電感和電阻如何等效連接？

　　ESR，是EquivalentSeriesResistance三個(gè)單詞的縮寫(xiě)，翻譯過(guò)來(lái)就是“等效串連電阻”。

　　在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外，電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。

　　電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡(jiǎn)稱容抗及感抗。它們的計(jì)量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問(wèn)題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會(huì)說(shuō)：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。

　　ESR值并不是越小越好，有些場(chǎng)合太小容易引起震蕩，要看實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)合，大部分場(chǎng)合還是希望越小越好！

　　一般來(lái)講，低ESR的電容依此是：最小是陶瓷電容，再是鉭電容，最差是電解電容。頻率較高時(shí)盡量選用低價(jià)的陶瓷電容（0805 10uF/6.3V，0603 4.7uF/6.3V），需要體積小大電容則可以用鉭電容，只是價(jià)位較貴。（47uF/4V P型，相當(dāng)于0805，約0.6元，47uF/6.3V A型，約0.3元）。用電解電容時(shí)一定要并一個(gè)陶瓷電容，因?yàn)殡娊怆娙莞哳l響應(yīng)不好且ESR值大。

　　電解電容的ESR與容量、電壓、頻率、溫度。。。都有關(guān)。容量相對(duì)大的電容，其ESR相對(duì)的小。耐壓大的電容的ESR比同容量小電壓的電容的ESR小。頻率的影響：低頻時(shí)ESR大，高頻是ESR小。溫度的上升會(huì)增大ESR。

　　的確，ESR的出現(xiàn)導(dǎo)致電容的行為背離了原始的定義。

　　比如，我們認(rèn)為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對(duì)電容施加一個(gè)電流，電容因?yàn)樽陨沓潆姡妷簳?huì)從0時(shí)刻開(kāi)始上升。但是有了ESR，電阻自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會(huì)產(chǎn)生突變。無(wú)疑的，這會(huì)降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源，都使用低ESR的電容器。

　　同樣的，在振蕩電路等場(chǎng)合，ESR也會(huì)引起電路在功能上發(fā)生變化，引起電路失效甚至損壞等嚴(yán)重后果。 所以在多數(shù)場(chǎng)合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。

　　不過(guò)事情也有例外，有些時(shí)候，這個(gè)ESR也被用來(lái)做一些有用的事情。

　　比如在穩(wěn)壓電路中，有一定ESR的電容，在負(fù)載發(fā)生瞬變的時(shí)候，會(huì)立即產(chǎn)生波動(dòng)而引發(fā)反饋電路動(dòng)作，這個(gè)快速的響應(yīng)，以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價(jià)，獲取了后續(xù)的快速調(diào)整能力，尤其是功率管的響應(yīng)速度比較慢，并且電容器的體積/容量受到嚴(yán)格限制的時(shí)候。這種情況見(jiàn)于一些使用mos管做調(diào)整管的三端穩(wěn)壓或者相似的電路中。這時(shí)候，太低的ESR反而會(huì)降低整體性能。

　　ESR是等效“串連”電阻，意味著，將兩個(gè)電容串連，會(huì)增大這個(gè)數(shù)值，而并聯(lián)則會(huì)減少之。

　　實(shí)際上，需要更低ESR的場(chǎng)合更多，而低ESR的大容量電容價(jià)格相對(duì)昂貴，所以很多開(kāi)關(guān)電源采取的并聯(lián)的策略，用多個(gè)ESR相對(duì)高的鋁電解并聯(lián)，形成一個(gè)低ESR的大容量電容。犧牲一定的PCB空間，換來(lái)器件成本的減少，很多時(shí)候都是劃算的。這就是為什么很多朋友看到一些實(shí)驗(yàn)板子的原理圖，VCC和地之間并聯(lián)很多個(gè)電容，卻不知道為何。

　　ESL，也就是等效串聯(lián)電感。早期的卷制電感經(jīng)常有很高的ESL，而且容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經(jīng)常會(huì)成為ESR的一部分，并且ESL也會(huì)引發(fā)一些電路故障，比如串連諧振等。但是相對(duì)容量來(lái)說(shuō)，ESL的比例太小，出現(xiàn)問(wèn)題的幾率很小，再加上電容制作工藝的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸忽略ESL，而把ESR作為除容量之外的主要參考因素了。

　　順便，電容也存在一個(gè)和電感類似的品質(zhì)系數(shù)Q，這個(gè)系數(shù)反比于ESR，并且和頻率相關(guān)，也比較少使用。

　　由ESR引發(fā)的電路故障通常很難檢測(cè)，而且ESR的影響也很容易在設(shè)計(jì)過(guò)程中被忽視。簡(jiǎn)單的做法是，在仿真的時(shí)候，如果無(wú)法選擇電容的具體參數(shù)，可以嘗試在電容上人為串連一個(gè)小電阻來(lái)模擬ESR的影響，通常的，鉭電容的ESR通常都在100毫歐以下，而鋁電解電容則高于這個(gè)數(shù)值，有些種類電容的ESR甚至?xí)哌_(dá)數(shù)千歐姆。

　　一只電容器會(huì)因其構(gòu)造而產(chǎn)生各種阻抗、感抗，比較重要的就是ESR等效串聯(lián)電阻及ESL等效串聯(lián)電感─這就是容抗的基礎(chǔ)。電容器提供電容量，要電阻干嘛？故ESR及ESL也要求低…低；但low ESR/low ESL通常都是高級(jí)系列。

　　ESR的高低，與電容器的容量、電壓、頻率及溫度…都有關(guān)連，當(dāng)額定電壓固定時(shí)，容量愈大 ESR愈低。有人習(xí)慣用將多顆小電容并接成一顆大電容以降低阻抗，其理論是電阻并聯(lián)阻值降低。但若考慮電容接腳焊點(diǎn)的阻抗，以小并大，不見(jiàn)得一定會(huì)有收獲。

　　反過(guò)來(lái)說(shuō)，當(dāng)容量固定時(shí)，選用高WV額定電壓的品種也能降低 ESR；故耐壓高確實(shí)好處多多。頻率的影響：低頻時(shí)ESR高，高頻時(shí)ESR低；當(dāng)然，高溫也會(huì)造成ESR的提升。

　　串聯(lián)等效電阻ESR的單位是mΩ，高級(jí)系列電容常是low ESR及l(fā)ow ESL。若比較低內(nèi)阻及低漏電流兩種特性，則低內(nèi)阻容易達(dá)成，故標(biāo)示low ESR的電容倒很常見(jiàn)。ESR與損失角有關(guān)聯(lián)，ESR＝tanδ/（ω×Cs），Cs是電容量。 有時(shí)電容器規(guī)格上會(huì)有Z，它與ESR的意義不同，但Z的計(jì)算示與ESR有關(guān)，同時(shí)也考慮到容抗及感抗，是真正的內(nèi)阻。剛才提到電容的ESR單位是mΩ，那是指大電容，若是220μF小容量電容，其ESR單位就不是mΩ而是Ω。

　　USB接口的電阻在哪里，它起到了什么作用？

　　A問(wèn)：看原理圖時(shí)，經(jīng)?？吹酱恍┬‰娮?，如22歐姆，但是也不是一定串。同樣場(chǎng)合有的串，有的不串。請(qǐng)哪位高人指點(diǎn)一下吧？

　　B答：如果是高速信號(hào)線上串小電阻，那就應(yīng)該是終端阻抗匹配。如果是GPIO口上串了小電阻，很可能是抗小能量電壓脈沖的。

　　簡(jiǎn)單的例子：一個(gè)串口通訊的提示信號(hào)，當(dāng)接上串口時(shí)，因?yàn)樗查g的插拔產(chǎn)生了一個(gè)很窄的電壓脈沖，如果這個(gè)脈沖直接打到GPIO口，很可能打壞芯片，但是串了一個(gè)小電阻，很容易把能力給消耗掉。如果脈沖是5mA 5.1V，那么過(guò)了30ohm后就是5v左右了。。.。（這里我不是很理解了，如果脈沖是1KV，如何？這個(gè)小電阻能行么？望高手指點(diǎn)。）

　　B繼續(xù)：嚴(yán)格來(lái)講，當(dāng)高速電路中，信號(hào)在傳輸介質(zhì)上的傳輸時(shí)間大于信號(hào)上升沿或者下降沿的1/4時(shí)，該傳輸介質(zhì)就需要阻抗匹配。

　　一般當(dāng)PCB走線的長(zhǎng)度大于其傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)的1/10時(shí)，我們就就需要考慮阻抗匹配。（也不懂，不過(guò)聽(tīng)說(shuō)過(guò)，應(yīng)該是電磁學(xué)里面講的，我沒(méi)學(xué)電磁學(xué)。。.。以后學(xué)習(xí)）

　　100MHz以上的高速數(shù)字電路就可以考慮阻抗匹配了

　　C答：主要是基于阻抗匹配方面的考慮，以達(dá)到時(shí)序統(tǒng)一，延遲時(shí)間，走線電容等不會(huì)超過(guò)范圍！原因在于LAYOUT時(shí)可能走線方面不是很匹配！

　　D答：阻抗匹配 信號(hào)的傳輸速率大于信號(hào)上升的1/4時(shí) 就需要阻抗防止電壓脈沖對(duì)芯片的影響！

　　E問(wèn)：再高速信號(hào)重經(jīng)?？梢钥吹皆傩盘?hào)線重串小電阻，請(qǐng)問(wèn)再LAYOUT時(shí)應(yīng)該把它放在CPU端還是放在信號(hào)的終端好些呢？看到過(guò)一些centrality GPS公版方案中是放在CPU端，但也看到其他的原理圖是放在信號(hào)的終端，請(qǐng)求理論支持！

　　F答：一般的做法是在信號(hào)源端串小電阻，在信號(hào)終端并一個(gè)小電阻。在信號(hào)源端串一個(gè)小電阻，沒(méi)有公式的理論：一般傳輸線的特征阻抗為50歐姆左右，而TTL電路輸出電阻大概為13歐姆左右，在源端串一個(gè)33歐姆的電子，13+33=46大致和50相當(dāng)，這樣就可以抑制從終端反射回來(lái)的信號(hào) 再次反射。（傳輸線的特征阻抗，得查查。。.），在信號(hào)接收終端并一個(gè)小電阻，沒(méi)有公式的理論： 若信號(hào)接收端的輸入阻抗很大，所以并接一個(gè)51歐姆的電阻，電阻另一端接參考地，以抑制信號(hào)終端反射。信號(hào)接收終端串接電阻，從抑制信號(hào)反射的角度考慮，只有終端輸入的電阻小于50歐姆。但IC設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到接收能量，不會(huì)將接收端的收入電阻設(shè)計(jì)得小。。（這個(gè)反射，到底是如何理解？能量反射，有了解的朋友解答一下），在信號(hào)線上傳一個(gè)電阻，可能還有一個(gè)用途：ESD。如在USB接口上，靠USB PORT端 的D+和D-上串一個(gè)小電阻，如10歐姆。就是因?yàn)閁SB PORT端的ESD過(guò)不了

　　G答：一般高速數(shù)字信號(hào)傳輸線上會(huì)串電阻，目地是解決阻抗匹配問(wèn)題，阻抗不匹配會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射，電磁波類似光一樣在同一種介質(zhì)中傳播方向和能量不會(huì)衰減，但如果光從一種介質(zhì)發(fā)射到另外一種介質(zhì)的時(shí)候會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，那么光到達(dá)終端的能量會(huì)衰減很多吧。同理高速數(shù)字信號(hào)從源端向終端傳輸過(guò)程中由于連接線或者PCB LAYOUT的原因?qū)е虏糠肿杩共贿B續(xù)（比如要求傳輸線阻抗為100歐，但是PCB有的部分是100歐，但是中途打過(guò)孔或者線寬發(fā)生變化就會(huì)引起阻抗的不連續(xù)）就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射，反射的信號(hào)在傳輸線中又會(huì)與原信號(hào)疊加，信號(hào)被干擾了，終端接收這樣的信號(hào)解碼會(huì)出錯(cuò)。USB接口上串的電阻就是此用途，一般來(lái)說(shuō)如果LAYOUT比較好此電阻貼0歐沒(méi)問(wèn)題的，而且如果USB只是傳輸?shù)退傩盘?hào)也不會(huì)有問(wèn)題，阻抗要求也沒(méi)那么嚴(yán)格。但是如果傳輸?shù)氖歉咚賃SB信號(hào)且LAYOUT有問(wèn)題那么串個(gè)小電阻可能會(huì)解決誤碼的問(wèn)題。ESD器件一般都是通過(guò)一定的路徑或者方式將靜電盡可能的導(dǎo)入地或者電源而避免對(duì)芯片的影響，所以ESD器件有一端肯定是接地的，而不是串在電路中。