Tecnología de PCB - Investigación sobre la integridad de la señal: tiempo de subida y ancho de banda de la señal

Como mencioné en el artículo anterior, debemos prestar atención al tiempo de subida de la señal. Muchos problemas de integridad de la señal son causados por el corto tiempo de subida de la señal. Este artículo discute un concepto básico: la relación entre el tiempo de subida de la señal y el ancho de banda de la señal.

Para circuitos digitales, la salida es generalmente una señal de Onda cuadrada. El borde ascTerminaciónente de la Onda cuadrada es muy empinado. De acuerdo con el análisis de Fourier, cualquier señal se puede descomponer en una serie de señales sinusoidales de diferentes frecuencias. Las ondas cuadradas contienen componentes espectrales muy ricos.

A pesar del análisis teórico aburrido, utilizamos el experimento para analizar directamente el componente de frecuencia de la Onda cuadrada y observar cómo las señales sinusoidales de diferentes frecuencias se superponen a la Onda cuadrada. En primer lugar, superponemos la tensión de corriente continua de 1,65 V y la onda sinusoidal de 100 MHz para obtener la onda sinusoidal de una sola frecuencia con un desplazamiento de corriente continua de 1,65 v. Superponemos una señal sinusoidal con una frecuencia de múltiplos enteros a la señal, que a menudo se llama armónica. La frecuencia del tercer armónico es de 300 MHz, la frecuencia del quinto armónico es de 500 MHz, y así sucesivamente, los armónicos de alto orden son múltiplos enteros de 100 MHz. La figura 1 es una comparación entre antes y después de superponer diferentes armónicos. La esquina superior izquierda es la forma de onda fundamental de 100mhz con desplazamiento de corriente continua, y la esquina superior derecha es la forma de onda después de que la frecuencia fundamental se superpone con el tercer armónico, que es similar a la Onda cuadrada. La esquina inferior izquierda es la forma de onda de frecuencia fundamental + tercer armónico + quinto armónico, y la esquina inferior derecha es la forma de onda de frecuencia fundamental + tercer armónico + quinto armónico + Séptimo armónico. Se puede ver directamente que cuanto más componentes armónicos se superponen, más Onda cuadrada se parece.

Figura 1

Por lo tanto, si se superponen suficientes armónicos, podemos sintetizar aproximadamente ondas cuadradas. La figura 2 es una forma de onda superpuesta sobre 217 armónicos. Ya es muy similar a la Onda cuadrada. No te preocupes por las rebabas en la esquina. Este es el famoso fenómeno Gibbs. Esta simulación es inevitable, pero no afecta la comprensión del problema. Aquí, la frecuencia más alta de los armónicos superpuestos es de hasta 21,7 GHz.

Figura 2:

Los experimentos anteriores nos ayudan a entTerminacióner las características básicas de la forma de Onda cuadrada. La señal de Onda cuadrada ideal contiene un número infinito de componentes armónicos. Se puede decir que el ancho de banda es ilimitado. Hay una brecha entre la señal de Onda cuadrada real y la señal de Onda cuadrada ideal, pero hay una cosa en común, es decir, contiene componentes espectrales de alta frecuencia.

Ahora vamos a ver el efecto de apilar diferentes componentes espectrales en el borde ascTerminaciónente. La figura 3 es una pantalla de comparación. El azul representa el borde ascTerminaciónente de la señal de frecuencia fundamental, el verde representa el borde ascTerminaciónente de la forma de onda después de superponer el tercer armónico, el rojo representa el borde ascTerminaciónente después de superponer la frecuencia fundamental + el tercer armónico + el quinto armónico + el séptimo armónico, y el negro representa el borde ascTerminaciónente después de superponer el 217 armónico.

Figura 3

A través del experimento, se puede ver directamente que cuanto más componentes armónicos, más empinado es el borde ascTerminaciónente. Alternativamente, si el borde ascTerminaciónente de la señal es empinado y el tiempo de subida es corto, el ancho de banda de la señal es muy amplio. Cuanto menor sea el tiempo de subida, mayor será el ancho de banda de la señal. Este es un concepto muy importante, usted debe tener una comprensión intuitiva, en el Fondo de su mente, que es muy bueno para su aprTerminaciónizaje de la integridad de la señal.

Lo que tenemos que decir aquí es que la Onda cuadrada resultante tiene una frecuencia de repetición de onda de 100 MHz. Los armónicos superpuestos sólo cambian el tiempo de subida de la señal. El tiempo de subida de la señal es indepTerminacióniente de la frecuencia de 100mhz, y la regla es la misma cuando la frecuencia se convierte en 50mhz. Si la señal de datos de salida del tablero es de sólo decenas de MHz, es posible que no le importe la integridad de la señal. ¿Pero ahora estás considerando el efecto de los armónicos de alta frecuencia en el espectro debido al corto tiempo de subida de la señal? Recuerde una conclusión importante: lo que afecta a la integridad de la señal no es la frecuencia de repetición de la forma de onda, sino el tiempo de subida de la señal.

El Código de simulación de este artículo es muy simple, voy a publicar el Código aquí, usted puede ejecutar su propio código en MATLAB.

CLC; Todo el mundo lo sabe; Limpiar

FS = 10e9;

Nsamp = 2e4;

T = [0: nsamp - 1]. * (1 / Fs);

F1 = 1e6;

X0 = 3,3 / 2;

X1 = x0 + 1,65 * sin (2 * pi * f1 * t);

X3 = x0;

Para n = 1: 2: 3

X3 = x3 + 3,3 * 2 / (π * n) * sin (2 * pi * n * f1 * t);

Terminación

X5 = x0;

Para n = 1: 2: 5

X5 = X5 + 3,3 * 2 / (π * n) * sin (2 * pi * n * f1 * t);

Terminación

X7 = x0;

Para n = 1: 2: 7

X7 = X7 + 3,3 * 2 / (π * n) * sin (2 * pi * n * f1 * t);

Terminación

Gráficos

Subsuelo (221)

Figura (X1)

Subsuelo (222)

Dibujo (x3)

Subsuelo (223)

Dibujo (x5)

Subsuelo (224)

Dibujo (x7)

X217 = x0;

Para n = 1: 2: 217

X217 = X217 + 3,3 * 2 / (π * n) * sin (2 * π * n * f1 * t);

Terminación

Gráficos

Parcela (X217)

Gráficos

Figura (X217, k)

Espera un minuto.

Figura (X1, b)

Figura (x3, g)

Dibujo (x7, r)

Dilación

Eje ([8000 - 12000 - 0,5 4])