几乎每个我们计划设计的系统都使用了某种连接器。这些连接器可能只是内置的,可能将两块电路板相连,可能添加通信的天线,也可能为我们的电力和信号提供外置的输入和输出。每个连接器都会为我们的信号链带来额外的电阻。取决于具体的连接器,这种电阻对于实现我们的目的可能是好事也可能是坏事。
在一个信号链中有多种不同的电阻来源。电路板上的线路,无论大小,都会对电路带来可测量的电阻(除非您在 PCB 上使用超导体——我会很想知道您是如何做到这一点的)。虽然我们喜欢以“理想”状态谈论电路中的元素,但事实是,它们也会带来电阻。这些电阻有时候是特意添加的,目的是帮助创建过滤器或匹配天线阻抗。项目之间的电线与线路一样,也是电阻的来源。最后是连接器——我们可能会觉得电力和数据可以轻松从中穿过,但如果要考虑电阻对于电路的影响,我们也必须将其计算在内。
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那么当连接点中出现电阻,会发生什么事情呢?我们首先注意到的可能会是压降。与任何出现电压差分的系统中的电阻器一样,当电流从中通过时,如果电流很高,那么电压可能会下降最多 0.2 伏——这个压降对于大局而言影响不大。但如果您面对的是低压系统,如 FPGA 和微处理器,其电流很高,电压却只有 3.3V 或更低,那么 0.2 伏就是非常需要注意的了。在高压(比如 600V)连接器中,0.2 伏可能就淹没在纹波电压中了。
您注意到的下一个问题是发热或功率损耗。当电流从电阻元素中通过时,会因为发热而损耗一些功率。该元素的电阻越高,消耗的功率就越大。这里的一个问题是系统的效率会降低。我见过的最糟糕的情况是连接器损耗了百分之 0.1 的功率。对于追求最高效率的系统而言,百分之 0.1 可不是个小数目了。因发热而损耗功率带来的另一个影响是连接器本身会因发热而影响性能,这意味着您的系统稳定性会因为连接器发热而降低。
尽管我给连接器电阻说了这么多坏话,但受控的连接器电阻在一些情况下是有必要的,比如天线匹配和音频输出。在 RF 连接器中,您会希望发射器的输出阻抗与天线阻抗尽可能的匹配,从而获得最大的功率输出。这些 RF 系统很多是基于 50 ohm 的规格。在音频输出中,理想的阻抗安排是让放大器阻抗比扬声器阻抗小,因此您的连接器必须是低阻抗,以免影响这一关系。
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在看过几个连接器阻抗带来的影响后,我们试试连接几个,看看是什么效果。我拿来了一些 Molex 连接器的数据,主要看的是其电源连接器系列,如 EXTreme、Sabre 和 Mini-Fit 系列。这些连接器的电阻最低可达 0.15 毫欧,如 Zpower 系列。最高可达 20 毫欧,如 PowerPlus 信号连接器,并支持最高 600V 的电压和 50A 的电流。我本以为会看到简单的功率上升和电阻下降的模式,但情况并非如此。Molex 所做的不仅仅是降低电阻,而且还整体性地看待连接器所针对的应用,对连接器进行调校以满足具体的需求。
取决于您的应用,连接器的电阻并不一定是决定性因素,您还需要考虑耐久性、循环次数、材质、使用的情况以及成本。整体而言,随着功率水平的降低,电阻确实会下降。但在电源连接器中,低电阻是共同努力的结果,信号线中的电阻有更多的变化。电阻确实会影响您的电路设计和阻抗匹配,您在选择元器件时应当仔细考虑这个问题。