私たちが設計しようとするほぼすべてのシステムは、何らかのコネクタを使用します。これらの コネクタ は内部のみの場合もありますが、ボード同士を接続したり、通信用のアンテナを追加したり、電源や信号用の外部入力と出力を提供したりすることもできます。すべてのコネクタに付随するものの1つは、信号チェーン内の追加の抵抗です。抵抗は、コネクタに応じて、私たちが達成しようとしていることに対して良いことや悪いことになる可能性があります。
信号チェーンには、さまざまな抵抗源が存在します。ボード上のトレースは、大きさや材質に関係なく、回路に測定可能な抵抗を追加します (PCBに超伝導体を配置している場合は、それをどのように実現したかを知りたいです)。私たちは回路要素を「理想的」なものとして語るのが好きですが、実際には、それらは抵抗にも寄与しており、時にはフィルターの作成を助けたり、アンテナのインピーダンスを一致させたりするために意図的に寄与していることもあります。アイテム間のワイヤはトレースによく似ており、別のソースまたは抵抗を追加します。最後にコネクタについて説明します。コネクタは、電力やデータが通過するだけのものと考えるかもしれませんが、回路に影響を与える抵抗について考えるときには考慮する必要があります。
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電気抵抗の影響
では、接続ポイントに抵抗が現れると何が起こるのでしょうか?最初に気づくのはおそらく電圧降下でしょう。システム内の他の抵抗器と同様に、電流が流れると両端に電圧差が生じます。高電流の場合、最大2/10ボルトの電圧降下が発生することがありますが、全体的な見方をすればそれほど大きな値ではありません。非常に高い電流を利用し、3.3V以下で動作するFPGAやマイクロプロセッサなどの低電圧システムで作業している場合は、2/10ボルトには本当に注意を払う必要があります。たとえば600Vの高電圧コネクタでは、リップル電圧で2/10ボルトが失われる可能性があります。
抵抗による電力損失
次に注目される要素は熱または電力損失です。抵抗要素に電流を流すと、熱によっていくらかの電力が失われ、その要素の抵抗が大きいほど消費される電力が多くなります。これの欠点の1つは、システムの効率が低下することです。私が見た中で最悪のものは、コネクタでの1/10パーセントの電力損失です。可能な限り最高の効率を求めるシステムで作業している場合、1/10パーセントは大きな割合です。この電力損失による熱のもう1つの影響は、コネクタ自体が熱くなり、コネクタは温度上昇とともに性能が低下する傾向があるため、コネクタが熱くなるとシステムの安定性が損なわれる可能性があることです。
電気抵抗：プラスの効果
ここまでコネクタ抵抗に関する悪いことを述べてきましたが、コネクタ抵抗を制御することが望ましい領域もいくつかあり、まず思い浮かぶのはアンテナのマッチングとオーディオ出力です。RFコネクタでは、送信機の出力インピーダンスをアンテナのインピーダンスにできるだけ近づけて、最大の電力出力が得られるようにする必要があります。多くの場合、RFシステムは50オームの仕様に基づいています。オーディオ出力では、理想的なインピーダンス配置は、アンプのインピーダンスがスピーカーのインピーダンスよりも低くなることです。そのため、この関係に影響を与えないように、コネクタの抵抗を低くする必要があります。
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電気抵抗の実験
コネクタの抵抗の影響をいくつか見てきましたので、それらをいくつか並べて、どのように積み重なるかを見てみましょう。私は主にEXTreme、Sabre、Mini-Fitシリーズなどの電源コネクタの範囲を調べて、いくつかのMolexコネクタのデータを取得しました。これらのコネクタの抵抗は、0.15ミリオームという非常に低い値から、 Zパワー シリーズは、PowerPlus信号接点で20ミリオームまで拡張され、それぞれ最大600Vと50Aの電圧と電流をサポートします。パワーが増加して抵抗が減少するという単純なパターンが見られるだろうと予想していましたが、そうではありませんでした。Molexは、抵抗を減らすだけにとどまらず、コネクタが対象とするアプリケーションをより総合的に検討し、特定のニーズを満たすようにコネクタを調整しました。
アプリケーションによっては、コネクタの抵抗だけが決定要因ではなく、耐久性、サイクル数、材料、使用例、コストも考慮する必要があります。全体的には、電力レベルが増加すると抵抗は減少しますが、電源コネクタでは抵抗を低く抑えるための努力が行われており、信号ラインの抵抗にはより大きなばらつきがあります。抵抗は回路設計に影響し、インピーダンス整合に影響を与えるため、コンポーネントを決定する際には注意深く検討する必要があります。