原创 信号完整性之转折频率与带宽的关联

前面一篇文章提到过影响信号完整性的是dV/dt，不是频率，dV/dt是一种时域的描述，时域与频域是可以通过傅里叶变换进行相互转换的。

1. 转折频率Fknee

所以，在这里要引入一个将上升时间与频率联系在一起的重要概念：转折频率，转折频率的计算表达式为：

其中，Fknee表示转折频率，Tr表示上升时间。这个值表示包含了信号能量95%的频谱的截至点。

根据傅里叶变换，方波可以分解为无穷次正弦波的谐波叠加形式，方波的边沿即上升沿或下降沿越陡峭，其包含的谐波次数就越多，转折频率表示谐波能量累加占总能量95%的谐波次数值。由此可知，Fknee越高，就表示速度越高，速度越高转折频率就越高，从而将速度与频率联系到一起。

通过这些理论学习，让我们能更加充分的理解，为什么CLK信号上升时间越短，高次谐波分量越大，对EMC的影响越大，因此我们在电路设计过程中在满足系统时序的前提下，应该尽量降低这些高频信号的上升时间。

2. 另一个重要参数---带宽

经常还会接触到另一个参数，是带宽。这个概念主要是因为从模拟领域转换到数字领域后，需要将频率响应转换成上升时间。具体来说，信号通过传输线时，可以看成是信号各频谱分量同时在传输线中传播，有些频谱分量会因为损耗而衰减掉，有些则会失真加强。到了接收端后，需要通过频谱分量响应重新生成信号，将频率响应转换为上升时间，这个时候就涉及到这个参数。所以，设备制造商通常会给出这个值告诉使用者设备的精度。例如，示波器制造商通常会给出每个垂直放大器标出最大工作带宽，以及探头标出相应的最大带宽，超过这个带宽的频谱分量会被舍弃掉。凭借经验，从时域图中测量10%到90%的上升时间可以得到与带宽近似关系表达式：BW=0.35/Tr。可以看出，BW与FKnee挺像的。