前段時間公眾號上發的“叼圖系列”,有同學在問“還有后續嗎?”,當然有,只不過我比較磨嘰。畢竟發原創比較費時間,大部分時間還是要搬磚?,F在子彈飛的時間差不多了,我們來一起來看下問題。
如下圖所示,細心的同學也可以多研究下評論區的留言。留言質量很高的,都不用我講太多,問題基本就解決了。
一道問題
文章開頭圖片中,激勵源VG1是2MHz的方波,經過L1和C1,輸出端VF2的邊沿有明顯的振鈴。問在此電路基礎上,不調激勵源頻率,不調L和C數值,如何抑制振鈴?
這個問題,在現實的問題調試中很常見。我們經常遇到PCB已經做好,板子也貼好,上電測試發現某驅動信號波形很差勁,有明顯振鈴。怎么辦?
①調整電路參數;-->要改BOM,已貼好的板子都要返工改制;
②增加抑制振鈴電路;-->要改PCB,重新打板,浪費時間和錢;
③降頻;-->降低激勵源頻率是常見的SI調試手段,但現實條件未必允許。頻率通常是在設計階段提前規劃好,牽一發則動全身。
這些都不行,怎么辦呢?今天我們就來一起探討一下……
激勵源的頻譜
前面仿真我們用的激勵源是2MHz的方波,上升沿為2ns。我們依然使用TINA-TI進行仿真,選用“示波器”來看激勵源的時域信號,選用“信號分析儀”來看信號的頻譜。仿真結果如下圖所示:
我們再把頻譜的圖片單獨拉出來看下。
可能單看這個圖,可能看不出來什么,不妨我們標記2組數據。
第一組:光標a處是5.82MHz,對應的幅值為-7.53dB;光標b處是58.2MHz,對應的幅值為-27.89dB,兩者相差約20dB。
第二組:光標a處是365MHz,對應的幅值為-56.84dB;光標b處是3.65GHz,對應的幅值為-95.4dB,兩者相差約40dB。
說到這里,有點同學可能想起來一些內容。對了,就是梯形波頻譜的包絡漸近線?,F實中的方波,都不會是理想的方波,會存在一定上升沿和下降沿,即便是ns級,ps級,依然可以看做是梯形波。所以,理解梯形波頻譜的包絡漸近線,具有廣泛的指導意義。
梯形波的頻譜包絡漸近線
梯形波的頻譜包絡由3條漸近線和2個分界點圍城:
①漸近線0dB/10dec:在0~f1范圍內;
②漸近線-20dB/10dec:在f1~f2范圍內;
③漸近線-40dB/10dec:在大于f2的范圍內;
④分界點f1:1/πtw;
⑤分界點f2:1/πtr;
tw為梯形波的脈沖寬度,tr為梯形波的脈沖上升沿時間。
在我們了解梯形波包絡漸近線后,我們可以通過調整tw和tr來調整梯形波的頻譜包絡。
在不改變激勵源頻率的前提下,我們嘗試把上升沿從2ns調整為10ns,再看下
對比tr=2ns和tr=10ns的頻譜包絡,可以粗略看出在高頻段幅值有明顯跌幅。此時我們可以重點關注下分界點f2(1/πtr),定量來分析。
tr=2ns時,可以粗略計算出f2=159MHz。即:當頻率大于159MHz時,頻率分量的幅值才以-40dB/dec的速率減小。
tr=10ns時,可以粗略計算出f2=31.8MHz。即:當頻率大于31.8MHz時,頻率分量的幅值就開始以-40dB/dec的速率減小。
從上圖中,確實可以看出這樣的趨勢。當上升沿從2ns增大到10ns后,頻譜以-40dB/dec速率下降的頻點明顯提前(從159MHz提前到31.8MHz)。
再結合電路分析
前面我們花了大量的篇幅來分析激勵源的頻譜,并對包絡漸近線進行了定量解析,這只是對電路激勵源的分析。我們再結合電路來看。
LC電路的頻率增益曲線,如上圖所示,相信各位同學并不陌生。諧振點的位置在689MHz附近。這個諧振頻率屬于電路的硬件特性,不會隨著激勵源的頻率、上升沿變化而變化。不論激勵源tr是2ns還是10ns,LC電路的諧振頻率和Q值是不變的。
結合上一小節的結論,我們可以知曉:tr從2ns增大到10ns,頻譜開始以-40dB/dec速率衰減的頻點從159MHz提前到31.8MHz。當頻率上升到689MHz附近時,相較于tr=2ns,tr=10ns的激勵源頻譜衰減的更多,幅值更低?;贚C諧振的選頻特性,被選頻放大后的幅值也會比tr=2ns的要小。
如上圖所示,左側為tr=2ns的VF1和VF2,右側為tr=10ns的VF1和VF2??梢钥闯鰐r變緩后,輸出端的振鈴得到了明顯的削弱。
強調:這里的振鈴只是削弱/抑制,并不是消除。因為上面提到所有動作并沒有從根本上改變振蕩系統的工作狀態,系統依舊處于欠阻尼狀態。只是使得進入振蕩系統的激勵源能量減弱而已。
總 結
先聊到這里,梳理下今天討論的內容:
①講述一種實際問題:不能改PCB,不能改電路參數,不能改頻率,又需要抑制振鈴,如何破局?
②以實際仿真波形來解析梯形波頻譜包絡及其漸近線;
③以實際仿真波形對比來解析不同tr對應的梯形波頻譜包絡區別;
④結合電路及仿真來對比不同tr的振鈴抑制情況;
⑤最后“強調”的那一段文字,說出了問題本質,尤其重要。
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原文標題:不降頻,不改PCB,不調電路參數,如何抑制振鈴呢?
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