1.1. 电阻篇----硬件设计指南（持续补充更新）

本系列文章是笔者对多年工作经验进行总结，结合理论与实践进行整理备忘的笔记。希望能直接指导硬件工程师的设计实操，而不是看的云里雾里的理论描述。既能帮助自己温习整理避免遗忘也能帮助其他需要参考的朋友。笔者也会不定期根据遇到的问题和想起的要点进行查漏补缺。如有谬误，也欢迎大家进行指正。

一、设计要点
1.一般而言，电阻选型应以成本最优化为第一指导原则，高密布局确实有需要时才考虑极小封装电阻（01005）；
2.对于封装选择需要考虑成本和功率，还有中高压场景的安规要求，确保中高压场景（一般30V以上）封装管脚间距满足安规要求，另外一点是贴片厂的工艺能力，pin间距越小对贴片厂要求越高贴片成本响应也越高；
3.电阻值选型注意归一化，减少备料种类，提高生产效率和库存效率，一般依次优选E3,E12，E24电阻值；
4.电阻工作的（一段时间内）实际平均功率一般按50%以下进行降额，短时间瞬时功率可以允许接近100%；
5.0R电阻注意选择合适的功率，一般按照50mR最大实际电阻值做功耗预估；
6.调试用的电阻注意选择方便调试的偏大的封装，例如测功耗串电阻用0402或者0603，便于飞线测电流。

二、要点说明
本文内容都是基于贴片电阻进行说明，其他种类的电阻视情况进行一定介绍说明。
贴片电阻是金属玻璃铀电阻器之一。 是将金属粉和玻璃铀粉混合，用丝网印刷法印刷在基板上的大功率贴片电阻器制的电阻器。耐潮湿，高温，温度系数小。表面组装技术（SMT）的应用已十分普遍，采用SMT组装的电子产品的比例已超过90%。我国从八十年代起开始应入SMT技术。伴随着中小型SMT生产线设备的开发设计，SMT的运用范畴在进一步扩张，航空公司、航空航天、仪表设备、数控车床等行业也在选用SMT生产制造各种各样大批量并不大的电子设备或构件。

贴片电阻作为PCB板上不太值钱的一类物料，一般大家可能不太注意选型优化，但是目前01005封装电阻的成本一般比除封装外其他规格相同的0201或者0402的电阻要高1倍以上，笔者曾经见过同事copy主板的原理图到一个小FPC原理图中，copy了大量01005封装电阻，这意味着这部分电阻成本至少翻倍，然后调试和维修的时候只有技术高超的维修工程师或硬件工程师才能执行，同时贴片的时候需要选择和主板同一工艺等级的贴片厂才能保证良率，很多贴片厂的吸盘都不支持01005封装，贴片成本大概要增加70%。

另外就是选型时如果有意识注意减少电阻种类，PMC哥哥姐姐一定会爱死你了，减少备料提高单一物料用量也有助于采购策略优化。一般优选E3,E12,E24电阻值，E48/E96的部分常用值也可以纳入考虑，例如4.99*10^n，6.04*10n等。关于E3，E6，E12，E24电阻阻值列举如下。
E3标准电阻系列：1、2.2、4.7
E6标准电阻系列：1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8
E12标准电阻系列：1、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2
E24标准电阻系列：1、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.7、3、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1

我们看一些强电单板设计经常会看到封装都0603、0805、甚至1206以上，即便实际阻值很大功率极小，这里通常是考虑安规的要求。根据IEC60664附录表F.5的要求，对于爬电距离要求如下

而PCB业界的规范IPC-2221表6-1给出了更严格的约束要求。

这里我们考虑贴片完成后焊盘之间通过FR4和空气爬电的安规问题，采纳B2组的值指导PCB设计。当电压超过30V，一般需要做到封装设计焊盘间距0.6mm以上，物料实际封装焊盘的间距，还有走线铺铜的安全距离规则也要达到0.6mm，这里通常要选用0603以上封装了。如果电压等级更高，则需要更大的封装以满足更高的安全间距。在PCB叠层设计中也需要格外注意，叠层参考A5~A7组结果，笔者内部交流听到过电池产品就出现击穿FR4导致起火的案例，还是售后案例，给用户带来严重的财产损失和生命安全威胁。

另外电阻的功率通常被作为一个降额的点。但是笔者一般不太认可特别对阻容感特别严格的降额要求，消费类电子产品中阻容感的寿命远长于IC类物料，即便降额百分比略高对产品影响也不大，特别是一些小尺寸空间做加热的需求，按照比较严格的降额要求执行几乎无法实现。比如IMU加热，5V供电，要求1W左右功率，采用两个51R/1206/0.5W功率的电阻正好合适，也不会占用太大空间，考虑实际加热都是PWM调制，虽然最大功率几乎达到额定0.5W，降额100%，如果按照加热算法设置的最大80%占空比计算，实际平均功耗降额80%。再比如CAN端接电阻120R，差分最大电压为2V，则功率为1/30W，如果按照某公司50%功率降额得选用0603/0.1W封装物料，而实际用0402/0.0625W，降额为53.28%，差异并不大。

关于电阻的精度问题，目前笔者接触到的几家公司都实现了1%精度电阻和5%精度电阻价格一致，也可能是因为归一化到1%精度用量大了实现的成本优化。但是某公司对于0R和E3电阻仍然要求优先用5%精度匹配更优的成本策略。通常0R电阻精度意义不大，无论是标注1%精度还是标注5%精度的物料，都会声明最大电阻不超过50mR。

最后一点关于电阻选型需要考虑调试便利的问题，一般封装越大焊接拆卸更方便，对于需要经常调试的电阻，在空间允许的情况下尽量选择较大的封装。