硬件基础知识-电阻的使用

简介

电阻的特点是阻挡电能。电阻的关键参数包括尺寸、电阻值、精度和功率。电阻的应用场景很多，都是围绕电阻的特性使用的。让我们关注实际工作中遇到的电阻的功能我们不会重复理论知识和计算公式。在初学者看来，电阻用于分压，但在实际项目中，大多数电阻不用作分压。

电阻的特点是阻挡电能，电阻的关键参数是尺寸、阻值、精度和功率。电阻的应用场景很多，都是围绕电阻的特性使用的。我们将重点关注实际工作中遇到的电阻功能，不重复理论知识和计算公式。

在初学者看来，电阻是用来分压的，但在实际项目中，绝大多数电阻不是用来分压的。

我们统计过，一个Android在智能平台的硬件电路中，约20%的电阻用于上拉下拉，30%的电阻用于上拉下拉EMC和ESD使用时，40%的电阻占位置和跳线，5%的电阻用于电压采样，最多只剩下两三个用于严重分压。

听我们一起来：

1上拉下拉

上拉就是把电路拉到电源上，下拉就是把电路拉到地上。下面有几张参考图。

↑ 图：上拉电阻

↑I2C总线上拉电阻，R709和R710。使I2C在无控状态下保持高电平。

↑ 图：上拉电阻

↑SDIO总线上拉电阻，R610，R611，R613、R614.提高外设驱动能力。

↑ 图：下拉电阻

↑NMOS开关控制脚的下拉电阻，R732。使MOS在无控状态下关闭管道。

↑ 图：下拉电阻

↑LDO开关的下拉电阻，R759。使LDO保持无控状态的关闭。

上下拉的主要作用是在无人控制的情况下保持线路处于固定状态，提高驱动能力。

关于无人控制，很多人会认为系统启动后我配置了这个GPIO嘴，可以控制啊，为什么有无人控制的情况？

是的，启动后可以控制，但是系统刚上电，没有启动，或者在启动过程中，GPIO口腔处于无控状态。如果只供电但尚未启动，电源的控制脚是默认内部上拉GPIO口，电源被打开，经常导致其他电流灌入还没有运行的东西GPIO内部，导致上电泄漏。

如果启动，启动过程一般为：上电-复位-电源初始化-运行指导程序-内核运行-应用程序运行，用户配置代码要么在内核，要么在应用程序中，不能更改指导程序。虽然前面的无控时间很短，可能只有几百毫秒，但可能会导致一些GPIO口腔默认状态不当导致外部电源意外打开，也可能发生泄漏。如果是灯的开关，开机时可能会灯亮，跑到程序设置的地方才会关闭。

因此，对于开关脚（EN，enable），选择GPIO当选择默认状态是关闭状态时GPIO为了保证开关脚的默认状态是正确的，应预留开关上下拉的电阻。

这种开关通常用于控制脚，如电源芯片开关、灯开关、模拟开关等。

这种用法也将用于中断信号。通过添加上拉电阻，中断脚在没有输出的情况下保持高电平。一旦输出低电平，它将被拉下。反之亦然。

这些上下拉电阻通常是10KR-100KR电阻小会导致漏电大或GPIO无法控制，电阻过大会导致与芯片内部的上下拉冲突。GPIO输出电阻一般为10kR内部上下拉一般为100KR上下。(其实也是两个电阻分压的原理)

至于I2C协议要求上拉。I2C默认情况下，两条线需要高电平，一旦拉到低电平，就会认为有数据要发送。I2C当主机和从机没有控制时，需要保持在高电平。I2C硬件上都是OC门，不能自己拉，所以需要外拉电阻。这种情况是一个特例。

SDIO接口，就是连接SD卡、TF卡接口，增加10KR-33KR上拉电阻有助于提高驱动能力。一些小工厂生产水SD卡和TF卡，不易识别，增加上拉可以降低不读卡的概率。

稍后将继续解释：电阻的使用ESD，EMC，0欧姆欧姆、跳线等

2. 0欧姆电阻用法

简介

没有比电阻更便宜的部件，所以电阻被广泛用于占用和预留位置。如果没有问题，继续使用电阻，如果有问题，用电感、磁珠等部件代替。通常0可以预留在电源线上R电阻。本身电阻的寄生电感就可以降低EMC辐射，减少外部干扰的电源。如果0R如果电阻扛不住，可以换成同尺寸的磁珠，可以把它拿走EMC能力提高了很多。磁珠比电阻贵10-15倍。

图：硬件工程师理论基础：

没有比电阻更便宜的部件，所以电阻被广泛用于占用和预留位置。如果没有问题，继续使用电阻，如果有问题，用电感、磁珠等部件代替。

↑ 图：Camera在电源线上预留0R电阻

通常0可以预留在电源线上R电阻。寄生电感本身的电阻可以降低EMC辐射，减少外部干扰的电源。R如果电阻扛不住，可以换成同尺寸的磁珠，可以把它拿走EMC能力提高了很多。磁珠比电阻贵10-15倍。

为什么电源会辐射出来？由于设备工作时功耗不固定，从微观时间来看，设备工作电流会随着时钟而抖动，电源会随着设备工作电流的变化而抖动。因此，去耦电容必须保留在电源上，大部分时间预留0R电阻或磁珠。对于一些超高频供电，如CPU电源还需要进行高频阻抗模拟。

预留的0R电阻，也可以作为测试点，方便测量信号。(如果线路行走PCB内层无法直接测量)也可以断开0R断开线路或飞线调试电阻。R电阻对电路调试和测试也很重要。

但是，如果线路行走，这种设计并非没有缺点PCB内层，能够防止电路对外辐射信号，也能够防止外面的静电打进来。布置在PCB外层预留电阻本身也可能成为干扰源。正如我前面所说，电阻虽然便宜，但是SMT也要花钱，预留电阻不要太多，够了。

3.电阻跳线

简介

每个人都熟悉跳线。电脑主板和开发板上会有很多插针跳线，用于手动切换线路。但是智能硬件一般都比较小，不能留下插针跳线。而且大多是一次性切换，SMT当你选择好的时候，你不需要用户自己手工选择。因此，0被广泛使用R做跳线的电阻。

每个人都熟悉跳线。电脑主板和开发板上会有很多插针跳线，用于手动切换线路。但是智能硬件一般都比较小，不能留下插针跳线。而且大多是一次性切换，SMT当你选择好的时候，你不需要用户自己手工选择。因此，0被广泛使用R电阻来做跳线。

↑ 图：插针式跳线

↑ 图：插针式跳线

↑ 图：PCM和I2S兼容跳线，电源选择跳线

如上图所示，分别是蓝牙PCM和音频CODEC的I2S之间做一个二选一，LDO1和LDO四、供电二选一。选择哪条路，SMT当你贴那条路的0的时候R电阻，不选择一路补贴。

图中的DNI是don’t need install也有DNP（do not present）和NC（not connect）简而言之，就是SMT不需要贴片，出来BOM不需要列出时间。

跳线电阻占电路板面积。一条线应配备两个电阻面积，四条线应配备8个电阻。如果空间相对较小，可以使用下图中共用焊盘的跳线电阻。两个电阻中有一个是公共的。这样可以节省大约三分之一的面积。

↑ 图:省空跳线电阻Layout示意图

跳线有时被称为兼容设计

在电路设计中，无论是没有开发板，还是飞线飞不出来，还是没有时间，我们都很难提前验证所有的方案。通常有几种替代方案，例如GPIO哪一个更适合口选？内供电还是外部供电？这个芯片和另一个芯片哪个更好？

PCB一旦板投下来，就是成本，半个月一个月，所以在犹豫不决的地方做兼容设计。既然不知道哪个界面好用，那就两个都留着吧。如果有问题，再焊一次就解决了，不用花半个多月的时间改。PCB板了。

硬件设计中，用过的、测过的才是相对准确的。仅理论可行但没有用过的设计，一定要小心。要有做兼容设计的思维，才能保证项目风险可控，才能不因为设计错误导致硬件报废重做。

4采样电阻

简介

电压或电流采样是电阻最正统的使用方式之一。虽然用的很少，但是严格遵循了安培定律，大家在初中物理上学的知识有用武之地了！这是4.2V锂离子电池充电电路，前面PMOS不用先看二极管，只看后面的0.2ohm 1%的电阻。电阻两端，一端IS（I Sense），电流检测的意思，另一端是VBAT，就是电池。IS和VBAT都会接入系统ADC，I charge =(Visense-Vbat)/

电压或电流采样是电阻最正统的使用方式之一

虽然很少使用，但严格遵循安培定律，初中物理学的知识是有用的！

↑ 图：充电电流采样电阻

这是4.2V锂离子电池充电电路，前面PMOS和二极管先不用看，只看后面这颗0.2ohm 1%的电阻。电阻的两端，一端是IS（I Sense），电流检测的意思，另一端是VBAT，就是电池。IS和VBAT都会接入系统ADC，I charge =(Visense-Vbat)/0.2。

这种方法通常用于1A以下充电电流检测。电流越大，电阻分压越大。如果使用2A充电，5V通过线路损失的充电器，Pmos和二极管，然后减去检测电的电压，就不到4.2V了，充电就充不满了。

对于此类大电流流过的电阻，一定要计算功率，不然有烧掉的风险。例如1A，0.2ohm，算下来功率在0.2W，0805封装1/8W的电阻勉强够用，1206封装1/4W的电阻就比较好了。

采样电阻能不能做的更小呢？答案是可以的。大电流情况下肯定是要用小的采样电阻。很多高精度毫欧级的电阻都是用来做大电流采样的。但是不能做的太小。例如1A 0.2ohm的时候，电压差在0.2V，如果用0.05ohm的电阻，电压差就只有0.05V了，此时如果检测50mA的充电电流（充电截止电流），电压差就只有2.5mA，一来容易被干扰，二来对ADC的精度要求太高。所以检测电阻要和检测电流匹配才行。

↑  图：LCD背光电路电流反馈采样电阻

这是一颗LCD串联背光驱动芯片，LCD的背光是一串或多串白光LED灯，芯片将4.2V的VBAT升压到十多伏，驱动串联的LED灯。例如一颗灯是3.3V，5颗串联就是16.5V。

LED对电流特别敏感，电流稍有波动，就能够看到LED在闪烁。需要一个电流采样作为反馈信号输入给驱动IC。

这个示例中用的是2串串联灯，每一串LED的工作电流是20mA，2串LED并联就是40mA。驱动IC设计要求FB（feedback）脚上的电压要固定在200mV，因此得出电阻需求是200mV/40mA=5ohm。于是选择使用了5.1R_1%的电阻。（5ohm不常见，选了常见的5.1ohm）。

这颗电阻的作用也可以认为是提供了背光驱动芯片的参考电压。

↑  图：参考电压 R1704

↑  图：参考电压 R1703

这个例子是联芯1860C处理器上的两组参考电压，200R_1%是提供给USB的参考电压，4.02K_1%是提供给摄像头ISP的MIPI接口的参考电压。

这些精密电阻的值，都是由芯片原厂提供的，芯片是人家设计的，咱们就不要乱动了，老老实实按照参考设计来吧。

 

原文来自燚智能硬件开发网