电容电阻作用

一、电阻在嵌入式系统中的作用

电阻通过限制电流、分压或提供反馈路径，直接影响电路的稳定性与信号完整性，其核心作用包括：

1. 信号调理与电压分配

• 分压电路：通过串联电阻网络实现ADC（模数转换器）输入电压的线性缩放。
  示例：在3.3V系统中，若需将5V传感器信号降至ADC输入范围，使用分压电阻（如10kΩ+20kΩ）可实现精确缩放，避免过压损坏芯片。
• 上拉/下拉电阻：为数字信号线提供默认电平，防止浮空状态。
  案例：I²C总线中，4.7kΩ上拉电阻确保SCL/SDA线在空闲时保持高电平，避免总线竞争。

2. 电流限制与保护

• 限流电阻：保护LED等敏感器件免受大电流冲击。
  计算：若LED正向压降为2V，工作电流20mA，串联电阻R=(3.3V-2V)/0.02A=65Ω，实际可选68Ω标准值。
• 过流防护：在电源输入端串联电阻限制浪涌电流，防止电源芯片损坏。

3. 反馈与偏置控制

• 运算放大器反馈：通过电阻比值设置放大倍数。
  公式：反相放大器增益Av=-Rf/Rin，若Rf=100kΩ，Rin=10kΩ，则增益为-10倍。
• 晶体管偏置：基极分压电阻为BJT提供静态工作点，确保线性放大。

4. 阻抗匹配与EMI抑制

• 终端匹配电阻：高速信号线（如LVDS、USB）末端接50Ω电阻，消除反射干扰。
  影响：未匹配时，信号上升沿可能产生过冲/振铃，导致误触发。
• 滤波电阻：与电容组成RC低通滤波器，抑制高频噪声。
  设计：截止频率fc=1/(2πRC)，如R=1kΩ、C=10nF时，fc≈16kHz，可滤除开关电源噪声。

---

二、电容在嵌入式系统中的作用

电容通过存储电荷、滤波或旁路高频噪声，保障电源稳定与信号纯净，其核心作用包括：

1. 电源完整性（PI）与去耦

• 旁路电容：为芯片电源引脚提供局部能量储备，吸收高频开关噪声。
  布局：采用0.1μF陶瓷电容（高频响应）与10μF钽电容（低频储能）并联，放置于芯片5mm范围内。
• 储能电容：在瞬态负载突变时（如电机启动），维持电压稳定。
  计算：若负载电流突变ΔI=1A，允许压降ΔV=0.1V，则电容C≥ΔI*Δt/ΔV（Δt为响应时间）。

2. 信号滤波与耦合

• RC滤波器：与电阻组成低通/高通滤波器，消除干扰。
  示例：音频信号输入端接1kΩ电阻+0.01μF电容，可滤除20kHz以上噪声。
• DC隔离：耦合电容阻断直流分量，仅传输交流信号。
  应用：音频放大器输入端接1μF电容，防止偏置电压影响前级电路。

3. 时序控制与延时

• RC延时电路：通过充电时间控制信号延迟。
  公式：延时时间τ=RC，如R=100kΩ、C=1μF时，τ=0.1s，可用于按键消抖或上电复位延时。
• 晶振负载电容：匹配晶振谐振频率，确保时钟稳定。
  设计：若晶振数据手册要求负载电容CL=15pF，则外部电容C1=C2=2*(CL-Cstray)，其中Cstray为PCB杂散电容（通常2~5pF）。

4. 瞬态抑制与保护

• 吸收浪涌能量：TVS二极管并联电容可抑制ESD（静电放电）尖峰。
  案例：在USB接口数据线上并联0.1μF电容，配合TVS管，可承受8kV接触放电。
• 谐振抑制：在开关电源输出端并联X/Y电容，滤除共模/差模噪声。