(1) 梯形波谐波的性质

我们来看下数字信号中所包括谐波电平的趋势。如果数字信号的电压波形有一个如图2-4-6所示的完美梯形波，可以发现几个趋势。

图2-4-6(b)显示了梯形波所包括谐波的包络线。如图所示，如果在对数轴上描出频率，谐波的包络线组成一个简单的折线，具有(A,B)两处拐点。[参考文献 2]

A是信号脉冲宽度tp决定的频点。脉冲宽度越窄，A就会越朝向较高频率侧偏移。 B是信号升（降）时间tr决定的频点。此时间段越短，B就会越朝向较高频率侧偏移。（为简化趋势，假设上升和下降时间一致）

(2) 控制谐波电平

谐波的包络线在DC到A点之间（区域a），具有恒定的电平，但在A点至B点之间（区域b）却以20dB/dec（每十倍频率为20dB）的频率速率下降，然后在B点到较高频率侧（区域c）以40dB/dec的速率急剧下降。因此，从抑制噪声的视点出发，需要将A点和B点向较低频率侧移动。

请参见参考资料[参考文献 2]，其阐释了表现这一趋势的理论公式。

图2-4-6 谐波的包络线

(3) 对比理论曲线与实际测量结果

上述频率特性仅表明了一般趋势。各个谐波电平可能受占空循环等因素的影响，而且可能略小于包络线（个别谐波可能非常小）。

图2-4-7提供了一个对比图2-4-6与实际测量结果的示例。图2-4-7 (a)显示了占空比为50%的情况，而(b)显示了占空比为20%的情况。

示波器测量的电压波形显示在图片的左侧，而频谱分析仪测量的频谱显示在中间。观察到了如图2-4-1指示的谐波。在图2-4-7(b)中占空比为20%的情况下，可以发现偶次谐波的电平几乎等于奇次谐波的电平。

在图片的右侧，中间频谱的频率轴被转换为对数轴，以便与图2-4-6中的包络线进行比较。方便您参考，红色线表示理论包络线。可以说，图2-4-6的包络线充分符合频率范围低于100MHz的实际测量结果。在200MHz以上的更高频率范围内，实际测量值小于理论值。这是因为试验中使用的信号发生器因其频率生成的上限而无法输出准确的梯形波。

图2-4-7 谐波包络线实际测量结果示例

(4) 设计噪声更小的电子设备

以下趋势是从图2-4-6(b)所示的包络线形状推导出来的。

1. (i)信号的循环频率越大，脉冲宽度就越窄。因此，A点向较高频率侧偏移，产生更多噪声。

2. (ii)随着上升时间变短，信号速度变快，B点朝较高频率侧偏移，产生更多噪声。

要设计噪声更少的电路，应避免这些情况并使A点和B点向低频侧偏移是比较有利的。如果无法在设计中避免上述情况，但信号线附带了安装EMI静噪滤波器的垫子，就更容易抑制噪声了。

当观察实际数字信号的谐波时，难以注意到区域a。这是因为很多数字信号都具有接近50%的占空比，使A点靠近基频的较低频率侧。