定量分析占空比调整1‰和1％对方波频谱的影响
大家好，我是硬件微讲堂。这是我第115篇原创文章。为避免错过干货知识，欢迎关注公众号回答问题加入免费技术交流群，抱团取暖，共同进步！最近在搞一个新板子，在用近场探头扫频时发现，总是探测到时钟信号的偶次倍频出现，如上图光标中的2和4。于是，针对周期信号的频谱做了一些分析，有点发现，和大家聊一下。今天要聊的话题和之前发过的一篇原创《周期和非周期信号，谁对电磁干扰的贡献更大？》有关。在该文章中，我们通过仿真的方式得出如下结论：①当周期信号(方波)的占空比=50%时，幅频曲线中的偶次谐波分量均为0；②当周期信号(方波)的占空比≠50%时，幅频曲线中会同时存在奇次和偶次谐波分量。我们在此结论的基础上再深挖一下，不能只是定性分析，我们要定量分析！一道问题照例，先抛出一道问题：周期信号(方波)占空比50%和占空比49.9%，频谱差多少？或者说偶次谐波能量差多少？根据前面文章的结论，周期信号占空比50%没有偶次谐波，而占空比为49.9%，从直观上看，只是0.1%（千分之一）的偏差，应该不会有大的偏差。为了更直观的分析，我们搭建环境测试下。实践出真知信号源：100kHz方波，幅值-10dBm，占空比可调示波器：观察时域波形；频谱仪：观察频域波形；①100kHz方波-50%，时域和频谱波形如下：②100kHz方波-49.9%，时域和频谱波形如下：我们将频域波形放在一起对比，如下图：可以看出，在左图中只有100kHz/300kHz等奇次谐波，200kHz/400Khz等偶次谐波均为0；而在右图中，光标显示的奇次谐波幅值无明显差异，但下面多了一连串偶次谐波，比之前的底噪增大20~30dBm。20~30dBm，什么概念？20dBm=0.1W；30dBm等于1000mW，即1W。③100kHz方波-49.5%(下左)和49%(下右)，频谱波形如下：我们将占空比进一步往下调整，发现调到49%时，后面的奇次谐波和偶次谐波的幅值差距明显减小，相差很小。也即是说，如果恰好存在等效天线，此时偶次谐波的辐射已经不能忽略，因为它已经达到和奇次谐波相当的辐射量级。④100kHz方波-40%(下左)和30%(下右)，频谱波形如下：我们将占空比进一步往下调整，发现调到40%时，部分的谐波没有了，比如5次(500kHz)、10次(1MHz)和15次(1.5MHz)。在占空比调到30%时，也有类似情况。具体什么原因，小编也不清楚。小编怀疑是和下图中包络线的有关，但没有能力去证实。欢迎评论区留言探讨。总结通过今天的实验可以看出：尽管周期信号(方波)的占空比仅仅是从50%挪动一点点（1‰），偶次谐波的分量会“噌噌噌”地往上飙升，增加20~30dBm；如果挪动1%，那基本上偶次谐波的分量能和奇次谐波分量相当。在实际的电路设计中，芯片输出的周期信号占空比未必都能稳定在50%，多少可能会存在一些偏差。所以在EMC测试中，不要想当然以为占空比50%就一定没有偶次谐波。实际情况是，奇次和偶次谐波通常都会有存在，不要惊讶，不要奇怪！（注：上述分析是基于当前实验条件得出，请辩证分析，不能以偏概全。）怎么样？一个简短的问题，给出的回答可浅可深，就看你对这个知识点的理解达到怎样的程度。你学废了么？来源：硬件微讲堂
