PCB Teknik - Sinyal bütünlük araştırmaları: sinyal artış zamanı ve bandwidth

Önceki makalede sinyal yükselmesi zamanına dikkat etmemizi söyledim. Çok sinyal bütünlük sorunları kısa sinyal yükselmesi zamanına neden oluyor. Bu makale temel bir konsept hakkında konuşacak: sinyal artış zamanı ve sinyal bandwidth arasındaki ilişki.

Dijital devreler için, çıkış genellikle kare dalga sinyalidir. Kare dalgasının yükselmesi çok hızlı. Fourier analizine göre, her sinyal farklı frekansların sinusoidal sinyallerini parçalayabilir. Kare dalgası çok zengin spektral komponentleri var.

Sıkıcı teoretik analizi tarafından bıraktığımızda, kare dalgasındaki frekans komponentlerini incelemek için deneyler kullanıyoruz ve farklı frekansların sinus sinus sinus sinüslerini kare dalgasına nasıl yükselttiğini görüyoruz. İlk olarak, 1,65v DC ve 100MHz sinus dalgasını 1,65v DC'in doğuşuyla tek frekans sinus dalgası almak için yüksek bir sinusoidal sinus sinus dalgasını yerleştiririz. Bu sinyalde genellikle harmonik olarak adlandırılır. 3. harmonik frekansiyeti 300MHz, 5. harmonik frekansiyeti 500MHz ve yani daha yüksek harmonik tüm sayı çarpıları 100MHz. Şekil 1, farklı harmonik karşılaştırmadan önce ve sonra bir karşılaştırma. Yüksek sol köşe, DC offset ile 100MHz temel frekans dalgaları formudur, ve üst sağ köşe temel frekans üçüncü harmonik ile yükseldiğinden sonra dalgalar formudur. Bu da kare dalgalarına biraz benziyor. Aşağıdaki sol köşe temel frekansların dalgaları + 3. harmonik + 5. harmonik dalgaları, ve aşağıdaki sağ köşe temel frekansların dalgaları + 3. harmonik + 5. harmonik + 7. harmonik dalgaları formudur. Görünüşe göre, daha harmonik komponentler üzerinde yerleştirilir, dalga formu daha fazla kare dalgalarına benziyor.

figür 1

Bu yüzden, yeterince harmonik yükselmiş olursa, yaklaşık bir kare dalgası sintezleştirebiliriz. 2. görüntü 217. harmonik üzerinde yükselmiş dalga formuydur. Bu zaten kare dalgasıyla çok benziyor. Köşedeki ateşleri umursamayın. Bu ünlü Gibbs fenomeni. Bu tür simülasyon gerçekleşecek ama sorunun anlamasını etkilemiyor. Burada 21.7GHz'e kadar süper uygulanan harmonik en yüksek frekans var.

figur 2

Yukarıdaki deney, kare dalga formunun temel özelliklerini anlamamız için çok yardımcı. Ideal kare dalga sinyali sonsuz bir sayı harmonik komponentleri içerir. Band genişliğinin sonsuz olduğunu söyleyebilir. Aslında kare dalga sinyali ve ideal kare dalga sinyali arasında bir boşluk var, ama ortak bir şey var, yani yüksek frekans spektrum komponentleri içeriyor.

Şimdi, yükselen kenara farklı spektral komponentlerinin üstüne koyduğuna bakıyoruz. 3. görüntü karşılaştırıcı bir görüntüdür. Mavi temel frekans sinyalinin yükselmesi, yeşil dalga formunun yükselmesi üçüncü harmonik şeklinde yükselmesi, kırmızı temel frekans + üçüncü harmonik + beşinci harmonik + 7. harmonik şeklinde yükselmesi ve siyah kırmızı 217. harmonik şeklinde dalga formunun yükselmesi üzerinde yükselmesi.

3. Şekil

Bu deney aracılığıyla, daha harmonik komponentler, yükselen kenarı daha hızlı görülebilir. Ya da başka bir perspektifden, eğer sinyalin yükselmesi ve yükselmesi kısa olursa sinyalin bandwidth çok geniş olur. Yükselen zamanı daha kısa, sinyalin bandwidth daha genişliyor. Bu çok önemli bir konsept, aklınızda anlaşılmanız gerekiyor. Sinyal dürüstlüğünü öğrenmeniz çok güzel.

Konuşmak için son sintezleştirilmiş kare dalgası, dalga formu tekrarlama frekansı 100MHz. Harmonik yükselmesi sadece sinyal yükselmesi zamanı değiştirir. Sinyal yükselmesi zamanının 100MHz frekansıyla ilgisi yok ve 50MHz'e değiştiğinde aynı kural. Eğer devre tahtasınızın çıkış veri sinyali sadece on MHz olursa, sinyal integritet sorunlarını umursamazsınız. Ama şimdi spektrumdaki yüksek frekans harmoniğin in etkisini düşünüyorsunuz, sinyalin kısa yükselmesi için? Önemli bir sonuç hatırlayın: bu, sinyal integritesini etkileyen dalga formunun tekrarlama frekansı değil, sinyalin yükselmesi zamanı.

Bu makalenin simülasyon kodu çok basit, şifreyi buraya postalayacağım. Bunu tek başına matlab üzerinde çalışabilirsiniz.

clc; her şeyi temizle; paket;

Fs = 10e9;

Nsamp = 2e4;

t = [0:Nsamp-1].*(1/F);

f1 = 1e6;

x0 = 3.3/2;

x1 = x0 + 1.65*sin(2*pi*f1*t);

x3 = x0;

n=1:2:3 için

x3 = x3 + 3.3*2/(pi*n) * sin(2*pi*n*f1*t);

sona

x5 = x0;

n=1:2:5 için

x5 = x5 + 3.3*2/(pi*n) * sin(2*pi*n*f1*t);

sona

x7 = x0;

n=1:2:7 için

x7 = x7 + 3.3*2/(pi*n) * sin(2*pi*n*f1*t);

sona

figur

altplot( 221)

plot( x1)

altplot( 222)

plot( x3)

altplot( 223)

plot( x5)

altplot( 224)

plot( x7)

x217 = x0;

n=1:2:217 için

x217 = x217 + 3.3*2/(pi*n) * sin(2*pi*n*f1*t);

sona

figur

plot( x217)

figur

plot( x217,'k')

Dur.

plot( x1,'b')

plot( x3,'g')

plot( x7,'r')

Dur.

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