连载 | 村田静噪小课堂 : 数字信号中的谐波 [IV]

同学们,

《静噪基础课程》本期继续开讲！

上一堂课介绍了

信号上升速度和占空比对谐波的影响

那么，如何很好地控制谐波呢？

第 2 章
    产 生 电 磁 噪 声 的 机 制    

第1章 为什么需要EMI静噪滤波器

第2章 产生电磁噪声的机制

2-1.简介

2-2.噪声源

2-3.数字电路产生的噪声

2-4.数字信号中的谐波

• 2-4-1. 谐波的本质

• 2-4-2. 谐波的复合波形

• 2-4-3. 谐波频率的趋势

• 2-4-4. 信号上升时间的影响

• 2-4-5. 波形占空比对谐波的影响

• 2-4-6. 电压谐波和电流谐波

• 2-4-7. 谐振产生的脉冲波形变化的影响

• 2-4-8. 通过EMI静噪滤波器消除谐波

本节内容将引用的前文图片：

图2-4-6 谐波的包络线

图2-3-14 数字信号转变为噪声的过程

2-4-6. 电压谐波和电流谐波

(1) 比较电压谐波与电流谐波

前面小节叙述的谐波处理方法是以假设电压波形为矩形波为基础的。需要注意的是，即使实际电路的电压波为矩形波，电流波形可能会有所不同。这就意味着，根据噪声是否主要源于电压或电流，噪声发射会呈现出不同的趋势。

图2-4-10显示了在假设一个C-MOS数字电路并设有负载为5pF的电容器时，使用MEFSS计算波形和频谱的结果。电压波形接近理想数字脉冲，谐波频谱值接近图2-4-6所示的包络线的值（其形状因电容负载而稍有不同，在500MHz左右出现极小点）

图2-4-10 电压和电流之间的区别

(2) 电流包括更多谐波成分

与电压不同，电流仅在上升和下降瞬间流动（如上图）。

如图所示，这样的波形的频谱在高达几百MHz的频率范围内具有恒定的电平（取决于上升时间）。因此，如果因电流出现噪声发射，噪声可能是由高频导致的。这样，MEFSS也能计算电流波形的频谱。

在如图2-3-14所示的噪声测量结果中，(b)中500MHz以上几乎没有任何电压频谱，而(c)中的发射噪声频谱显示出了强烈的发射。因此，我们可以看到如此噪声源和发射噪声间的频率分布有一定差异，其原因之一就是此次试验中发射噪声是由电流引起的。（除了本试验之外，也存在电压为噪声发射的起因）。

(3) 电流有一个长钉一样的峰值波形

如果您认为图2-4-10中因为电流波形为细小的长钉形状，那么电流谐波未在高频率范围内衰减的原因是可以理解的。

考虑到图2-4-6中的梯形波，长钉形的波形，就像电流波形，可以被视为占空比非常小时的梯形波模型。对于占空比较小的梯形波的包络线，A点向高频率侧偏移，在很高频率范围内保持恒定的电平。

因此，可以观察到当前波形的谐波持续到很高频率而不会衰减。

请注意，图2-4-6中的梯形波模型不同于当前波形，因为当前波形的长钉指向上方和下方。因此，当移动A点时，占空比较小的梯形波模型具有更强的谐波。但是，这一趋势在当前波形中比较弱。

√ 根据噪声是否主要源于电压或电流，噪声发射会呈现出不同的趋势。

下课！

下节课，记得相约在静噪基础小课堂哟~