信号线或总线上串接的小电阻作用是什么？

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硬件攻城狮，南山扫地僧

问题1：查看有些原理图的设计时，经常看到串一些小电阻，如0Ω，22Ω，33Ω等等，但是也不是一定串。同样场合有的串，有的不串。这是为什么呢？这里电阻串联的意义是什么呢？什么时候需要串电阻呢，阻值取多大呢？

关于这个问题，我们先看下网上的一些答案：

1.参考设计上推荐的，应该是经验设计预留，为了后续调试方便

2.为了保护接口，抵抗小能量电压脉冲，防止信号脉冲损坏接口的。

举个简单的例子：一个串口通讯的提示信号，当接上串口时，因为瞬间的插拔产生了一个很窄的电压脉冲，如果这个脉冲直接打到GPIO口，很可能打坏芯片，但是串了一个小电阻，很容易把能力给消耗掉。如果脉冲是5mA5.1V，那么过了30Ω后就是5v左右了。

3.主要是基于阻抗匹配方面的考虑，以达到时序统一，延迟时间，走线电容等不会超过范围！原因在于LAYOUT时可能走线方面不是很匹配！

看了上述众多网友的回答，心中肯定充满了疑惑，到底是为了什么呢？那个是正确的呢？

很多时候，高速数字信号传输线上会串电阻，目的是解决阻抗匹配问题，阻抗不匹配会导致信号反射、过冲等问题。

电磁波类似光一样在同一种介质中传播方向和能量不会衰减，但如果光从一种介质发射到另外一种介质的时候会发生反射和折射现象，那么光到达终端的能量会衰减很多吧。同理高速数字信号从源端向终端传输过程中由于连接线或者PCBLAYOUT的原因导致部分阻抗不连续（比如要求传输线阻抗为欧，但是PCB有的部分是欧，但是中途打过孔或者线宽发生变化就会引起阻抗的不连续）就会导致信号反射，反射的信号在传输线中又会与原信号叠加，信号被干扰了，终端接收这样的信号解码会出错。

一般来讲，高速信号接口上串电阻基本就是阻抗匹配作用，一般来说如果LAYOUT比较好此电阻贴0欧没问题的，如果出现问题，就可以通过改变串连的小电阻来调节信号质量，从而达到消除过冲、振铃目的。

问题2：CAN总线终端电阻，一般来说都是欧姆，实际上在设计的时候，也是两个60欧姆的电阻串起来，但是这两个终端电阻的具体作用是什么呢？之前就知道阻抗匹配，但是究竟匹配的是什么呢？

CAN总线终端电阻的作用有3个：

1.提高抗干扰能力，让高频低能量的信号迅速走掉

2.确保总线快速进入隐性状态，让寄生电容的能量更快走掉；

3.提高信号质量，放置在总线的两端，让反射能量降低。

下面详细介绍各点的作用：

1.提高抗干扰能力，让高频低能量的信号迅速走掉。

CAN总线有“显性”和“隐性”两种状态，“显性”代表“0”，“隐性”代表“1”，由CAN收发器决定。下图是一个CAN收发器的典型内部结构图，CANH、CANL连接总线。总线显性时，收发器内部Q1、Q2导通，CANH、CANL之间产生压差；隐性时，Q1、Q2截止，CANH、CANL处于无源状态，压差为0。

总线若无负载，隐性时差分电阻阻值很大，内部的MOS管属于高阻态，外部的干扰只需要极小的能量即可令总线进入显性（一般的收发器显性门限最小电压仅mV）。这个时候如果有差模干扰过来，总线上就会有明显的波动，而这些波动没有地方能够吸收掉他们，就会在总线上创造一个显性位出来。所以为提升总线隐性时的抗干扰能力，可以增加一个差分负载电阻，且阻值尽可能小，以杜绝大部分噪声能量的影响。然而，为了避免需要过大的电流总线才能进入显性，阻值也不能过小。

2.确保总线快速进入隐性状态，让寄生电容的能量更快走掉

在显性状态期间，总线的寄生电容会被充电，而在恢复到隐性状态时，这些电容需要放电。如果CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载，电容只能通过收发器内部的差分电阻放电，这个阻抗是比较大的，按照RC滤波电路的特性，放电时间就会明显比较长。我们在收发器的CANH、CANL之间加入一个PF的电容进行模拟试验，位速率为kbit/s，波形如图，这个波形的下降沿就是比较长的状态

为了让总线寄生电容快速放电，确保总线快速进入隐性状态，需要在CANH、CANL之间放置一个负载电阻。增加一个60Ω的电阻后，波形如图，从图中看出，显性恢复到隐性的时间缩减到nS，与显性建立时间相当。

3.提高信号质量，放置在总线的两端，让反射能量降低。

信号在较高的转换速率情况下，信号边沿能量遇到阻抗不匹配时，会产生信号反射；能量发生反射时，导致反射的波形与原来的波形进行叠加，就会产生振铃。

在总线线缆的末端，阻抗急剧变化导致信号边沿能量反射，总线信号上会产生振铃，若振铃幅度过大，就会影响通信质量。在线缆末端增加一个与线缆特征阻抗一致的终端电阻，可以将这部分能量吸收，避免振铃的产生。

别人进行了一个模拟试验，位速率为1Mbit/s，收发器CANH、CANL接一根10m左右的双绞线，收发器端接Ω电阻保证隐性转换时间，末端不加负载。末端信号波形如图所示，信号上升沿出现了振铃。

若双绞线末端增加一个Ω的电阻，末端信号波形明显改善，振铃消失。

附加：

为什么功率还要选0.25W？

这个就要结合一些故障状态也计算，汽车ECU的所有接口都需要考虑短路到电源和短路到地的情况，所以我们也需要考虑CAN总线的节点短路到电源的情况，根据标准需要考虑短路到18V的情况，假设CANH短路到18V，电流会通过终端电阻流到CANL上，而CANL内部由于限流的原因，最大注入电流为50mA（TJA的规格书上标注），这时候Ω电阻的功率就是50mA*50mA*Ω=0.3W。考虑到高温情况下的降额，终端电阻的功率就是0.5W。

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