号频率逐渐升高的时候,地线阻抗效应就会体现出来,这时候,信号会自动选择信号线的边缘进行传播,选择紧邻信号线的地环路进行回流。这也是为什么,音频电路不铺大面积地,并且单点接地;1MHz-10Mhz的电路需要单点接地,并尽量保证地平面的完整;而射频电路时常要把地线接成环形。无论是信号还是干扰,都遵循从哪儿来,回哪儿去的道理,所以无论地线怎么处理,都会为在信号回流路径上,尽量提高干扰回流的阻抗,让干扰选择与信号回流路径截然不同的路径进行回流。

综上所述题主所说的0欧电阻(其实实际中用0欧电阻只是小信号数模混合电路中,分割信号地使用,大多数情况需要分割地的时候用的是铁磁体),其作用在于提高噪声信号在信号回流路径上的阻抗。而且时常我们在低于10Mhz的数模混合电路中,不是把数字地和模拟地用0欧电阻隔开,而是选择把数字地和模拟地用0欧电阻或者铁磁体接到电源地上,因为这个时候,只有电源地算得上“干净地”,模拟地和数字地都是带噪声的地。下面这张板子的图,总共有五块地,分别为信号地,模拟地,数字地,电源地和时钟地。


@小文文的回答

不请自来,@魔子和 @运算放大器都已经讲到了几个关键点并且分析得很到位,有图有真相,在此我也不再赘述;

我也结合自己工作中接触到的实际情况,简明扼要地列举一些0欧姆电阻用法:

1.在电路中没实际作用,只是在pcb上为了调试方便或电磁兼容设计等

2.当跳线作用,如果某个线路不用,直接不焊接该电阻即可

3.在匹配电路参数不确定时,用0欧姆代替,实际调试时确定参数,再以具体阻值代替之

4.想测试某条线路的电流时,可以去掉0欧姆电阻,接上电流表,方便测试

5.在layout时,如果实在无法布通,可以加个0欧姆电阻(不建议使用)

6.在高频信号电路中,当电感或电容。解决EMC问题。

7.单点接地

8.作熔丝

9.模拟地和数字地单点接地

10.有时产品上不要出现跳线和拨码开关,有时客户会手贱,引起错误,可用0欧代替。


@魔子的回答

0欧姆电阻不是为了把数字地和模拟地分开,只是使模拟地和数字地进行电气连接,因为模拟地和数字地毕竟属于同一个网络,最终也还是要连在一起的。把数模地分开,只是工程师为了解决干扰的一种手段。

用0欧姆电阻的方便之处就是它很容易拆卸,拆卸下来可以换其他的器件代替以观察最终的效果进行对比,而导线不能拆卸。限流这种观点,其实不太赞同,0欧姆电阻有阻抗但毕竟 小,这得流过多大电流才起到限流作用?几A?不现实吧,很多电路板达不到这个电流级别。反而有阻抗影响挺大吧,如果0欧电阻阻抗挺大,那在0欧姆上的电压降产生共模干扰导致的问题不可忽视。

进行数字地和模拟地之间的隔离,其实是一门挺有技术含量的事,属于EMC的范畴。我不太赞同一些工程师说的,只要是数模混合电路就必须对数字地和模拟地进行地的分割,然后用个磁珠或0欧姆电阻连起来。具体问题还得具体分析。我见过很多电路板,采用统一地,也就是不对地分割,当然也就不存在用0欧电阻连接的问题,其EMC可以做得很好。

反而一些采用了地分割的电路板,EMC很差。导致这种现象的原因是工程师对EMC本质的理解偏差。其实EMC很关键一点就是环流路径最小化,如果进行地分割,就要非常注意,一旦信号线跨越地分割线,环流路径必然增大,EMC性能变差。而采用统一地的电路板,事先必须对布局做足考虑,对电路模块进行物理分区(不分割),保证模块都有自己的回路,就不会影响其他模块,同时因为地没有分割,保证了地的完整性。当然具体细节太多了,就不一一介绍。

分割做得好,确实可以做到较好的数模隔离,但是不做分割,EMC不一定差。凡事没有绝对,没有哪一种是绝对的好,只是要根据具体的情况决定倒是要不要分割,目的是为了EMC性能,分割只是一种手段,而手段可以多种。还是那句话具体问题具体分析。以上(可能有点偏题了)


写在最后

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时间: 2024-10-09 03:22:48

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