当前位置: 首页 » 技术方案 » 技术分析 » 正文

信号带宽:什么是最重要的,上升时间还是压摆率?


  来源: 美国力科TeledyneLeCroy 时间:2021-10-21 编辑:清风
分享到:



在信号完整性方面,很少有概念像信号带宽一样会造成如此多的混乱,带宽究竟指的是什么,时域中信号的哪些特征会影响带宽:上升时间还是压摆率?


对于下图中的两个波形,两个波形具有相同的上升时间,但压摆率相差5倍,它们的带宽是多少,哪个波形具有更高的带宽?答案可能会让你大吃一惊。这是一个重要的问题,因为它适用于仿真和测量的所有频域和时域分析。



虽然带宽是在涉及到信号的频率分量时使用的术语,但它只有一个模糊的定义,必须先加以澄清,然后才能应用它来帮助深入了解其与上升时间和压摆率的关系。从根本上说,带宽是信号“重要”频谱分量的频率范围。


对于 RF 信号时,这通常是指频谱中载波的频率分量范围,通常分为窄带和宽带。对于数字信号,由于它们的频率范围从 DC 开始,带宽是指信号中“重要”的最高正弦频率分量。歧义在于“重要”的定义, 仅查看频域中时域信号的频谱分量不足以回答“什么是重要的?”这个问题。


时域波形在频域中的表示


时域信号通常使用快速傅立叶变换 (FFT) 转换到频域,FFT 是离散傅立叶变换 (DFT) 的快速矩阵方案。这将时域 V(t) 波形变换为频域频谱,频谱由每个频谱频率区间中的复正弦振幅A(f)组成。通常只显示复振幅的幅度,但也有相关的相位。


时域波形的三个属性直接对应频谱的特征,无论波形是仿真还是测量的,这些都是适用的。


频谱是通过在有限时间的采集窗口中对波形进行采样来计算的,采集窗口是一个重复的时间间隔。DC 之上的第一个频率分量和频率分辨率与数据的总采集时间有关。如果总时间窗口为 1 us,则每个 bin 之间的频率间隔(即频率分辨率)为 1/1 us= 1MHz。


时域中采集窗口中V(t) 的平均值是频谱中直流分量即 0 Hz的幅度,例如,如果时域中的平均值为 0.5 V,则 0 Hz 频率分量的幅度也是 0.5 V。


频谱中的最高频率是时域中测量或仿真数据的采样率的一半,如果采样率为 100 GHz,则使用 FFT 计算到的最高频率分量为50 GHz。


对时域中理想正弦波做FFT 仅产生单一的正弦频率分量,即正弦波的频率。例如,使用 仿真软件中的 FFT 函数计算的 10 MHz、100 MHz 和 1 GHz 三个理想正弦波的频谱如下图所示。时基为 1 微秒,采样间隔为 5 ps,分辨率为 1 MHz, 显示的最高频率为 100 GHz。在此示例中, FFT 使用了 Blackman-Harris 窗函数。



从这个例子,可以明显看出,正弦波的最高有效频谱分量就是正弦波频率本身,正弦波频率以上的频率分量的幅度基本等于 FFT 的数字本底噪声,是无关紧要的。


理想方波


可以用纸笔手动计算 FFT 的少数波形之一的是理想方波,频谱分量是重复频率即基频的倍数, 基频的每一个倍数都是一个谐波。它们的幅度以1/n 下降并且以下面公式表示:



其中A(n) 是每个谐波分量的幅度,n 是谐波数;


对于理想的完美对称方波,频谱中的所有偶数次谐波相互抵消并在数值上等于 0。波形的前半部分和后半部分之间的任何不对称都会产生一些偶次谐波分量,周期性类方波频谱中的二次谐波分量意味着被测方波在其周期的前半部分和后半部分之间存在某种不对称性。


任何 FFT 工具的简单检查就是对比其计算出的理想方波的频谱与理想分析计算的匹配程度(见下图)。在此示例中,左边方波的上升时间为 5 ps,并且具有完美对称的 50% 占空比,与右边具有 50.1% 占空比的相同方波进行了比较。



关键词:信号带宽 仿真 测量    浏览量:7798

声明:凡本网注明"来源:仪商网"的所有作品,版权均属于仪商网,未经本网授权不得转载、摘编使用。
经本网授权使用,并注明"来源:仪商网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
本网转载并注明自其它来源的作品,归原版权所有人所有。目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如有作品的内容、版权以及其它问题的,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
本网转载自其它媒体或授权刊载,如有作品内容、版权以及其它问题的,请联系我们。相关合作、投稿、转载授权等事宜,请联系本网。
QQ:2268148259、3050252122。


让制造业不缺测试测量工程师

最新发布
行业动态
技术方案
国际资讯
仪商专题
按分类浏览
Copyright © 2006- 861718.com All rights reserved 版权所有 © 星球国际资讯集团 广州德禄讯信息科技有限公司
本站转载或引用文章涉及版权问题请与我们联系。电话:020-34224268 传真: 020-34113782

粤公网安备 44010502000033号

粤ICP备16022018号-4