原创 信号完整性之转折频率与带宽的关联

2017-11-26 17:29 5574 12 12 分类: 模拟


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。

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