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电磁兼容测试技术之脉冲信号的频谱分析

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脉冲电路的应用才导致了日益严重的电磁兼容问题。这是由于脉冲信号具有丰富的谐波,因此对应很宽的频谱。用傅立叶级数(对周期脉冲信号)或傅立叶变换(对非周期信号)可以求出脉冲信号的频谱。
 
 
电磁兼容分析中的化简:在分析电磁兼容问题时,有两个特殊条件可以利用,使问题简化。一个是通常不考虑相位,仅考虑频谱的幅度;另一个是,通常考虑最坏情况。因此,在分析中,常将频谱用最大幅度的包络线来表示。
 
周期性脉冲信号的频谱包络:图中所示的是周期性脉冲信号的频谱包络线。周期信号对应的频谱是离散谱,每根谱线的距离是脉冲重复频率的整倍数。这个包络线上有两个拐点,一个在1/pd处,另一个在1/ptr处。在1/pd以下,包络线幅度保持不变,在1/pd至1/ptr之间,幅度以20dB/dec的速率下降,在1/ptr以上,以40dB/dec下降。1/ptr的频率称为脉冲信号的带宽。脉冲信号的上升时间越短,则信号的频带越宽。
 
非周期的脉冲信号的频谱:由于非周期性脉冲信号的频谱是连续谱,因此用频谱强度来表示。频谱强度以一定频带内的信号强度来计量,例如对于电压:单位为dBV/MHz,对于电流,单位为dBA/MHz。对于特定脉冲信号,频谱强度为:
f  < 1/pd V = 6 + 20lg AT  (dBV/MHz)
1/pd  < f  < 1/ptr V = 20lg A - 4 -  20lg f      (dBV/MHz)
 f  > 1/ptr              V = -14 + 20lg A -  20lg tr -  40lg f (dBV/MHz)
式中:脉宽d 、周期T和上升时间tr的单位为ms,f 的单位为MHz。
如果不将结果归一化到1MHz,则加上所考虑的带宽B构成的修正因子即可:20lgB,B的单位为MHz。
 
说明:周期信号是电磁干扰发射的主要因素,因此设计中要特别注意时钟信号、振荡器等产生的干扰。

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