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无阻值电阻在电路中扮演什么角色?巨磁电阻的构成和一般电阻有什么不同吗?

2017年06月09日 11:26 网络整理 作者: 用户评论(0

  巨磁电阻的构成和一般电阻有什么不同吗?

  磁性金属和合金一般都有磁电阻现象,所谓磁电阻是指在一定磁场下电阻改变的现象,人们把这种现象称为磁电阻。所谓巨磁阻就是指在一定的磁场下电阻急剧减小,一般减小的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值约高10余倍。   1988年法国巴黎大学的肯特教授研究小组首先在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应,在国际上引起了很大的反响。20世纪90年代,人们在Fe/Cu,Fe/Al,Fe/Al,Fe/Au,Co/Cu,Co/Ag和Co/Au 等纳米结构的多层膜中观察到了显著的巨磁阻效应,由于巨磁阻多层膜在高密度读出磁头、磁存储元件上有广泛的应用前景,美国、日本和西欧都对发展巨磁电阻材料及其在高技术上的应用投入很大的力量。   巨磁电阻的构成和一般电阻有什么不同吗?   通常说的硬盘也被称为磁盘,这是因为在硬盘中是利用磁介质来存储信息的。一般而言,在密封的硬盘内腔中有若干个磁盘片,磁盘片的每一面都被以转轴为轴心、以一定的磁密度为间隔划分成多个磁道,每个磁道又进而被划分为若干个扇区。磁盘片的每个磁盘面都相应有一个数据读出头。   简单地说,当数据读出头“扫描”过磁盘面的各个区域时,各个区域中记录的不同磁信号就被转换成电信号,电信号的变化进而被表达为“0”和“1”,成为所有信息的原始“译码”。   伴随着信息数字化的大潮,人们开始寻求不断缩小硬盘体积同时提高硬盘容量的技术。而1988年发现的“巨磁电阻”效应使得非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应。这一发现解决了制造大容量小硬盘最棘手的问题:当硬盘体积不断变小,容量却不断变大时,势必要求磁盘上每一个被划分出来的独立区域越来越小,这些区域所记录的磁信号也就越来越弱。借助“巨磁电阻”效应,人们才得以制造出更加灵敏的数据读出头,使越来越弱的磁信号依然能够被清晰读出,并且转换成清晰的电流变化。   1994年,IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头,将磁盘记录密度一下子提高了17倍,达5Gbit/in2,最近达到11Gbit/in2,从而在与光盘竞争中磁盘重新处于领先地位。由于巨磁电阻效应大,易使器件小型化,廉价化,除读出磁头外同样可应用于测量位移,角度等传感器中,可广泛地应用于数控机床,汽车测速,非接触开关,旋转编码器中,与光电等传感器相比,它具有功耗小,可靠性高,体积小,能工作于恶劣的工作条件等优点。利用巨磁电阻效应在不同的磁化状态具有不同电阻值的特点,可以制成随机存储器(MRAM),其优点是在无电源的情况下可继续保留信息。   巨磁电阻的构成和一般电阻有什么不同吗?   巨磁电阻效应在高技术领域应用的另一个重要方面是微弱磁场探测器。随着纳米电子学的飞速发展,电子元件的微型化和高度集成化要求测量系统也要微型化。在21世纪,超导量子相干器件、超微霍耳探测器和超微磁场探测器将成为纳米电子学中的主要角色。其中以巨磁电阻效应为基础设计超微磁场传感器,要求能探测10-2T至10-6T的磁通密度。如此低的磁通密度在过去是无法测量的,特别是在超微系统测量如此微弱的磁通密度十分困难,纳米结构的巨磁电阻器件可以完成这个任务。

  无阻值电阻在电路中扮演什么角色?

  零欧姆电阻不是为了把数字地和模拟地分开,只是使模拟地和数字地进行电气连接,因为模拟地和数字地毕竟属于同一个网络,最终也还是要连在一起的。把数模地分开,只是工程师为了解决干扰的一种手段。用零欧姆电阻的方便之处就是它很容易拆卸,拆卸下来可以换其他的器件代替以观察最终的效果进行对比,而导线不能拆卸。   限流这种观点,其实不太赞同,零欧姆电阻有阻抗但毕竟小,这得流过多大电流才起到限流作用?几A?不现实吧,很多电路板达不到这个电流级别。反而有阻抗影响挺大吧,如果零欧电阻阻抗挺大,那在零欧姆上的电压降产生共模干扰导致的问题不可忽视。   巨磁电阻的构成和一般电阻有什么不同吗?   进行数字地和模拟地之间的隔离,其实是一门挺有技术含量的事,属于EMC的范畴。我不太赞同一些工程师说的,只要是数模混合电路就必须对数字地和模拟地进行地的分割,然后用个磁珠或零欧姆电阻连起来。具体问题还得具体分析。   我见过很多电路板,采用统一地,也就是不对地分割,当然也就不存在用零欧电阻连接的问题,其EMC可以做得很好。反而一些采用了地分割的电路板,EMC很差。导致这种现象的原因是工程师对EMC本质的理解偏差。其实EMC很关键一点就是环流路径最小化,如果进行地分割,就要非常注意,一旦信号线跨越地分割线,环流路径必然增大,EMC性能变差。而采用统一地的电路板,事先必须对布局做足考虑,对电路模块进行物理分区(不分割),保证模块都有自己的回路,就不会影响其他模块,同时因为地没有分割,保证了地的完整性。当然具体细节太多了,就不一一介绍。   分割做得好,确实可以做到较好的数模隔离,但是不做分割,EMC不一定差。凡事没有绝对,没有哪一种是绝对的好,只是要根据具体的情况决定倒是要不要分割,目的是为了EMC性能,分割只是一种手段,而手段可以多种。还是那句话具体问题具体分析。   另外如果直接用导线连接,会通过很大的电流,两边的信号会互相干扰。并且在PCB布线时,很难将两种地区分开。   巨磁电阻的构成和一般电阻有什么不同吗?   零欧电阻可以很好的解决这个问题,它提供了一个很窄的电流通路 并且可以有效区分模拟地和数字地,利于单点接地的实现。其实零欧电阻也是存在阻抗的,因此可以限制电流。   用事实说话   个人lay过一块使用了0Ω电阻的PCB,一块陀螺仪的板子,有两个GND,一个是正常的GND,另一个是专门给gyro用的GyroGND。   考虑用两个GND的原因是因为板子比较小,各种通信接口和芯片都和gyro模块堆在一起,于是觉得分成两个GND会减少一些gyro读数上的noise,但其实上发现不用这样做,因为是那帮写程序的没写好程序,后来程序改好了noise也没了。   加了一个0Ω的原因也只是为了做layout的时候方便polygon(铺铜),因为电阻两端的电线会算作不同的网络。(高亮网络的时候polygon不会高亮,于是这样子大家凑合着看吧……)   GyroGND的polygon:
 
  巨磁电阻的构成和一般电阻有什么不同吗?   GND的polygon: 一个是网格铺,一个是全铺,可以看到很明显的分界线。   巨磁电阻的构成和一般电阻有什么不同吗?   在远处用一个0Ω的电阻隔开: 如果不用0Ω的电阻隔开而想着lay成两块GND的话,铺铜的时候会悲剧的,软件会给你铺到一起去。所以按照个人现在的经验来看,在GND网络上加上0Ω的电阻只是为了把GND分成不同的区域,方便lay板,对降噪本身可能并没有太显著的影响。   巨磁电阻的构成和一般电阻有什么不同吗?   了解零欧姆电阻:   1,在电路中没有任何功能,只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。   2,可以做跳线用,如果某段线路不用,直接不贴该电阻即可(不影响外观)   3,在匹配电路参数不确定的时候,以零欧姆代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件代替。   4,想测某部分电路的耗电流的时候,可以去掉零ohm电阻,接上电流表,这样方便测耗电流。   5,在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个零欧的电阻6,在高频信号下,充当电感或电容(与外部电路特性有关)电感用,主要是解决EMC问题。如地与地,电源和IC Pin间   7,单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统。)   8,熔丝作用 *模拟地和数字地单点接地*只要是地,最终都要接到一起,然后入大地。如果不接在一起就是“浮地”,存在压差,容易积累电荷,造成静电。地是参考零电 位,所有电压都是参考地得出的,地的标准要一致,故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有电荷,始终维持稳定,是最终的地参考点。虽然有些板子没 有接大地,但发电厂是接大地的,板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。不短接又不妥,理由如上有   四种方法解决此问题:   1、用磁珠连接   ;2、用电容连接   ;3、用电感连接;   4、用零欧姆电阻连接。磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显著抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。   对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合。电容隔直通交,造成浮地。电感体积大,杂散参数多,不稳定。零欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(零欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。   *跨接时用于电流回路*当分割电地平面后,造成信号最短回流路径断裂,此时,信号回路不得不绕道,形成很大的环路面积,电场和磁场的影响就变强了,容易干扰/被干扰。在分割区上跨接零欧电阻,可以提供较短的回流路径,减小干扰。*配置电路*一般,产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置,易引起误会,为了减少维护费用,应用零欧电阻代替跳线等焊在板子上。空置跳线在高频时相当于天线,用贴片电阻效果好。*其他用途*布线时跨线;调试/测试用;临时取代其他贴片器件;作为温度补偿器件。更多时候是出于EMC对策的需要。另外,零欧姆电阻比过孔的寄生电感小,而且过孔还会影响地平面(因为要挖孔)。方便软件的分别布线区域范围:主要功能是跳线,运用的目的主要是为了在PCB补线的时候软件可以区分不同的区域。也就是说为了使的每一部分的电源和地有不同的回路,如果没有这个电阻,软件会乱连,导致的结果是比如数字地和模拟地混乱,数字电源和模拟电源的互相干扰等等。所以总结就是为了方便软件的分别布线区域范围。
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( 发表人:易水寒 )

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