射频电路中的0欧姆电阻

burton · 发表于 2013-1-13 05:58:12

通常，PCB电路采用0欧姆电阻来预留调试位置,其作用相当于导线. 但是怎么理解射频电路中的0欧姆电阻的作用呢?

对无耗传输线,在其等效电路中串入一个0欧电阻，很好理解其作用：就相当于一导线；

但是，线的特性阻抗为sqrt(L/C),为了匹配通常需要50欧，串入9欧电阻应该有反射啊？

zoojc000 · 发表于 2013-1-31 16:09:55

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xiongkuan123 · 发表于 2013-1-31 15:21:22

有网络分析仪测试天线阻抗，加0Ω或者换焊锡连接都是一样的效果。可见0Ω本身对高频就没有什么影响。

hsetonline · 发表于 2013-1-30 20:40:01

讨论半天，为什么不分析分析现在通用的0Ω电阻的生产工艺及在这种生产工艺下0Ω电阻本身在某个频率下是个什么模型捏[em02]

qq365576292 · 发表于 2013-1-23 17:44:56

好文章啊，向各位大侠学习，。、

makaimark · 发表于 2013-1-22 13:45:56

讲得很深奥啊

burton · 发表于 2013-1-18 04:37:49

首先说点题外话：论坛本着交流的目的，大家应该应该心平气和，各抒己见

To fengmo44: 感谢你踊跃发言，但是不欣赏你的态度。

我的理解错误的根本在于：0欧姆是串入50欧电路，不是作为50欧电路的负载。

串联阻抗的ABCD矩阵为[1 z；0 1]，其中z=Z/50=(R+jX)/50，表示对两端口阻抗50欧进行归一化。因此，S11=z/(2+z)；S21=2/(2+z)

对理想0欧电阻：z=0。则，S11=0，S21=1，没有任何反射和能量损耗

说明：上面关于反射系数的计算公式，我犯了一个错误，这里Tv=（Zin-Z0）/（Zin-Z0）的Zin表示输入阻抗。因此，用这个公式也是能够解释串联0欧姆是没有反射的。

哈哈，还是基础不牢啊，fengmo44骂的对。

lizx30340 · 发表于 2013-1-17 12:29:14

我赞同lunwenbo的看法，串入0Ω电阻，反射存在，但最终结果是反射相互抵消。
将0Ω电阻用分布参数来处理，即使特征阻抗不连续，在尺寸很小，寄生参数可以忽略的情况下，也不会显著的影响结果。
0Ω电阻的实际情况太复杂，我们考虑一个简单的模型，比如说在一段线宽为W、特征阻抗为50Ω的微带线上，在中间的某个位置上，很短的一段L上（L《波长），将线宽改为W2，显然特征阻抗不连续了，但是有经验的都知道对电路而言影响非常小，其原因就在于从L左边反射的波和从L右边反射，然后又从左边透射出去的所有的波（因为从L一侧进入的波要在两个分界面上来回反射和折射，直到衰减为0）叠加后，其振幅随L趋近于0而趋近于0，也就是反射被消除。所以即使线路上即使有很短的一段阻抗线不连续，也不会对电路影响很大，要不然PCB没法做了
事实上很多场合，我们没有必要分析的如此复杂，射频电路领域，很多东西都是用集总参数来处理，我们依然可以用电路的理论来分析，把传输线当成是阻抗变换的器件，这样相当于在一段传输线后面串连了一个0Ω电阻，后面是经过变换后的负载阻抗ZL，所以串联0欧姆阻抗基本没什么变化

iaman · 发表于 2013-1-17 11:52:48

以下是引用lunwenbo在2013-1-17 11:03:25的发言：
版主可能没有明白我的意思，
首先因为0欧姆电阻我们可以用在900M，1800M，2.4G等各种频率上，所以它的频率特性必须非常好，在5G或者10G的频率范围内都是0欧姆，也就是版主说的理想导体。

因为我没有系统的学过传输线，只是看一些资料，这个问题实际上就转化为2段50欧姆的传输线之间串联一段0欧姆的传输线（或者理想导体）是否有影响，当然串联其它阻抗肯定有影响，串联一段20欧姆或者30欧姆阻抗是不连续的，但是串联0欧姆哪？我没有学过传输线，一直认为是两次反射相互抵消了，对于整个系统来说没有反射，但是版主说的这句话“对于0 Ohm高频信号的阻抗参考地地与trace的参考地没有任何区别”也许是传输线理论里面的知识，但是怎么来解释0欧姆串联在2段50欧姆的阻抗线上阻抗连续哪？

对于微带线（假如CPW）来说，只要导体的厚度超过肌肤深度，那么他的特征阻抗只与trace的宽度，介电常数，导体到参考地的高度有关。如果0 ohm电阻还是0 ohm电阻的话，你当然可以等效成trace线的一部分，你把0 ohm电阻就当成trace线的一部分就行。如果PCB做的仔细些，通过折中，一些PCB的射频线与焊盘的宽度几乎一致。这个也解释了为什么一些飞线如果远离参考地，那么就会影响匹配，你要做的就是让这些飞线尽可能的靠近地，这样改善高频性能。

lunwenbo · 发表于 2013-1-17 11:03:25

版主可能没有明白我的意思，
首先因为0欧姆电阻我们可以用在900M，1800M，2.4G等各种频率上，所以它的频率特性必须非常好，在5G或者10G的频率范围内都是0欧姆，也就是版主说的理想导体。

因为我没有系统的学过传输线，只是看一些资料，这个问题实际上就转化为2段50欧姆的传输线之间串联一段0欧姆的传输线（或者理想导体）是否有影响，当然串联其它阻抗肯定有影响，串联一段20欧姆或者30欧姆阻抗是不连续的，但是串联0欧姆哪？我没有学过传输线，一直认为是两次反射相互抵消了，对于整个系统来说没有反射，但是版主说的这句话“对于0 Ohm高频信号的阻抗参考地地与trace的参考地没有任何区别”也许是传输线理论里面的知识，但是怎么来解释0欧姆串联在2段50欧姆的阻抗线上阻抗连续哪？

iaman · 发表于 2013-1-17 10:22:11

以下是引用lunwenbo在2013-1-17 8:05:14的发言：
LS的前辈，0欧姆电阻在多少G以内都是0欧姆，这个我们都知道，但是你说的最后一句话跟传输线没有本质区别，阻抗连续我感觉自己还是理解不了，那么一段特征阻抗30欧姆的传输线跟一段特征阻抗50欧姆的传输线对你高频信号区别不是很大吗？理想导体对于低频和直流是没有区别，前辈的意思是说高频信号在经过0欧姆没有反射吗？

1. 0欧姆电阻在多少G以内都是0欧姆，这个我们都知道，
你需要重新读那个文章，我没有说0 ohm电阻在多少G以内都是0 Ohm电阻，我说根据那篇文章即使考虑到高频信号，在10GHz以内， 0 Ohm电阻还是可以等效成 0 Ohm电阻（理想导体）。但是需要强调的是，这个结论针对电阻本身。

2. 但是你说的最后一句话跟传输线没有本质区别，阻抗连续我感觉自己还是理解不了
如果同意问题1的结论，而且以传输线理论考虑问题的话，那么当一个0 ohm的电阻（理想导体）串联在 2段50 Ohm特征阻抗trace之间的时候，对于0 Ohm高频信号的阻抗参考地地与trace的参考地没有任何区别（理论上有区别，但是这种区别可以忽略），所以特征阻抗连续。

3.特征阻抗30欧姆的传输线跟一段特征阻抗50欧姆的传输线对你高频信号区别不是很大吗？
这是一个附带的问题，本身与本讨论无关。但是需要注意，工程应用通常要求S11 < -10dB ,你可以算算50 ohm特征阻抗的时候，满足S11<-10dB 对负载的阻抗范围要求，这个可以帮助你判断“高频信号区别不是很大吗？”中的大怎么定义。

lunwenbo · 发表于 2013-1-17 08:05:14

LS的前辈，0欧姆电阻在多少G以内都是0欧姆，这个我们都知道，但是你说的最后一句话跟传输线没有本质区别，阻抗连续我感觉自己还是理解不了，那么一段特征阻抗30欧姆的传输线跟一段特征阻抗50欧姆的传输线对你高频信号区别不是很大吗？理想导体对于低频和直流是没有区别，前辈的意思是说高频信号在经过0欧姆没有反射吗？

iaman · 发表于 2013-1-16 23:10:39

附件是关于电阻在高频条件下的模型数据，显然该文档中的数据与大家所认为的是不一样的。
根据附件中的图标，结论是，阻抗标称值越小，封装尺寸越小，阻抗在10GHz以内受频率影响很小，
所以0 Ohm电阻在高频下（10GHz内）就可以认为它是“理想”的 0 Ohm电阻，等效成一个理想导体，
那么这个理想导体与PCB上的Trace导体没有本质区别……所以特征阻抗连续

【文件名】:13116@52RD_freqresp.pdf
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lunwenbo · 发表于 2013-1-16 17:50:55

其实LZ的这个问题很值得深入探讨，可以用0欧姆或者飞线作对比，会发现效果基本上一样，当然要知道准确的答案，可以使用ADS仿真，源和负载都是50欧姆，在中间串联了一个0欧，看看是什么样子的？
0欧的直流阻抗为0的话，那么它的实部一定为0，它的阻抗表达式里面不会再有实部了，就是说它不损耗能量，曾经我也怀疑是0欧姆的特征阻抗为50欧姆，但是我们要知道高频信号在传输线中传输是以电磁波的形式传播的，并不是我们想当然的认为像低频或者直流那样向前传播的，实际上就是电场方向垂直于传输线到地，磁场方向围绕着传输线，传播方向就是沿着传输线，所谓的特征阻抗就是传输线向前传播感受到的阻抗，并不是真的阻抗，不损耗能量，只不过它也具有欧姆的量纲，就像使用水泥渠浇水，跟使用泥土渠浇水一样，水泥渠不会渗水，但是往前传也是不停的需要前面的驱动才能传到后面，而且时时刻刻并且整个传输的通路上感受到的阻力都是一样的，这就是所谓的特征阻抗，使用泥土渠传，由于泥土吸水，会有损耗，相当于使用了电阻做匹配。假如不考虑损耗，电阻跟LC做匹配效果是一样的，高速数字电路上都是使用的电阻做匹配，因为电流很小，他们希望的是得到信号正确的上升沿或者下降沿，避免过冲和振铃。
也就是说微带线和它的参考地共同组成了让信号传播时感受到的这个50欧姆的特征阻抗，他们束缚着高频信号往前传播，单独一个电阻就是一跟线，构成不了传输线，更不可能知道他的特征阻抗，这也是为什么传输线的特征阻抗为什么与它到参考地的高度成正比。
面试时也会有人问你，射频线经过过孔阻抗还连续吗？不用打过孔，传输线不变，仅仅传输线的参考地隔一刀，阻抗就不连续了，所以现在我更倾向于信号经过了0欧姆电阻两次反射抵消了，对于整个通路来说没有反射，当然在0欧姆电阻进入和出去的地方两点之间是有反射的，但是0欧姆不损耗能量，所以对匹配几乎没有影响。当然这些都是纯理论分析，对不对还有待验证。
因为一些原因最近电脑上装了ADS2012，没有破解文件，哪位可以仿真一下，告诉我们结果，谢谢！

fengmo44 · 发表于 2013-1-16 11:09:46

呵呵，我就不废话了，你们都是对的

fengmo44 · 发表于 2013-1-16 11:06:10

自找苦吃啊

burton · 发表于 2013-1-16 10:46:45

以下是引用fengmo44在2013-1-16 9:56:17的发言：
真是无语
楼主你抛开50欧姆的特性阻抗不说，单独的量下一段微带线的阻抗，最多是零点零几，如果你串个0欧姆跟什么反射啊阻抗匹配不匹配根本就没关系（匹配需要共轭还有匹配点不在50欧姆，跟楼主提的问题根本就没关系），这个电阻加上去跟你用微带线没啥区别。我说了你是弄混淆了特性阻抗和阻抗。
这里就不要说什么这个电阻的高频特性了，除了频率非常高的电路，哪用得上考虑什么高频特性，至少大家常做的2-3个G的就没一点必要。就是很简单的概念混淆，弄的这么复杂了。。。。

不要总拿基本概念来吓唬人了,为什么和反射没有关系呢,射频设计什么时候没用反射?

50欧微带线用万用表来测肯定是零点零几欧了,用矢网来测高频阻抗,还是零点零几欧吗? 0欧表示直流电阻,就是一段导线,在高频时,也只能近似认为特性阻抗是50欧.这样,加入到电路中引起的反射就很小了.但是在20G,毫米波还能这样用吗?反射还能忽略吗?

fengmo44 · 发表于 2013-1-16 10:14:10

彻底删掉

fengmo44 · 发表于 2013-1-16 09:56:17

算我废话，彻底删掉。

[此贴子已经被作者于2013-1-16 11:13:19编辑过]

burton · 发表于 2013-1-16 01:47:01

一直都在这么用，但是突然有人问，才发现我也无法回答（可能很多人也一样，其它人都这么用，我也这么用）。看了大家的答案，静下心来想了一下，做一下总结：

“直流电阻、交流阻抗”，电阻R表示直流电阻，阻抗Z=R+jX针对交流而言，其中R表示交流电阻，X为交流电抗。直流电阻和交流电抗中的电阻是不一样，存在交流电阻的阻抗，其直流电阻可能为零（对直流没有损耗），例如理想无耗传输线。相反，直流电阻为零的，其可能存在交流电阻。

0欧电阻表示直流时的电阻为零，本质上为一段导线，根据传输线理论，该导线在交流时，呈现的阻抗有实部和虚部，即Z=R+jX（X约为零）。

电压反射系数Tv=（Zin-Z0）/（Zin-Z0），功率反射系数Tv=[Zin-conj（Z0）]/（Zin-Z0），如果Z0为实数，则两者相等，无功率反射的共轭匹配即为无电压反射匹配。

0欧电阻在交流时的阻抗如果为Z=R+jX=50，显然，可以实现共轭传输和无电压反射传输。

[此贴子已经被作者于2013-1-16 4:04:51编辑过]

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