Question

电阻、电容、电感

Answer 1

1.精度

1%精度的电阻一般用在精确控制的场合，比如通过电阻分压产生精确参考电压的情况一般用1%精度的。非精确控制的场合一般用低精度比如5%精度的电阻。 1%精度的电阻成本上要远高于 5%精度的电阻。

2. 作用

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

3. 参数 1/8W

电阻的额定功率。电阻的功率消耗 W=I2R，由于 R 是比较固定的，所以设定额定功率，其实也就限定了流过的电流。电阻的过电流能力跟其封装大小也有一定关系，封装尺寸越大，允许通过电流值越大。当电阻使用在一些大功率场合或大电流通过的电路设计时，一定要考虑电阻的额定功率和允许通过电流限定

4. 上拉电阻

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。

（1）有些上拉电阻是给芯片的相关引脚提供初始‘高’状态；

（2）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；

（3）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；

5. 下拉电阻

一般是一端接地，另一端连接芯片引脚所对应的信号。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。有些下拉是为芯片的某些引脚提供‘低’初始设定。

6. 分压电阻

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。

7. 终端（termination）电阻

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。

8. 电流检测电阻

如下图中的 R2305 和 R2301。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。

CC41: 0.5pF～0.22uF

CT41：220pF～100uF

1.电压

16V 表示电容所能承受的最高电压。考虑元器件的长期可靠性，一般选择电容的实际工作电压小于其最高耐压的75%。图中的电容，其实际工作电压应小于16*75%=12V。

2. 特点

电容的特点：

- 它具有充放电特性和阻止直流电流通过，允许交流电流通过的能力。

- 在充电和放电过程中，两极板上的电荷有积累过程，也即电压有建立过程，因此，电容器上的电压不能突变。电容器的充电：两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。 电容器的放电：电容器两极正负电荷通过导线中和，在放电过程中导线上有短暂的电流产生。

- 电容器的容抗与频率、容量之间成反比。即分析容抗大小时就得联系信号的频率高低、容量大小 。

3. 退耦电容

电路设计中用得数量最多的一种电容。 几乎所有芯片的电源和地之间都会放置一些电容，这样连接的电容叫退耦电容。 特别是在工作在高频条件下的芯片电源引脚附近，一般都会放一些退藕电容，提高相关电源的完整性设计。

现 在的芯片内部集成很多晶体管。当晶体管导通时，便有电流流过；而当晶体管关闭时，电流就会断开。因而，晶体管工作时产生的电流不像传统阻性负载一样是静态的，而是形成动态的电流。当很多晶体管一起工作时，就会产生与晶体管工作频率对应的较大的 动态电流（一定频率的脉冲电流） 。现在的电源方案 （线性电源或开关电源）都无发响应如此高频的动态电流要求 ，因而就通过在芯片周边靠近电源引脚的地方放一些电容（ 一般用陶瓷电容 ），来提供这样的高频动态电流。如下图，当负载芯片晶体管关断时，电容被充电；当晶体管导通时，最近的退藕电容就会放电，从而产生相应的瞬态电流， 保证相应芯片功能的实现。 这也是退藕电容最主要的功能。当然这些电容放在芯片附近的电源通路上，也会有一定的滤波作用。如果电源通路上有一些 高频的噪声，会通过这些电容而被过滤掉 ，从而不会进入芯片内部影响芯片的正常功能。

退藕电容的选择：非常复杂的电源完整性分析的话题

芯片内众多晶体管一起工作时，就会产生 动态的跳变电流 。而该动态的跳变电流流过退藕电容所形成的回路时，由于回路及退藕电容具有一定的 阻抗 ，从而产生 动态的跳变电压 ，反应在电压波形上就会看到 高频的纹波 。为了降低高频纹波，就 需要控制回路及退藕电容的阻抗 。控制退藕电容的阻抗，一般可以：

（1） 多个退藕电容并联 。这有点象电阻并联可以降低阻值一样，多个退藕电容并联，也可明显降低整体阻抗，从而有效降低电源纹波。这就是为什么会在 芯片附近经常有多个1uf 或者 0.1uf 电容并联。

（2） 不同值的电容并联 。电容工作在高频状态下，其阻抗和工作的频率有关系。当在某个频率点电容的阻抗最低时，这个频率叫做该电容的 谐振频率 。一般会尽量选择 谐振频率和芯片工作频率接近的电容作退藕电容 ，这样电容的 阻抗很低 。但芯片往往不会工作在一个静态的频率点上，而是工作在一个 频率范围 。这时就可选择 不同容值的电容并联在一起 ，由于其有不同的谐振频率，从而从此不同的谐振频率间的频率范围内都可形成 低阻抗路径 。

（3）设计方法：现在大多高功率高频芯片都有 众多的电源引脚 。每个电源/地引脚应该都对应芯片内部的一些晶体管。因此， 退藕电容也应当分散放置在不同的电源引脚附近 ，尽量让每对电源/地引脚附近都有退藕电容，从而提供不同部分的晶体管对工作电流的要求。退藕电容应 尽量离电源/地引脚近，越近越好 ，这样可 缩短晶体管工作形成的动态电流流过的回路 ，而回路越短，回路的阻抗也就越小，有 利于控制电压的高频纹波 。

4. 耦合电容：需要丰富的高速信号完整性知识

高速串行差分信号，很多的 PCI Express 总线的差分信号中往往会串接电容，叫交流耦合电容（AC coupling ）。

作用主要是阻断直流分量的通过，而允许高于某个频率的高频交流分量通过。这样的电容串接在DMI,PCIe这样的高速差分总线中，总线传输的高速信号能够顺利通过电容，传输到接收端；而直流分量以及一些低频干扰则被过滤掉。

好处：

- 可以降低共模干扰，提高传输到输入端的信号质量

- 该电容阻断输出和输入的直流通道，便于有需要的电路在输出端和输入端设置不同的直流偏置。

5. 旁路电容bypass capacitor

把输入信号的一些干扰以及不需要的频率分量给过滤掉，从而让需要的频率分量以及干净的信号进入到输入电路，确保输入电路稳定工作。

下面两电路中的电容 C1001 及 C1105 都是旁路电容的典型应用。其中上面的电路时通过两个电阻的分压产生一个参考电压（reference voltage）输入给南桥芯片。既然是参考电压，当然要干净没有干扰。VCC_3V3S 电源在其他的电路以及芯片供电过程中，可能会产生各种各样的干扰，C1001 就可以把高频的干扰给过滤掉，净化参考电压的质量。第二个电路是产生复位信号（RTCRST#），以复位南桥内部的相关逻辑电路。电容C1105 可以起到顾虑该信号电路前端电源中的各种高频干扰，从而保证复位信号的质量。

6. 滤波电容

利用电容充放电原理，把交流的输出波形处理成直流输出波形。用途较多的场合是 开关电源输出 的滤波电路以及 芯片锁相环输入电源引脚 的滤波电路。

电容 C1222 和 C1216 与电感 L1205 一起组成滤波电路。VCC_1V5 虽然已经经过其电源电路自身的滤波电路变成直流输出，但其中还是有一定的低频的纹波存在。这样的低幅度的纹波叠加到PLL 模拟电路中，就会对相关电路的功能产生较大的影响。通过这里的滤波电路后，可以让该PLL电源引脚的输入信号（VCC_SATAPLL）更加光滑。原理很简单：当电压变化时，就需要对的滤波电容进行充放电，从而缓解电压波形的变化，让输入电压更加平稳干净。

开关电源电路中的滤波电路主要起到整流的作用，其中滤波电容的工作原理跟上面描述差不多。

7. 晶振起振电容

在晶体振荡器电路中被使用，叫晶体振荡器的起振电容。该电容一般 与晶振的引脚并联 ，其容值一般根据晶体振荡器 厂家提供负载电容参数 选定。

C1102/C1103 就是晶体振荡器 Y1101 的起振电容，它们与芯片内部的放大器合在一起就可产生等同该晶体振荡频率的正弦波波形，可以作为芯片的参考时钟信号。

电感器的特性与电容器的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。直流信号通过线圈时的电阻就是导线本身的电阻压降很小；当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感器的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。

电感器在电路中经常和电容器一起工作，构成LC 滤波器、 LC 振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、 变压器、 继电器等。

- 通直流：指电感器对直流呈通路关态，如果不计电感线圈的电阻，那么直流电可以“畅通无阻”地通过电感器，对直流而言，线圈本身电阻很对直流的阻碍作用很小，所以在电路分析中往往忽略不计。

- 阻交流：当交流电通过电感线圈时电感器对交流电存在着阻碍作用，阻碍交流电的是电感线圈的感抗。

1. 作用

电感器在电路中主要起到 滤波、振荡、延迟、陷波 等作用，还有 筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰 等作用。

很多芯片的电源输入，特别是一些对电源质量要求很高的PLL 电源往往都会加 LC 滤波电路。