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          信號(hào)完整性中信號(hào)上升時(shí)間與帶寬研究

          作者: 時(shí)間:2011-12-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          本文就談?wù)勔粋€(gè)基礎(chǔ)概念:的關(guān)系。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/178170.htm

            對于數(shù)字電路,輸出的通常是方波。方波的邊沿非常陡峭,根據(jù)傅立葉分析,任何信號(hào)都可以分解成一系列不同頻率的正弦信號(hào),方波中包含了非常豐富的頻譜成分。

            拋開枯燥的理論分析,我們用實(shí)驗(yàn)來直觀的分析方波中的頻率成分,看看不同頻率的正弦信號(hào)是如何疊加成為方波的。首先我們把一個(gè)1.65v的直流和一個(gè)100MHz的正弦波形疊加,得到一個(gè)直流偏置為1.65v的單頻正弦波。我們給這一信號(hào)疊加整數(shù)倍頻率的正弦信號(hào),也就是通常所說的諧波。3次諧波的頻率為300MHz,5次諧波的頻率為500MHz,以此類推,高次諧波都是100MHz的整數(shù)倍。圖1是疊加不同諧波前后的比較,左上角的是直流偏置的100MHz基頻波形,右上角時(shí)基頻疊加了3次諧波后的波形,有點(diǎn)類似于方波了。左下角是基頻+3次諧波+5次諧波的波形,右下角是基頻+3次諧波+5次諧波+7次諧波的波形。這里可以直觀的看到疊加的諧波成分越多,波形就越像方波。

            圖1

            

            因此如果疊加足夠多的諧波,我們就可以近似的合成出方波。圖2是疊加到217次諧波后的波形。已經(jīng)非常近似方波了,不用關(guān)心角上的那些毛刺,那是著名的吉博斯現(xiàn)象,這種仿真必然會(huì)有的,但不影響對問題的理解。這里我們疊加諧波的最高頻率達(dá)到了21.7GHz。

            圖2

            

            上面的實(shí)驗(yàn)非常有助于我們理解方波波形的本質(zhì)特征,理想的方波信號(hào)包含了無窮多的諧波分量,可以說是無限的。實(shí)際中的方波信號(hào)與理想方波信號(hào)有差距,但有一點(diǎn)是共同的,就是所包含頻率很高的頻譜成分。

            現(xiàn)在我們看看疊加不同頻譜成分對沿的影響。圖3是對比顯示。藍(lán)色是基頻信號(hào)上升邊,綠色是疊加了3次諧波后的波形上升邊沿,紅色是基頻+3次諧波+5次諧波+7次諧波后的上升邊沿,黑色的是一直疊加到217次諧波后的波形上升邊沿。

            圖3

            

            通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以直觀的看到,諧波分量越多,上升沿越陡峭。或從另一個(gè)角度說,如果信號(hào)的上升邊沿很陡峭,上升很短,那該信號(hào)的就很寬。上升越短,信號(hào)的帶寬越寬。這是一個(gè)十分重要的概念,一定要有一個(gè)直覺的認(rèn)識(shí),深深刻在腦子里,這對你學(xué)習(xí)信號(hào)非常有好處。

            這里說一下,最終合成的方波,其波形重復(fù)頻率就是100MHz。疊加諧波只是改變了信號(hào)上升時(shí)間。信號(hào)上升時(shí)間和100MHz這個(gè)頻率無關(guān),換成50MHz也是同樣的規(guī)律。如果你的電路板輸出數(shù)據(jù)信號(hào)只是幾十MHz,你可能會(huì)不在意信號(hào)問題。但這時(shí)你想想信號(hào)由于上升時(shí)間很短,頻譜中的那些高頻諧波會(huì)有什么影響?記住一個(gè)重要的結(jié)論:影響信號(hào)的不是波形的重復(fù)頻率,而是信號(hào)的上升時(shí)間。

            


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