原创 时域分析和频域分析

一开始，看到论坛里这个问题，第一反映就是时域分析数字电路设计更关心，频域分析模拟或者微波设计更关心。光这么说，还不准确。

时域分析时，给定激励的频率，由驱动器和负载模型定义信号的变化沿和输入输出阻抗特性，仿真出信号通过PCB上信号传输线经过反射后的波形。然而，实际情况往往和仿真不一样：首先，实际信号的频率并不一定，变化沿也和模型描述有差异，造成信号频谱差异，这样他们通过传输线后的频谱特性必然会不同；其次，时域仿真时的信号是经过负载阻抗和驱动器内阻之间多次反射后的波形，实际的驱动器和负载的阻抗和模型定义的也不同，也会造成波形变化。综上所述，时域仿真存在太多偶然因素，有局限性。

频域分析，信号源是等幅扫频信号，驱动端为理想输出，内阻为0。负载为开路，内阻无穷大。考察的结果是传输通道频域的传输，反射特性。这时候，尽管不知道实际的输出输入波形，但通过通道特性，可以考察传输线究竟对于哪些频率的信号影响更大，这些频率是否落在实际信号转折频率以内。但是，没有反映实际输出输入波形，不直观，也有局限性。

可见，时域频域分析缺一不可。在实践中，由于信号的频谱的高次谐波能量逐渐降低的，当数字信号频率较低，转折频率（f_knee）内有效频谱在1GHz以内时，这个频段内，PCB信号线的频域特性稳定，加上模型能够提供的极限参数，通过时域最坏情况就可以了。

当信号频率进一步提高，到GHz以上，或者转折频率（f_knee）内有效频谱在1GHz以上，通常由于趋肤效应和介质损耗，通道特性随频率变化，导致信号畸变，这时候就有必要做频域分析，考察高次谐波的畸变。这个频段内，即使做时域分析，也需要使用PRBS伪随机序列码激励源，使通过信号为平坦的频谱。而解决眼图闭合问题，常常采用的预加重和均衡技术，实际上就是频率选择滤波器，放大容易损耗的高频分量或者抑制通过后的信号低频分量。这时候，不作频域扫描都不行。

另外，对于电源完整性PI分析，通常电源上的噪声类似高斯白噪声，分析这种问题只有考察电源传输线的频域特性了。