EMC基礎：頻譜基礎

上一篇以“何謂EMC”為題對EMC的基礎–EMC相關的術語意義進行了解說。本文將介紹“頻譜基礎”。

作為基礎內(nèi)容，先簡單介紹一下“何謂頻譜？”。根據(jù)日文版“大英百科全書 小項目版（支持電子版）”的解釋，“將電磁波分解為正弦波分量，并按波長順序排列的波譜”，將該釋義擴展開來就是“將具有復雜組成的東西分解為單純成分，并把這些成分按其特征量的大小依序排列（部分省略）”。雖然所引用的解釋比較簡短，不過再次仔細思考就會覺得“的確如此”。

這里介紹的頻譜是指電氣信號的頻譜。具體來說，是基于通稱“頻譜分析儀/Spectrum Analyzer”的頻譜分析儀器的數(shù)據(jù)（橫軸作為頻率，縱軸作為功率或電壓）進行介紹。

頻譜基礎

本文的主題是“開關電源的EMC”，因此電氣信號是以開關信號為前提的。首先來看下面的原理示意圖。在表示開關信號的脈沖波形中，包括tw（脈沖寬度）和ts（上升/下降時間）。

中間的圖是基于傅里葉變換的理論上的脈沖波形頻譜。這是“振幅隨著頻率的升高而衰減，衰減斜率隨著tw和ts而變化”的常見頻譜。

右圖表示脈沖的ts延遲后的頻譜變化。斜率變?yōu)?40dB/dec時的1/πts頻率降低是理所當然的，最終結果是其后的振幅減少。簡而言之就是“當ts延遲時頻譜的振幅衰減”。

接下來將使用實際的頻譜分析儀數(shù)據(jù)來看頻率等其他參數(shù)變化時的頻譜變化。這里的關鍵點是“對于信號波形的變化，頻譜將以怎樣的趨勢變化”。這是用來通過實際的開關電源電路的開關相關的頻譜來分析并解決EMC問題所必須的知識。

波形變化與頻譜變化

前面給出的圖是用來比較的默認條件下的數(shù)據(jù)。下面波形圖中的條件是：振幅10V，頻率400kHz，Duty（占空比）50%，tr/tf（上升時間/下降時間）10ns。

中間的圖表示n次諧波和振幅（V）的關系。1倍的頻率＝基波，也就是說400kHz的分量最大，以奇數(shù)倍的頻率形成頻譜。

諧波僅為奇數(shù)次是Duty為50%＝1：1的頻譜特征。各分量的大小為基波分量的1/次數(shù)，例如3次諧波分量為1/3，n次諧波分量為1/n。

右圖是振幅為dBμV的對數(shù)曲線圖。順便提一下，dBμV是基于以1μV電壓為基準的電壓比的dB值。

①將頻率變更為2MHz時的頻譜。從頻率－振幅（dBμV）關系圖可以明確看出，當頻率增加時振幅整體增加。

②tr和tf同時延遲為100ns時的頻譜。結果如原理示意圖所示，進入-40dB/dec衰減時的頻率降低，頻譜的振幅衰減。

③將Duty50%變?yōu)?0%時的頻譜。由于Duty不是1:1，因此會產(chǎn)生偶次諧波，但峰值基本上沒變化。隨著脈沖寬度tw變窄，基波頻譜的振幅衰減。

④僅tr（上升時間）延遲時的頻普。tr相關的分量因tr延遲而從更低的頻率開始衰減。

下面匯總了每種情況的結果?？偠灾旑l率較低且上升/下降較慢時，頻譜會衰減。從EMC的角度來看，也就是頻譜的振幅較低時更有利。

另外，這里的“頻譜”是指英語的“Spectrum”。雖然這并非本文主題，但稍微介紹一下僅作為了解。

下次計劃介紹“差模噪聲與共模噪聲”。