什么是电阻

电阻，Resistor。顾名思义，电阻就是“阻挡电能”的元件。电能从电阻通过，就会有一定的衰减。衰减的电能变成了热能。
在学校里学的都是色环电阻，但实际上如今电子行业用色环电阻的非常少，几乎都是贴片电阻。
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先来看看贴片电阻长什么样子？

外观上看，贴片电阻都是扁长方体，两端各有一个焊盘。
如果电阻尺寸大，正面会标有黑底白字的数字标号，代表电阻值，如果尺寸小，例如0402或0201的电阻，标不下，就是纯黑色。
电阻的正面都是黑色的，背面是白色的。电阻黑色、电容黄色、电感白色、磁珠灰色，这是业界普遍的规则。贴片元器件贴在主板上，最直观的是靠颜色来辨识。

电阻的基本参数不多，主要是尺寸、阻值、精度、功率：
封装尺寸：
0201、0402、0603、0805、1206等。数字代表英寸，06=0.04英寸≈1.0mm，06=0.06英寸≈1.6mm，以此类推。不光是电阻，电容和电感等也是这样的尺寸标注。
这里要注意，对于小尺寸容阻感，通常大家说的都是英制尺寸，有时候也会有人说公制尺寸，例如公制的1005为英制的0402，0603的公制尺寸为英制的0201。大尺寸的例如钽电容有时候会说公制尺寸，例如3225的钽电容等。晶体一般也是说公制尺寸，如2520的晶体。

对于超小型的元器件，英制尺寸并不是那么准确，例如01005的电容，并不是0.01x0.005英寸，而是约0.0158x0.0079英寸，即0.4x0.2mm。但是为了和说的最多的英制0402区分开，大家普遍还是叫01005。
苹果手机上大量使用01005的元器件（0.4x0.2mm），Android手机大量使用0201的元器件（0.6x0.3mm），普通消费电子产品上大量使用0402和0603的元器件，大功率的地方会用到更大尺寸的。
0201和01005的元器件，对PCB制板、SMT生产、硬件调试等都有很高的要求。尤其是调试的时候，用镊子捏着针尖大小的元器件，手工焊到电路板上去，比较考验技术。Android手机卖不上苹果那么高的价格，因此普遍选择加工工艺和价格不是那么贵的0201的元器件。
通用规格的电阻中，0402尺寸的最便宜；0603略贵一点，因为个头大材料费贵；0201早几年要比0402贵几倍，这些年因为手机产量大了，价格也回落到0402差不多的了。01005比0402贵一个数量级，因为用的产品少，工艺也更困难。
0402电阻参考价20块钱一盘，一盘10000颗。你没数错，是4个零，一万颗20块钱，一颗0.2分钱。但是千万别觉得电阻价格便宜，就想用多少用多少，电阻不值钱，但SMT要算费用的，最便宜的SMT也要收1分钱一个点（一颗电阻算一个点）呢。贴片费都比电阻的材料费贵好几倍呢。

电阻阻值：
阻值=电阻的数值，单位欧姆，符号Ω。这个符号不容易直接打出来，因此大家约定俗成的用R，或者ohm。例如47R、47ohm等。
电阻的阻值有非常多，0.1R、1R、10R、1KR、1MR、4.7KR、470KR等，为了规范化的表示阻值，且在面积非常有限的电阻的表面印上这些数字，通常用三位或四位数字来表示电阻值。ABC=AB x10的C次方，ABCD=ABC x10的C次方。
例如010=1x10的0次方=1R，472=47x100=4.7KR，473=47x10的3次方=47KR。上文中的1822=182x100=18.2KR，562=56x100=5.6KR。
对于更小的数值，例如0.1R用0R1来表示，4.7R用4R7来表示。0.001R，就是1毫欧，用R001来表示。
电容和电感的表示方法，和电阻基本一致。只不过电阻的计算基数是Ω，电容的计算基数是pF，例如473的电容，是47000pF，即47nF。电感的表示方式是ARB或者ANB，4R7的电感是4.7uH，4N7的电感是4.7nH，471的电感是470uH。

电阻精度：
精度，就是允许的最大误差。通常电阻都是5%精度的，也就是说100R的电阻量出来在95R到105R之间。常用的精密电阻是1%精度的，100R电阻量出来在99R-101R之间。越精密越贵，1%比5%要贵一倍左右。还有高精密电阻，0.1%的，消费电子上完全用不到。
在电阻的标签上，用一位英文字母来选择精度，F=1%，J=5%，K=10%，M=20%。
绝大部分情况下，电阻都不需要用1%的，精密电阻主要用于电压采样上，或作为电压源和电流源的基准。消费电子上用的最多的，就是DC-DC升压电路中的电压反馈。
普通5%的电阻，阻值都是固定的，主要是1、2、2.2、3.3、4.7、5.1、6.3、7.5、8.2、10等整倍数。而1%的精密电阻，就比较多了，39.2R、12.1K、384K等等。如果去定做的话，什么数值的都可以定的到。
对于精密电阻，还需要考虑温飘。温度不同电阻的误差也会有变化。通常消费电子里不需要太考虑电阻的温飘问题，主要在仪器、信号采集等高精度领域会需要考虑。

最大功率：
电阻，阻挡电能，被拦下来的电能就转化成了热。那么小的一个器件，承受的热量是有限的，因此需要考虑到电阻的功率，功率超标了，就可能把电阻给烧断了。家里的白炽灯灯泡本质上就是一根电阻丝，烧热了就发光，再烧的更热了就断了。
越粗的水管流过的水越多，越粗的电线承受的电越强，所以越大的电阻，承受的热量也就越高。通常0805的电阻有1/8W，0603的电阻有1/10W，0402的电阻有1/16W，0201的电阻有1/20W，01005的电阻有1/32w。
至于功率怎么计算？P=I²R，我记得初中就学过了。
0欧姆电阻怎么算？电流可以无限大么？当然不是，因为除了超导体，不存在绝对0欧姆电阻的东西，按照误差来看，0欧姆电阻一般最大误差0.05欧姆以内，经验值上0805的0欧姆电阻按照2A最大电流来设计。
如果想要通过更大的电流怎么办？那就加大尺寸呗。像下图这样的手指头大小的水泥电阻，就可以承受1-10W的功率。在电源、音响、电视、汽车上都有广泛应用。手持设备上没这么大的电流，用不到这么大的电阻。

图片问答：大功率电阻之水泥电阻

“电阻”的用法
电阻的特点是阻挡电能，电阻的关键参数有尺寸、阻值、精度和功率。电阻的应用场景非常多，都是围绕着电阻的特性来使用的。我们重点讲一下实际工作中遇到的电阻的功能，理论知识和计算公式就不赘述了。
在初学者心目中，电阻就是拿来分压用的，但是实际项目中，绝大部分电阻都不是当作分压用的。
我们统计过，一个Android智能平台的硬件电路中，大约20%的电阻是做上拉下拉使用，30%的电阻做EMC和ESD使用，40%的电阻占位置和跳线，5%的电阻用来做电压采样，剩下的最多只有两三颗是用来做正经的分压用途。
且听我们一一道来：
上拉下拉
上拉，就是把电路拉高到电源，下拉，就是把电路拉高到地。下面有几张参考图。

↑I2C总线的上拉电阻，R709和R710。使I2C在无控状态下保持高电平。

↑SDIO总线的上拉电阻，R610，R611，R613、R614。提升外设驱动能力。

↑NMOS开关控制脚的下拉电阻，R732。使MOS管在无控状态下保持关闭。

↑LDO开关的下拉电阻，R759。使LDO在无控状态下保持关闭。
上下拉的主要作用，一是让线路在无人控制的情况下维持在固定的状态，二是提升驱动能力。
关于无人控制，很多人会认为，系统开机之后，我配置了这个GPIO口，就可以控制了呀，为什么存在无人控制的情况呢？
对，开机之后都可以控制，但是系统刚上电，未开机，或者开机过程中，GPIO口却都是在无控状态。如果只供电但还没有开机，电源的控制脚是一个默认内部上拉的GPIO口，电源就被打开了，经常导致电流灌进还没有运行起来的其他GPIO内，导致上电漏电。
如果开机，开机的过程一般是：上电-复位-电源初始化-跑引导程序-内核运行-应用运行，用户配置代码要么在内核中，要么在应用程序中，改不到引导程序的。虽然前面无控的时间非常短，可能只有几百毫秒，但是有可能导致某些GPIO口的默认状态不对导致外部电源被意外打开，一样有可能出现漏电的情况。如果是灯的开关，就有可能在开机一瞬间灯亮一下，跑到程序设定的地方才会被关闭。
因此，对于开关脚（EN，enable），选择GPIO的时候要选择默认是关闭状态的GPIO口，保险起见应当预留一个开关上下拉的电阻，用来确保开关脚的默认状态是对的。
这类开关上下拉电阻，通常用于电源芯片的开关、灯的开关、模拟开关等控制脚上。
这种用法也会用在中断信号上，通过外加一个上拉电阻，使中断脚在没有输出的情况下保持高电平，一旦输出低电平，就会被拉下来。反之亦然。
这些上下拉电阻，通常在10KR-100KR之间，电阻小了会导致漏电大或者GPIO控制不了，电阻大了会导致和芯片内部上下拉冲突。GPIO输出电阻一般在10kR以下，内部上下拉一般在100KR上下。（实际上也是两个电阻分压的原理）
至于I2C的上拉，是协议要求的。I2C两根线要求默认是高电平，一旦被拉到低电平就会认为有数据要发送了。在I2C主机和从机都没有控制的情况下，需要维持在高电平。而I2C硬件上都是OC门，没办法自己上拉，因此需要外部上拉电阻。这种情况算是个特例。
SDIO接口，就是接SD卡、TF卡的接口，增加10KR-33KR的上拉电阻有助于提高驱动能力。某些小厂生产的比较水的SD卡和TF卡，会不容易被识别到，增加上拉能够减小不读卡的概率。
后面还会继续讲解：电阻的用法之ESD，EMC，0欧姆，跳线等使用方式
电阻的特点是阻挡电能，电阻的关键参数有尺寸、阻值、精度和功率。电阻的应用场景非常多，都是围绕着电阻的特性来使用的。我们重点讲一下实际工作中遇到的电阻的功能，理论知识和计算公式就不赘述了。
在初学者心目中，电阻就是拿来分压用的，但是实际项目中，绝大部分电阻都不是当作分压用的。
我们统计过，一个Android智能平台的硬件电路中，大约20%的电阻是做上拉下拉使用，30%的电阻做EMC和ESD使用，40%的电阻占位置和跳线，5%的电阻用来做电压采样，剩下的最多只有两三颗是用来做正经的分压用途。
且听我们一一道来：
前文讲了上拉电阻，下拉电阻；


EMC和ESD
EMC，Electro Magnetic Interference，电磁兼容性。我们周围有很多电子设备，每个会有意无意的对外释放电磁波，如果释放出来的杂波太多，就会干扰到周围的设备。EMC测试就是测量设备辐射出来的电磁波有没有超标。
ESD，Electro-Static discharge，静电释放。大家冬天脱非纯棉衣物的时候，会噼里啪啦的冒火花，有时候摸到车门也会被电到，这就是静电。日常中的静电高达好几千伏（KV），4KV的静电可以让指尖有痛感，8KV的静电可以把指尖打的很痛，10kV的静电可以把整个手指打麻木了。电子设备是很脆弱的，容易被静电打坏，因此需要通过ESD测试，一般最低标准接触放电4KV、空气放电8KV，需要用防静电的元器件。
电阻，就是个I=U/R的公式，为什么还能防静电，还能防辐射呢？咱们先看看下面实际应用的原理图。

↑I2S音频信号线上串电阻，降低数字信号的高频辐射。

↑按键矩阵线路上串联电阻，提升ESD防护性能
对于按键的输出接口，输出阻抗是很低的，小于1KR。增加一个K级别的电阻能够使输出阻抗变大一些，静电打进来之后瞬间电流也会变小，使芯片管脚防静电能力有一定的提升。像按键上串联电阻防静电，实测能有2KV左右的提升。
电阻不是最好的防静电的手段，但是是最便宜的防静电手段。TVS管的提升防护力可以达到4-6KV，但是价格比电阻贵50倍左右。
电阻的EMC作用主要体现在电阻的高频特性上。

↑高频下的电阻的等效电路
电阻本身是两个焊盘外加一段导线，有pF级的寄生电容和nH级的寄生电感。寄生电容和寄生电感在直流下起不到什么作用，电阻的确就是个电阻。但在高频下，pF电容和nH电感就不能被忽略了。EMC就是利用了这个特性。
串联电感的特性是通过直流、隔绝交流。电阻上的寄生电感能够滤除几百兆到G级别的辐射，使得线路上发出的信号的高频噪声不会辐射出来。
在线路上串联电阻，通常用在正常电压的几十MHz以上的高速数字信号上，例如I2S、并口LCD、数字Clock等。
为什么高速数字信号能够产生高频辐射呢？数字信号都是方波，方波的频域展开后，有大量的高次谐波，这些高次谐波就是高频辐射源。（参见方波傅立叶变换之后的图形）
同样，电阻也不是最好的EMC器件，但是是最便宜的。既然利用了电阻的寄生电感来防止辐射，那也一样可以用电感来实现，只不过电感的单价比电阻贵了近10倍。

“电阻”的用法之0欧姆
没有比电阻更便宜的元器件了，因此电阻被广泛用于占位置和预留位置。如果没出问题，就继续用电阻，如果出了问题，再换成电感、磁珠等其他元器件。

通常在电源线上，可以预留0R电阻。本身电阻的寄生电感就可以降低EMC辐射，以及减小电源被外部干扰的情况。如果0R电阻扛不住，那就换成相同尺寸的磁珠即可，能够把EMC能力再提升很多。磁珠比电阻贵10-15倍。
电源为什么会有辐射出来？因为设备工作的时候并不是固定不变的功耗，从微观时间来看，设备工作电流会随着时钟而抖动，电源则会跟着设备工作电流的变动而抖动。因此电源上必定会保留去耦电容，大部分时候会预留0R电阻或磁珠。对于一些超高频的供电，如CPU供电，还需要做电源高频阻抗仿真。
预留的0R电阻，还能够当作测试点，方便测量到信号。（如果线路走在PCB内层，就没有办法直接测量了）还可以通过断开0R电阻，来断开线路，或者飞线调试。0R电阻对于电路调试和测试也是很重要的。
不过这个设计并非没有弊端，如果线路走在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外层的预留电阻本身也可能成为一个干扰源。并且前面也讲了，电阻虽然便宜，但SMT也要花钱的，预留电阻不可太多，够用即可。


“电阻”的用法之跳线

跳线大家都不陌生，电脑主板上，开发板上，都会留有很多插针式的跳线，用于手工切换线路。但是智能硬件普遍都比较小，留不下插针式的跳线。且多为一次性切换，SMT的时候选择好就行了，无需用户自己手工选择。因此普遍使用0R电阻来做跳线。




如上图，分别是蓝牙PCM和音频CODEC的I2S之间做一个二选一，以及LDO1和LDO4供电二选一。选择哪一路，SMT的时候就贴那一路的0R电阻，不选的那一路补贴即可。
图中的DNI是don’t need install的意思，也有DNP（do not present）和NC（not connect）的说法。总之就是SMT的时候无需贴片，出BOM的时候也不需要列出来。
跳线电阻是比较占电路板面积的，一根走线要配2个电阻的面积，对于4根走线的要8个电阻。如果空间比较小，可以采用下图的共用焊盘的跳线电阻的方式，两个电阻有一个焊盘是公用的。这样可以节约1/3左右的面积。

跳线有时候会被称为“兼容设计”，就是一种电路板设计方案可以同时支持几种不同的配置。
在电路设计的时候，我们很难做到所有的方案都提前验证好，不管是没有开发板，还是飞线飞不出来，或者是没时间。经常会有几种备选方案，例如GPIO口选哪个比较好？供电用内部的还是外部的？这颗芯片和另外一颗芯片哪个更好用？
PCB板一旦投下去，就是成本，还有动辄半个月一个月的时间，因此在犹豫不决的地方要做“兼容设计”。既然不知道哪个接口比较好用，那就两个都留着吧，万一这个有问题了，重新焊一下就解决了，不需要再花费大半个月的时间改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。



“电阻”的用法之采样电阻
电压或电流的采样，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，前面的PMOS和二极管先不用看，只看后面这颗0.2ohm 1%的电阻。电阻两端，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都会接入到系统的ADC，I charge =(Visense-Vbat)/0.2。
这个方式通常用于1A以下的充电电流检测。电流越大，电阻分压就越大，如果用2A充电，5V的充电器，经过线路损耗、Pmos和二极管，再减去检测电阻的电压，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。

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。


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”“燚智能周教授开讲智能硬件开发实战派”