“带宽”这个术语在许多情况下已被滥用。我记得在一次会议上,这个词被用来指:特定信号的频率组成、特定电路的频率响应、局域网的速度,甚至组织的人数。“我们现在没有足够的带宽来处理这些工作。”也许没人注意到这些,但我发现它很有意思。
信号带宽
工程师会问“这个信号需要多少带宽?”通常,这一问题涉及确保信号可以通过一个组件或系统传输、并在信号质量没有降低的情况下传输到另一端。
图1显示了信号通过带宽有限的系统的情况。如图所示,系统有足够的带宽来传递信号且保持不变,这通常是期望的结果。当然,如果信号的频率组成超过系统的带宽,则输出信号质量可能显著降低。
图1:尽管系统带宽有限(低通滤波器),但足够传输信号而不失真。
如果我们谈论的是基本的正弦波形,“带宽是多少?”这一问题的答案可能显而易见:1GHz正弦波需要至少1GHz的系统带宽才能有效传输。如果我们使用-3dB点来描述系统带宽,响应将在该频率下衰减。例如,如果我使用1GHz示波器查看1GHz正弦波,所显示的波形幅度可能是实际值的70%(-3dB),具体取决于示波器带宽的裕量。
数字信号甚至更具挑战性,因为它们包含与波形的快速上升边缘相关的高频成分。Eric Bogatin在《Rule of Thumb #1:Bandwidth of a signal from its rise time》中解释了信号的上升时间与其带宽之间的关系。简单地说:
其中tr是上升时间(10%,90%),f3dB是3dB带宽。
这个等式对于具有单极低通响应的系统(想想“低通RC电路”)来说是精确的,对于许多性能良好的系统来说也是相当接近的。我最近发现了一篇Tektronix的老文章,讨论了垂直放大器响应和上升时间。文章展示了这两个阶跃响应图,一个是理想化的“高斯响应”,另一个是典型的低通RC电路(见图2)。
图2:高斯阶跃响应和低通RC电路阶跃响应。
我发现相关的评论很有意思,因为它们描述了上升时间和过冲(overshoot)之间的设计权衡。(因子K对应于上式中的0.35):
真正的高斯响应解析为tr•bw=0.32。由于几个因素的影响,示波器放大器不能满足真正的高斯响应要求。因此,“高斯”电路基本上是接近高斯的。通过多年研究得出的经验乘积定义了这些“高斯”电路。对于更高的高斯响应,tr•bw=0.35~0.45。较高的乘积表明上升时间缩短。但是,上升时间减少也伴随有过冲发生。0.45的乘积会导致5%的过冲,当tr•bw=0.35时,阶跃响应中的过冲很小(如果有的话)。Tektronix通常将乘积设置在K=0.35,牺牲上升时间以实现最小过冲。
K是品质因数,有时也称为上升时间带宽积(RTBP)。近年来,随着示波器制造商将可用带宽的上限推向新高,有时可以实现仪器响应的更陡滚降,而RTBP也发生了相应的变化。例如,Keysight UXR 110GHz示波器使用0.44的因数来指定10%/90%的上升时间。
回到正弦波
看完这一数字示例后,我一直在思考简单的正弦波。上升时间最适用于阶跃函数或方波,但它也可以应用于正弦波(虽然我承认它有点牵强)。考虑一个幅度为1、峰峰值幅度为2的正弦波(图3)。
图3:在此示例中,正弦波的上升时间是峰峰值幅度的10%到90%之间的时间。
我们来计算波形从负峰值的90%变为正峰值的90%所需的“上升时间”。如图所示,该上升时间为t2–t1。由于波形的对称性,可以看到:
这看起来不是那么有趣。相同的值0.35显示出正弦波频率和上升时间之间的关系。仔细观察会发现它略有不同:单极点情况下是0.356而不是0.350。0.35这一数字似乎有些特别,但还没达到普适常数(例如光速)的水平。
受精卵于子宫内着床成功后,会持续细胞分裂形成胚胎、胎儿,此过程无声无息,但可能有出血、腹部疼痛、疲劳等感觉,特别是着床出血很类似月经,常令女性混淆,该如何判断? 受精卵着床后会有什么感觉? 一般情...
女人想要“以身相许”的话,会给你发一些身体信号。这样的信号,或许不明显。但却最能证明她的心思。这四个信号,你身边的女人有没有发出过?你又错过了几个女人给你的信号? 第一个、对你敞开心扉 就算你...
爆料小哥今天又给大家带来一个微信新技能——注销自己的微信号。上期我们介绍的是教大家如何修改自己的微信号《微信又出新功能,支持修改微信号,这一波乐了不少用户》,这次更狠,不想要可以直接注销了! 具体怎...
你好很兴奋为你解答:微信挚友最多则可添加5000个挚友,个中包罗小我私家挚友+存眷的公家账号+地址的群的挚友数量,这个几多数量足以满意一般人的需求。假如人数高出。 今朝微信伴侣圈加挚友已经做了...
金融领域制度性、系统性全面开放正蓄势待发。近日,央行、外汇局等多个金融监管部门密集发声,释放了加快推动更高水平金融开放的强烈信号。短短半个月内,支付清算市场开放、支持上海率先扩大金融高水平开放等多项开...
21世纪以来,科技的飞速发展,人们的生活越来越智能化。例如以前我们在外购物,都是采用现金进行消费。但是现在出门完全可以不用带现金,不仅可以采用银行卡直接刷卡,还可以利用手机进行支付消费。特别是手机...