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频谱的含义
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频谱的含义
频谱是将电磁波分解为正弦波分量并按波长顺序排列的波谱就是将具有复杂组成的东西分解频谱分析仪为单纯成分并把这些成分按其特征量的大小依序排列部分不计横轴作为频率纵轴作为功率或电压。 图1-1频谱的定义
从图1-1可以看到数字波形是由多种频率叠加而形成的示波器和频谱仪分别从两个视角获得一个数字波形的不同信息示波器获得bit信息频谱仪获得频谱信息或者能量信息。 图1-2示波器角度的数字波形
在图1-2表示开关信号的脉冲波形中包括tw脉冲宽度和ts上升/下降时间。 图1-3连续化的频谱图
图1-3是基于傅里叶变换的理论上的脉冲波形频谱这是一个连续化频谱振幅随着频率的升高而衰减衰减斜率随着tw和ts而变化。蓝色线表示脉冲的ts变慢后的频谱变化斜率变为-40dB/dec 时的1/ts频率降低向左偏移最终结果是其后的振幅减少即当ts延迟时频谱的振幅衰减频谱下降。 02
影响频谱的因素 对于信号波形的变化频谱将以怎样的趋势变化使用实际的频谱分析仪数据来分析频率等其他参数变化时的频谱变化。这里将通过实际的DC-DC的开关相关的频谱来分析并解决EMC问题时所需要的理论知识。图1-4中的图形是初始条件下的数据
振幅10V频率400kHzDuty50%tr/tf10ns。
中间的图表示n次谐波和振幅V的关系1倍的频率基波400kHz的分量最大以奇数倍的频率形成频谱。仅产生奇次谐波是Duty为50%11的频谱特征各分量的大小为基波分量的1/次数例如3次谐波分量为1/3n次谐波分量为1/n。
最下面的图是振幅为dBµV的对数曲线图dBμV是基于以1µV电压为基准的电压比的dB 值1µV0dBµV。 图1-4初始波形 图1-5将频率提高到2MHz
图1-5是将频率提高到2MHz时的频谱从频率--振幅dBµV关系图可以明确看出当基波频率增高时整个频谱会向右频率高的一侧偏移。 图1-6tr和tf的速度都减慢为100ns
图1-6是tr和tf的速度都减慢为100ns时的频谱由于进入-40dB/dec衰减时的频率降低因此高次谐波的频谱振幅衰减。 图1-7将Duty从50%变为20%
图1-7是将Duty从50%变为20%时的频谱由于Duty不是1:1因此会产生偶次谐波但峰值基本上没变化随着脉冲宽度tw变窄基波频谱的振幅衰减。 图1-8仅将tr上升时间减慢
图1-8是仅将tr上升时间减慢时的频谱tr相关的高次谐波分量因tr变慢而衰减。即仅上升速度减慢 ⇒ 上升分量相关的高次谐波衰减。总而言之当基波频率较低且上升/下降较慢时谐波频谱会衰减从EMC的角度来看也就是频谱的振幅较低时更有利。
小结
高频化---频谱整体增加
上升/下降速度减缓---低频段衰减-40dB/dec
Duty变更---发生偶数次高次谐波但对频谱的峰值无影响基波下降
仅上升速度减缓---上升成分在低频段衰减
频率越低---上升/下降越慢频谱越低 03
EMC概念定义 EMCElectromagnetic Compatibility电磁兼容性即不对其它设备产生电磁干扰并且受到来自其它设备的电磁干扰时系统运行不受影响仍保持原有的性能。EMIElectromagnetic Interference电磁干扰由于IC工作产生噪声EMI给周边IC和系统带来干扰或者干扰性的电磁波所以需要设计不产生EMI的电路。
EMSElectromagnetic Susceptibility电磁干扰敏感度或电磁敏感性即使受到EMI影响也不会造成干扰的能力与耐受性需要设计能承受EMI的可靠性电路。测试领域里面EMI分为两种传导噪声Conducted Emission和辐射噪声Radiated Emission。
传导噪声是指经由线体或PCB板布线传导的噪声辐射噪声是指排放辐射到环境中的噪声。对于这些噪声EMS中分别都有耐受性要求称为传导抵抗力Conducted immunity和辐射抵抗力Radiated immunity它们的关系如下 图1-9EMC分支
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辐射机理 图1-10交直流对比
处在直流状态的电信号f1/TT足够长可以理解其基频信号频率为0那么它的各种奇次偶次谐波也是0即没有高频信号只会产生磁通。而处在交流状态的电信号会产生不断变化的磁场不断变化的磁场又会产生不断变化的电场循环这一过程引入位移电流的概念就是辐射的核心机理。 图1-11数字波形高频含量辐射
从板级的角度考虑频率越高的噪声波长越短所需的辐射天线越小就越容易辐射到空气中这也是高速信号需要屏蔽的根据之一。 图1-12位移电流概念 图1-13探测辐射的过程
对于辐射值的标准各个领域各个国家依据的标准都不一样世界通用标准是CISPR而日本VCCI Class、美国FCC、欧洲EN还有就是把CISPR作为基准来自定义设定规定值各个标准依据电子产品的不同细分为各种子标准。
