2-4-5 波形占空比对谐波的影响
(1) 改变10MHz时钟脉冲信号的占空比

时钟脉冲信号是容易产生噪声的一种典型数字信号。时钟脉冲信号通常具有占空比约为50%的波形。如前所述,如果占空比接近50%,信号会包括很强的奇次谐波,而偶次谐波比较弱。偶次谐波的电平可能随着占空比发生显著变化。(在谐波次数很高的高频范围内,奇次谐波的变化也非常大。)图2-4-9提供了通过计算确认这个趋势的示例。

(2) 谐波分为奇次组和偶次组

此图对比了根据图2-4-8(a)所示理想快速上升数字信号将占空比从50%(a)逐渐变为49.9%(b)然后变为49%(c)的谐波。这些计算结果表明,偶次谐波和奇次谐波分别沿着绿色线和黄色线分布,指示偶次和奇次之间存在不同的趋势。

在图2-4-9(a)(占空比为50%)中,奇次谐波沿着图2-4-6所示的包络线分布,但没有观察到偶次谐波。

(3) 1%的占空比变化可能导致10dB的差别

相反,图2-4-9(b)(占空比为49.9%)中显示了偶次谐波,尽管其电平仍然很低。图2-4-9(c)(占空比变为49%)显示偶次谐波电平升高,甚至比特定频率范围内的奇次频率还高。观察1GHz以上的较高频率范围时,或者计算占空比显著偏离50%的情形时,就会发现这样一个趋势: 偶次和奇次谐波电平大小呈周期性切换。请使用MEFSS核实这一趋势。

如上所述,即使是示波器难以辨识的1%占空比变化,也会导致偶次谐波和高次谐波的电平产生几十dB噪声的变化。频谱的一般形状没有太大的变化,仍与图2-4-5所示的包络线一致。但是,单独观察各个频谱时,影响显得很重大。需要注意这种差别,因为这可能导致对噪声测量的再现性产生非常大的影响。

至于如何确定是否符合噪声规定,即使只有一个频谱超过了规定范围,也要视为不符合规定。如果这样的重要变化成分接近于限值,需要仔细地测量。

Change in harmonics when duty ratio is changed

图2-4-9 占空比改变时谐波的变化


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