信号带宽与上升沿的关系

前面我发过一篇文章,探讨的是带宽和上升时间的系数0.35是怎么来的?

Part1

$$ \displaystyle BW = \frac{0.35}{Tr} $$

虽然我们找到了这个系数关系,确实是在0.35~0.4之间。其实当时我留有疑问,我发现随着方波分解的次数变多(几万次),最高频率fmax也在增加,上升时间Tr也在加快,但是“0.35”这个系数不稳了。

信号带宽与上升沿

Part 02

我们复盘一下当时的做法:

首先,用傅里叶级数(FS)分解方波,

傅里叶级数分解方波

然后,逐渐增大谐波次数,获得最高次谐波的频率fmax,找出此时合成方波边沿10-90%的上升时间Tr,

求合成方波的上升时间Tr

最后,对这些谐波fmax和对应合成波的Tr做乘积,找出他们的系数关系。

Fmax=Factor

很漂亮的值!趋于0.35。但是当我逐渐继续提高分解的次数,fmax变大,Tr变小,它们的乘积,不再是“0.35”。

信号带宽与上升沿

感觉它在发散,而且那个“锯齿波”,像极了S参数里的相位逐渐递增,强迫纠正到主值区间的图。

所以那篇文章我用委婉的语气用了一个“大概”,

所以这个0.35大概就是通过分解方波信号,通过FS求得子信号的最高频率和此时信号的上升沿,去拟合出来的一个值。

Part 03

本来这个问题当时就不打算研究了,我甚至一度怀疑自己的做法错了,伯格丁的书,也只是用语言描述了这种经验公式的由来。

直到昨天后台有个同学问我要了下源码,我重新review了下流程,观察数据后,找到了问题,matlab代码上设置的采样率不够,随着分解次数,信号频率fmax增大,边沿Tr加快后,matlab判断的时候稳态值>0.1和>0.9,两个t重合,获取不到Tr。

提高Fs采样率后,问题得以解释清楚,虽然还有一点发散,但是不影响,10G以内,公式正确!

我们最后看一下波图,

采样率低:

信号带宽与上升沿

提高采样率:

信号带宽与上升沿

这个0.38很漂亮,用一张索雷博的公式漫画:

Thorlabs

Part 04

随着方波分解次数提高,信号边沿几乎垂直,如果还是想要观察边沿的细节,这时对采样率提出了极高的要求,code里面观察10G的信号,我的采样率已经设置到了2000G。