A cosa servono i resistori a zero ohm?

Se non l'avete mai sentito, il termine "resistore a zero ohm" potrebbe sembrarvi uno scherzo ai danni di progettisti di circuiti alle prime armi o non troppo ferrati, costantemente alla ricerca di un modo per realizzare progetti più semplici e comprimere la distinta base. Invece non è affatto uno scherzo. Se non ci credete, considerate che nel momento in cui sto scrivendo questo articolo, Digi-Key ne ha a magazzino 150.000 unità di una sola versione. Vuol dire che si usano.

Ma a cosa servono? Che cosa aggiungono a un progetto che sarebbe forse più efficiente senza, dato che si risparmierebbe sui costi e si avrebbe più spazio sulla scheda?

Ci sono almeno tre motivi per cui questi componenti, apparentemente "inutili", hanno un senso. Due sono legati a progettazione, test e produzione, mentre il terzo... diciamo che è di tutt'altro tipo.

1. Layout di una scheda a circuiti stampati

Figura 1: Questa scheda CS fenolica a un lato di un forno a microonde del 2010 contiene gli alimentatori (alta e bassa tensione), il trasformatore e i dispositivi di alimentazione; notate l'uso dei ponticelli sul lato superiore a circa un terzo dal bordo sinistro. (Immagine per gentile concessione di Amazon.com)

Iniziamo da un motivo che ha origini non recentissime, ma che è ancora valido. Una cinquantina di anni fa, quando le "schede a circuiti stampati" o schede CS erano una novità assoluta, la nostra scheda in resina epossidica FR4 standard metallizzata sui due lati non esisteva. Le prime schede erano in cartone fenolico pressato, con rame su un solo lato. I componenti venivano inseriti a mano, un'operazione allora fattibile dato che la maggior parte di essi era piuttosto grande, come zoccoli per tubi a vuoto, transistor discreti, componenti passivi, trasformatori e connettori.

Ci voleva abilità per realizzare il cablaggio di una scheda utilizzando tracce su un solo lato, e a volte non era proprio possibile. Quindi ecco la soluzione: ponticelli per collegare aree e permettere il collegamento tra due tracce. Poi, con l'inserimento automatizzato dei componenti, il ponticello di base venne sostituito con un resistore a zero ohm standard che aveva la stessa funzione.

Ancora oggi si usano schede fenoliche a un solo lato con ponticelli. Persino apparecchi moderni come le macchine del caffè o i forni a microonde usano ancora schede fenoliche a un solo lato quando è necessario montare componenti di grandi dimensioni come i trasformatori, e utilizzano i ponticelli per risolvere problemi di topologia (figura 1).

2. Circuito e flessibilità della scheda

I resistori a zero ohm trovano ancora posto nei progetti delle nostre schede FR-4 moderne multistrato. In alcuni casi la stesura dei cavi è così complessa che è praticamente impossibile completare i collegamenti di alcuni percorsi. La soluzione consiste nell'acquistare un ulteriore strato per pochi centesimi nel punto critico, utilizzando un resistore a zero ohm.

Questi resistori possono inoltre semplificare la riconfigurazione dell'interconnessione e del funzionamento di un circuito. Permettono di separare completamente dal punto di vista elettrico i circuiti secondari di una scheda per il debug e il test, perché è più semplice dissaldare e saldare un minuscolo resistore SMT a zero ohm piuttosto che tagliare e poi tentare di ripristinare una sottilissima traccia della PCB. Possono anche essere utilizzati per mettere in cortocircuito funzioni come stadi di filtro extra non necessari in tutte le configurazioni o che devono essere disattivati per eseguire test e cicli di calibrazione.

Un altro uso di questi resistori è permettere di personalizzare un solo layout di una scheda CS in diverse configurazioni anche dopo che la scheda è stata completata e saldata. Nel caso più semplice, considerate un percorso di segnale che richiede zero ohm o 10 Ω in un circuito soppressore o di attenuazione, dove il valore corretto viene stabilito dalle specifiche del carico che il prodotto controlla. La scheda può essere preparata per includere un solo resistore da zero o 10 ohm, e il valore appropriato può essere inserito nella distinta base una volta noto, e poi il componente inserito e saldato a mano. In alternativa, il circuito e la scheda CS possono essere progettati con entrambi i resistori, da zero e 10 ohm, in parallelo, e poi quello da zero ohm può essere rimosso se il valore corretto è 10 ohm.

Esiste un'ulteriore opzione: creare due layout della scheda CS, uno con un resistore inserito e uno senza resistore. Rimane comunque meno costoso, più intelligente e più efficiente dal punto di vista della gestione dell'inventario avere una sola scheda e inserire/rimuovere il resistore a zero ohm se necessario.

3: Mascherare lo schema

Infine, c'è una giustificazione meno ovvia all'uso dei resistori a zero ohm, cioè cercare di nascondere e rendere più complessa la funzione di un circuito, per confondere chi dovesse tentare di risalire allo schema di un progetto per poi sottoporlo a reverse engineering. Questo comportamento era più comune nei primi tempi delle schede semplici a lato singolo che contenevano soprattutto circuiteria analogica, ma è in uso ancora oggi per le aree a minor densità, come ad esempio quelle delle funzioni di alimentazione. Chi analizza uno schema di circuito in questo modo, per prima cosa cerca di individuare come è organizzato, per poi tentare di identificare i diversi componenti e la loro funzione. Se si inserisce qualche resistore a zero ohm, il secondo passaggio diventa più complicato. Facendo un paragone con il software, assomiglia più o meno al trucco di utilizzare NOP per regolare la temporizzazione del programma e dei loop.

Zero ohm, più contenitori

I resistori a zero ohm sono disponibili come unità singole o multiple. Ad esempio, SR1-0805-000 di NTE Electronics, Inc. è un resistore a chip singolo in un contenitore standard 0603 da 1,5 × 0,8 mm con tecnologia a montaggio superficiale (SMT) (Figura 2).

Figura 2: SR1-0805-000 di NTE Electronics, Inc è un resistore a chip singolo in un contenitore 0603 che ha l'aspetto di qualsiasi altro chip SMT e lo stesso tipo di gestione. (Immagine per gentile concessione di NTE Electronics)

Per le situazioni in cui sono necessari più resistori a zero ohm uno vicino all'altro, è disponibile EXB-28VR000X di Panasonic, con quattro resistori in un contenitore 0804 (Figura 3).

Figura 3: EXB-28VR000X di Panasonic è un gruppo di quattro resistori a zero ohm in un contenitore 0804 standard. (Immagine per gentile concessione di Digi-Key Electronics con materiale di Panasonic)

È interessante notare che i resistori a zero ohm hanno due attributi non comuni nelle specifiche. In primo luogo, non hanno una specifica per la tolleranza. Questo valore in genere si stabilisce in percentuale, negativa o positiva, rispetto al valore nominale del resistore, ma non ha senso se gli ohm sono pari a zero. In secondo luogo, questi ponticelli hanno in realtà una potenza nominale massima che sembra inutile in quanto il loro valore di dissipazione è definito come I²R, e R in questo caso è 0 ohm. Anche un resistore a zero ohm però non è perfetto: la maggior parte specifica una resistenza effettiva massima di 50 mΩ, obbligando a definire una corrente nominale massima (Tabella 1).

Tabella 1: Anche un resistore a zero ohm non è perfetto: la maggior parte specifica una resistenza effettiva massima di 50 mΩ, obbligando a definire una corrente nominale massima. (Tabella per gentile concessione di Panasonic)

Conclusione

Il resistore a zero ohm è un ottimo esempio di componente con una funzione che all'inizio sembra poco utile, se non addirittura inutile. Invece è piuttosto utile per i progettisti che ne conoscono i vantaggi e sanno come può aiutare a risolvere problemi di layout e dei circuiti, con un costo molto ridotto e complicazioni minime o del tutto assenti. Per questo motivo, viene offerto in diverse configurazioni.

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