【導(dǎo)讀】諧波是數(shù)字電路產(chǎn)生的一種噪聲源。如果能夠很好地控制諧波，便能有效抑制數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲。本章節(jié)將講述數(shù)字信號(hào)所包括諧波的基本性質(zhì)。
諧波的本質(zhì)（就噪聲而言）
(1) 數(shù)字信號(hào)是由諧波組成的
通常而言，具有恒定循環(huán)周期的所有波形都可以分解為包括循環(huán)頻率和諧波的基波，其中諧波的頻率為循環(huán)頻率的整數(shù)倍?；ǖ谋稊?shù)稱為諧波次數(shù)。
在精確重復(fù)波的情況下，除此之外沒(méi)有任何其它頻率成分。數(shù)字信號(hào)有很多循環(huán)波形。因此，在測(cè)量頻率分布（稱為“頻譜”）時(shí)，可以精確分解為諧波，顯示出離散分布的頻譜。
(2) 測(cè)量時(shí)鐘脈沖信號(hào)的諧波
圖1顯示了頻譜分析儀測(cè)量的33MHz時(shí)鐘脈沖信號(hào)諧波的示例。像針一樣向上突起的部分為諧波，其出現(xiàn)的間隔正好為33MHz。可以發(fā)現(xiàn)奇次諧波和偶次諧波的趨勢(shì)不一樣。最下面部分約為40dB或更低，指示頻譜分析儀的背景噪聲。
圖1 諧波的本質(zhì)
(3) 如何從噪聲頻率中找出噪聲源
上面提及的諧波性質(zhì)有助于根據(jù)噪聲頻率找出噪聲源。通過(guò)測(cè)量噪聲頻譜間隔，可以類(lèi)比推導(dǎo)出造成噪聲的信號(hào)循環(huán)頻率。例如，我們?cè)陔娮釉O(shè)備中觀察到了 如圖2所示的噪聲。出現(xiàn)強(qiáng)烈噪聲的頻率的間隔似乎是33MHz。因此，可以認(rèn)為噪聲是與33MHz時(shí)鐘同步運(yùn)行的電路造成的。
即使此電子設(shè)備當(dāng)前使用的電路具有非常接近的循環(huán)頻率，如33.3MHz或34MHz，如果可以精確測(cè)量噪聲頻率和間隔，就可分離出這樣的頻率。例如，如 果在圖2中330MHz處存在噪聲，則可以假設(shè)噪聲是由33.0MHz的電路而不是33.3MHz的電路所造成的。這是因?yàn)?3.3MHz或 34MHz信號(hào)都不包括330MHz諧波。
(4) 只包括整數(shù)倍頻率
此外，循環(huán)波形并不包括低于基頻的任何頻率成分。例如，100MHz信號(hào)絕不會(huì)產(chǎn)生20MHz、50MHz或90MHz的噪聲。如果出現(xiàn)此種頻率，則噪聲是由分頻信號(hào)而不是源信號(hào)所導(dǎo)致的。數(shù)字電路通常與時(shí)鐘脈沖信號(hào)同步運(yùn)行，而且很多數(shù)字電路的運(yùn)行頻率為時(shí)鐘脈沖信號(hào)的1/N（稱為“分頻”）。在這種情況下，諧波是分頻信號(hào)頻率的整數(shù)倍。 但是，如果兩個(gè)或更多電路以經(jīng)過(guò)分頻的相同時(shí)鐘脈沖信號(hào)運(yùn)行，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的諧波會(huì)與分頻信號(hào)的諧波相互重疊，導(dǎo)致難以對(duì)其進(jìn)行區(qū)分。
圖2 明確顯示諧波的噪聲測(cè)量結(jié)果的示例
[page]諧波的復(fù)合波形
(1) 與正弦波疊加接近數(shù)字波形
數(shù)字信號(hào)波形及其包括的諧波是如何相互關(guān)聯(lián)的？圖3顯示了將低次諧波與基波相加時(shí)波形的變化?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著加上各個(gè)諧波，原基波的正弦波形越來(lái)越接近矩形波。
(2) 高次諧波對(duì)波形的影響小
相反，當(dāng)從理想的矩形波減去高次諧波時(shí)，波形越來(lái)越接近正弦波。但是，變化很小。例如，圖4顯示了從疊加到第17次諧波上的波形中依次減去最高諧波后的波形。
(3) 占空50%的波形具有很強(qiáng)的奇次諧波
當(dāng)形成占空比為50%的波形時(shí)，僅疊加奇次諧波。如果形成的波形不具有50%的占空比，也需要章節(jié)5所述的偶次諧波。此處的占空比指的是一個(gè)循環(huán)中信號(hào)電平“高”的比例。在現(xiàn)實(shí)世界的波形中，占空比不可能正好為50%。所以，偶次諧波也包括在內(nèi)了，如圖1所示。
圖3 諧波和信號(hào)波形(1): 加上低次諧波
圖4 諧波和信號(hào)波形(2): 減去高次諧波
(4) 通過(guò)減去高次諧波降低噪聲
前已述及，數(shù)字信號(hào)諧波中相對(duì)較低的頻率（低次）成分對(duì)保持信號(hào)波形很重要，而較高的頻率（高次）成分則不太重要。
但是，如章節(jié)2-3-6“信號(hào)中的諧波”所述，高次諧波具有更高的頻率，因而具有容易發(fā)射和造成噪聲的性質(zhì)。因此，通過(guò)在不對(duì)信號(hào)波形造成任何問(wèn)題的范圍 內(nèi)消除高次諧波來(lái)抑制噪聲。通常最多保留第3倍到第7倍的諧波，并消除比這大的所有諧波。圖5顯示了使用低通濾波器消除諧波時(shí)波形和噪聲的測(cè)量結(jié) 果。去除諧波之后，數(shù)字信號(hào)的波形具有這樣的圓角而不是合適的方角。
(5) 通過(guò)信號(hào)EMI靜噪濾波器消除諧波
信號(hào)EMI靜噪濾波器正是用于此目的的濾波器。在圖5中，20MHz信號(hào)使用了截止頻率為150MHz的EMI靜噪濾波器。因此，圖(b)中的波形最多包括7次諧波(140MHz)。EMI靜噪濾波器將在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)一步講述。
圖5 已通過(guò)EMI靜噪濾波器消除諧波的信號(hào)波形和噪聲的示例
[page]諧波頻率的趨勢(shì)
(1) 梯形波諧波的性質(zhì)
我們來(lái)看下數(shù)字信號(hào)中所包括諧波電平的趨勢(shì)。如果數(shù)字信號(hào)的電壓波形有一個(gè)如圖6所示的完美梯形波，可以發(fā)現(xiàn)幾個(gè)趨勢(shì)。
圖6(b)顯示了梯形波所包括諧波的包絡(luò)線。如圖所示，如果在對(duì)數(shù)軸上描出頻率，諧波的包絡(luò)線組成一個(gè)簡(jiǎn)單的折線，具有(A,B)兩處拐點(diǎn)。[參考文獻(xiàn) 2]
A是信號(hào)脈沖寬度tp決定的頻點(diǎn)。脈沖寬度越窄，A就會(huì)越朝向較高頻率側(cè)偏移。 B是信號(hào)升（降）時(shí)間tr決定的頻點(diǎn)。此時(shí)間段越短，B就會(huì)越朝向較高頻率側(cè)偏移。（為簡(jiǎn)化趨勢(shì)，假設(shè)上升和下降時(shí)間一致）
(2) 控制諧波電平
諧波的包絡(luò)線在DC到A點(diǎn)之間（區(qū)域a），具有恒定的電平，但在A點(diǎn)至B點(diǎn)之間（區(qū)域b）卻以20dB/dec（每十倍頻率為20dB）的頻率速率 下降，然后在B點(diǎn)到較高頻率側(cè)（區(qū)域c）以40dB/dec的速率急劇下降。因此，從抑制噪聲的視點(diǎn)出發(fā)，需要將A點(diǎn)和B點(diǎn)向較低頻率側(cè)移動(dòng)。
請(qǐng)參見(jiàn)參考資料[參考文獻(xiàn) 2]，其闡釋了表現(xiàn)這一趨勢(shì)的理論公式。
圖6 諧波的包絡(luò)線
(3) 對(duì)比理論曲線與實(shí)際測(cè)量結(jié)果
上述頻率特性僅表明了一般趨勢(shì)。各個(gè)諧波電平可能受占空循環(huán)等因素的影響，而且可能略小于包絡(luò)線（個(gè)別諧波可能非常?。?。
圖7提供了一個(gè)對(duì)比圖6與實(shí)際測(cè)量結(jié)果的示例。圖7 (a)顯示了占空比為50%的情況，而(b)顯示了占空比為20%的情況。
示波器測(cè)量的電壓波形顯示在圖片的左側(cè)，而頻譜分析儀測(cè)量的頻譜顯示在中間。觀察到了如圖1指示的諧波。在圖7(b)中占空比為20%的情況下，可以發(fā)現(xiàn)偶次諧波的電平幾乎等于奇次諧波的電平。
在圖片的右側(cè)，中間頻譜的頻率軸被轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)軸，以便與圖6中的包絡(luò)線進(jìn)行比較。方便您參考，紅色線表示理論包絡(luò)線。可以說(shuō)，圖6的包絡(luò) 線充分符合頻率范圍低于100MHz的實(shí)際測(cè)量結(jié)果。在200MHz以上的更高頻率范圍內(nèi)，實(shí)際測(cè)量值小于理論值。這是因?yàn)樵囼?yàn)中使用的信號(hào)發(fā)生器因其頻 率生成的上限而無(wú)法輸出精確的梯形波。
圖7 諧波包絡(luò)線實(shí)際測(cè)量結(jié)果示例
(4) 設(shè)計(jì)噪聲更小的電子設(shè)備
以下趨勢(shì)是從圖6(b)所示的包絡(luò)線形狀推導(dǎo)出來(lái)的。
(i)信號(hào)的循環(huán)頻率越大，脈沖寬度就越窄。因此，A點(diǎn)向較高頻率側(cè)偏移，產(chǎn)生更多噪聲。
(ii)隨著上升時(shí)間變短，信號(hào)速度變快，B點(diǎn)朝較高頻率側(cè)偏移，產(chǎn)生更多噪聲。
要設(shè)計(jì)噪聲更少的電路，應(yīng)避免這些情況并使A點(diǎn)和B點(diǎn)向低頻側(cè)偏移是比較有利的。如果無(wú)法在設(shè)計(jì)中避免上述情況，但信號(hào)線附帶了安裝EMI靜噪濾波器的墊子，就更容易抑制噪聲了。
當(dāng)觀察實(shí)際數(shù)字信號(hào)的諧波時(shí)，難以注意到區(qū)域a。這是因?yàn)楹芏鄶?shù)字信號(hào)都具有接近50%的占空比，使A點(diǎn)靠近基頻的較低頻率側(cè)。[page]
信號(hào)上升時(shí)間的影響
(1) 改變10MHz時(shí)鐘脈沖信號(hào)的上升時(shí)間
圖6顯示了減緩波形上升速度會(huì)使B點(diǎn)朝較低頻率側(cè)移動(dòng)，從而抑制諧波電平。圖8提供了通過(guò)計(jì)算確認(rèn)這個(gè)趨勢(shì)的示例。
此處的諧波是以10MHz循環(huán)頻率、50%占空比和1V電壓大小為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的。圖片左側(cè)顯示了假設(shè)的信號(hào)波形，中間顯示了諧波頻譜的計(jì)算結(jié)果。就像圖 7一樣，右圖顯示了將頻率軸轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)軸的結(jié)果。右圖以點(diǎn)的形式顯示了每個(gè)頻譜，并疊加了圖7所示的包絡(luò)線。假設(shè)使用頻譜分析儀測(cè)量頻譜 電平，并使用有效值進(jìn)行計(jì)算。下列所有數(shù)據(jù)也同樣如此。
(2) B點(diǎn)出現(xiàn)在30MHz處（上升時(shí)間為10ns）
圖8(a)顯示了快速上升的情況(tr =0.1ns)，而(b)顯示了緩慢上升的情況(tr =10ns)。根據(jù)圖6中的公式計(jì)算出來(lái)的包絡(luò)線B點(diǎn)在條件(a)下大約為3GHz，其明顯偏離了圖表的顯示范圍（最大1GHz）。在條件(b)下B點(diǎn)大約為30MHz。 圖8(a)的計(jì)算結(jié)果表明，諧波頻譜僅僅是以20dB/dec的速率下降。此外，已經(jīng)確認(rèn)在圖表的顯示范圍內(nèi)（最大1GHz）無(wú)法看到B點(diǎn)。
相反，圖6(b)的計(jì)算結(jié)果表明，諧波在30MHz以上的頻率范圍內(nèi)以40dB/dec的速率急劇下降。此處附近可能存在一個(gè)拐點(diǎn)，即B點(diǎn)。
(3) 在500MHz時(shí)下降20dB或更多
相互對(duì)比中間的頻譜，除了較低頻率側(cè)非常小的范圍外，其它頻率范圍內(nèi)信號(hào)上升較慢的(b)的諧波電平變小。在500MHz處相差高達(dá)20dB以上。
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，減緩信號(hào)上升速度對(duì)抑制諧波很有效。要建立噪聲更少的電路，一個(gè)有效的方法是在不妨礙電路運(yùn)作的范圍內(nèi)，選擇速度盡可能慢的IC。也可配備信號(hào)用EMI靜噪濾波器。
對(duì)于圖8中諧波的計(jì)算，使用了村田制作所的EMIFIL®選擇輔助工具“MEFSS”。為獲得理想的波形，測(cè)量條件設(shè)定為50Ω。
圖8 上升速度改變時(shí)諧波的變化（計(jì)算值）
[page]波形占空比對(duì)諧波的影響
(1) 改變10MHz時(shí)鐘脈沖信號(hào)的占空比
時(shí)鐘脈沖信號(hào)是容易產(chǎn)生噪聲的一種典型數(shù)字信號(hào)。時(shí)鐘脈沖信號(hào)通常具有占空比約為50%的波形。如前所述，如果占空比接近50%，信號(hào)會(huì)包括很強(qiáng)的 奇次諧波，而偶次諧波比較弱。偶次諧波的電平可能隨著占空比發(fā)生顯著變化。（在諧波次數(shù)很高的高頻范圍內(nèi)，奇次諧波的變化也非常大。）圖9提供了 通過(guò)計(jì)算確認(rèn)這個(gè)趨勢(shì)的示例。
(2) 諧波分為奇次組和偶次組
此圖對(duì)比了根據(jù)圖8(a)所示理想快速上升數(shù)字信號(hào)將占空比從50%（a）逐漸變?yōu)?9.9%（b）然后變?yōu)?9%（c）的諧波。這些計(jì)算結(jié)果表明，偶次諧波和奇次諧波分別沿著綠色線和黃色線分布，指示偶次和奇次之間存在不同的趨勢(shì)。
在圖9(a)（占空比為50%）中，奇次諧波沿著圖6所示的包絡(luò)線分布，但沒(méi)有觀察到偶次諧波。
(3) 1%的占空比變化可能導(dǎo)致10dB的差別
相反，圖9(b)（占空比為49.9%）中顯示了偶次諧波，盡管其電平仍然很低。圖9(c)（占空比變?yōu)?9%）顯示偶次諧波電平 升高，甚至比特定頻率范圍內(nèi)的奇次頻率還高。觀察1GHz以上的較高頻率范圍時(shí)，或者計(jì)算占空比顯著偏離50%的情形時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)趨勢(shì): 偶次和奇次諧波電平大小呈周期性切換。請(qǐng)使用MEFSS核實(shí)這一趨勢(shì)。
如上所述，即使是示波器難以辨識(shí)的1%占空比變化，也會(huì)導(dǎo)致偶次諧波和高次諧波的電平產(chǎn)生幾十dB噪聲的變化。頻譜的一般形狀沒(méi)有太大的變化，仍與圖 5所示的包絡(luò)線一致。但是，單獨(dú)觀察各個(gè)頻譜時(shí)，影響顯得很重大。需要注意這種差別，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致對(duì)噪聲測(cè)量的再現(xiàn)性產(chǎn)生非常大的影響。
至于如何確定是否符合噪聲規(guī)定，即使只有一個(gè)頻譜超過(guò)了規(guī)定范圍，也要視為不符合規(guī)定。如果這樣的重要變化成分接近于限值，需要仔細(xì)地測(cè)量。
圖9 占空比改變時(shí)諧波的變化
電壓諧波和電流諧波
(1) 比較電壓諧波與電流諧波
上述諧波處理方法是以假設(shè)電壓波形為矩形波為基礎(chǔ)的。需要注意的是，即使實(shí)際電路的電壓波為矩形波，電流波形可能會(huì)有所不同。這就意味著，根據(jù)噪聲是否主要源于電壓或電流，噪聲發(fā)射會(huì)呈現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。
圖10顯示了在假設(shè)一個(gè)C-MOS數(shù)字電路并設(shè)有負(fù)載為5pF的電容器時(shí)，使用MEFSS計(jì)算波形和頻譜的結(jié)果。電壓波形接近理想數(shù)字脈沖，諧波頻譜值接近圖6所示的包絡(luò)線的值（其形狀因電容負(fù)載而稍有不同，在500MHz左右出現(xiàn)極小點(diǎn)）。[page]
(2) 電流包括更多諧波成分
與電壓不同，電流僅在上升和下降瞬間流動(dòng)，如圖所示。如圖所示，這樣的波形的頻譜在高達(dá)幾百M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)具有恒定的電平（取決于上升時(shí)間）。因此，如果因電流出現(xiàn)噪聲發(fā)射，噪聲可能是由高頻導(dǎo)致的。這樣，MEFSS也能計(jì)算電流波形的頻譜。
在如圖2-3-14所示的噪聲測(cè)量結(jié)果中，(b)中500MHz以上幾乎沒(méi)有任何電壓頻譜，而(c)中的發(fā)射噪聲頻譜顯示出了強(qiáng)烈的發(fā)射。因此，我們可以 看到如此噪聲源和發(fā)射噪聲間的頻率分布有一定差異，其原因之一就是此次試驗(yàn)中發(fā)射噪聲是由電流引起的。（除了本試驗(yàn)之外，也存在電壓為噪聲發(fā)射的起因）
圖10 電壓和電流之間的區(qū)別
(3) 電流有一個(gè)長(zhǎng)釘一樣的峰值波形
如果您認(rèn)為圖10中因?yàn)殡娏鞑ㄐ螢榧?xì)小的長(zhǎng)釘形狀，那么電流諧波未在高頻率范圍內(nèi)衰減的原因是可以理解的。考慮到圖6中的梯形波， 長(zhǎng)釘形的波形，就像電流波形，可以被視為占空比非常小時(shí)的梯形波模型。對(duì)于占空比較小的梯形波的包絡(luò)線，A點(diǎn)向高頻率側(cè)偏移，在很高頻率范圍內(nèi)保持恒定的 電平。因此，可以觀察到當(dāng)前波形的諧波持續(xù)到很高頻率而不會(huì)衰減。請(qǐng)注意，圖6中的梯形波模型不同于當(dāng)前波形，因?yàn)楫?dāng)前波形的長(zhǎng)釘指向上方和下方。因此，當(dāng)移動(dòng)A點(diǎn)時(shí)，占空比較小的梯形波模型具有更強(qiáng)的諧波。但是，這一趨勢(shì)在當(dāng)前波形中比較弱。[page]
諧振產(chǎn)生的脈沖波形變化的影響
(1) 諧振導(dǎo)致脈沖波形失真
由于上述闡釋假設(shè)數(shù)字信號(hào)脈沖波形是理想的矩形波，如果波形因電路狀況而偏離了矩形波，則需要進(jìn)行修正。脈沖波形失真的其中一個(gè)原因在于驅(qū)動(dòng)器IC、接收器IC和線路的諧振。本章節(jié)講述諧振導(dǎo)致波形失真時(shí)頻譜的變化。
如果忽略線路的影響，C-MOS數(shù)字電路可以視為如圖10模型圖所示的非常簡(jiǎn)單的電路，用于在模擬中獲得理想的脈沖波形。
(2) 因線路長(zhǎng)振鈴導(dǎo)致噪聲增加的示例
如果將線路的影響加入此電路，波形會(huì)是什么樣的？計(jì)算結(jié)果如圖10所示。圖11對(duì)比了有線路電路和無(wú)線路電路的波形，其中假設(shè)線路 長(zhǎng)達(dá)20 cm，以使波形變得明顯。如果有線路，信號(hào)波形出現(xiàn)很大的振鈴。相應(yīng)地，會(huì)發(fā)現(xiàn)在約150MHz處諧波出現(xiàn)顯著上升的趨勢(shì)。（為了觀察振鈴，在比圖 10更寬的范圍內(nèi)測(cè)量了電壓）
圖11 線路的影響導(dǎo)致振鈴
(3) 通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)振鈴
在實(shí)際數(shù)字電路中經(jīng)?？吹竭@樣的振鈴。圖12顯示了一個(gè)測(cè)量結(jié)果示例，其中連接了一根20 cm的導(dǎo)線。盡管不如圖11中模擬結(jié)果那么強(qiáng)烈，振鈴還在以相似循環(huán)出現(xiàn)，顯示出在150MHz左右諧波顯著增加的趨勢(shì)。因此，如果數(shù)字電路連接 了一根更長(zhǎng)的信號(hào)線，信號(hào)波形更可能遭受振鈴影響。在這種情況下，振鈴頻率可能導(dǎo)致更高的諧波電位，進(jìn)而造成噪聲問(wèn)題。
圖12中測(cè)量結(jié)果的振鈴相對(duì)而言小于圖11中測(cè)量結(jié)果的振鈴。這是因?yàn)閷?shí)際電路在IC和線路中多少有些損耗，造成了短時(shí)間的衰減。電壓也更低，低于圖12中的3 V。此外，測(cè)量時(shí)使用頻帶2.5GHz的FET探針作為電壓探針，其電壓比為10:1。因此，圖12所示的頻譜值為20dB，低于實(shí)際值。
圖12 觀察示例（測(cè)量的振鈴）
(4) 線路中的電感導(dǎo)致諧振，進(jìn)而形成振鈴
圖11所示的振鈴是因線路電感在信號(hào)電路內(nèi)形成的諧振電路的結(jié)果。圖13(a)為模型圖。
在圖13(a)中記錄了線路中微小的電感和靜電容量。通過(guò)這種方式可以了解到信號(hào)電路中創(chuàng)建了一個(gè)RLC串聯(lián)諧振電路。
當(dāng)放大圖11信號(hào)上升部分中產(chǎn)生的振鈴時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)循環(huán)周期約為7ns的阻尼震蕩波形，如圖13(b)所示。7ns的循環(huán)周期等同于143MHz頻率，幾乎與圖11中觀察到的上升諧波的頻率（150MHz）一致。[page]
(5) 線路中有多少電感？
根據(jù)傳輸理論指示的單位長(zhǎng)度參數(shù)，圖11中所假定20 cm導(dǎo)線的電感和靜電容量的計(jì)算結(jié)果分別為約140nH和10pF。如果將這些值應(yīng)用于圖13(a)中的RLC串聯(lián)諧振電路，諧振頻率估計(jì)為 110MHz左右。盡管這個(gè)結(jié)果比圖11中觀察到的150MHz小30%，但還是基本一致，因此圖13(a)中的簡(jiǎn)化模型與理解振鈴機(jī)制 有關(guān)。
如果需要更精確地估計(jì)諧振頻率，需要將線路作為傳輸線而不是使用電感和靜電容量等集中參數(shù)。（請(qǐng)參考技術(shù)文檔，查閱如何計(jì)算線路的單位長(zhǎng)度參數(shù)及如何將線路作為傳輸線[參考文獻(xiàn) 5,6,7]）
圖13 振鈴的起因
(6) 通過(guò)鐵氧體磁珠吸收振鈴
通常，為了抑制諧振，要使用阻尼電阻器。如果想同時(shí)減少噪聲，則有效的方法是使用鐵氧體磁珠替代阻尼電阻器。圖14顯示了在之前模型中使用鐵氧體磁珠的計(jì)算結(jié)果。此外，圖15顯示了在圖12中使用的測(cè)試電路中使用鐵氧體磁珠的計(jì)算結(jié)果。
由于圖14和圖15中連接了鐵氧體磁珠，振鈴已經(jīng)被消除了，150MHz左右的諧波升高也消失了，且同時(shí)也降低了500MHz以下整個(gè)頻 率范圍中的諧波電平。通過(guò)這種方式，鐵氧體磁珠能夠有效抑制諧振和不需要的諧波。鐵氧體磁珠已經(jīng)廣泛用于消除數(shù)字信號(hào)諧波造成的噪聲。
圖14 通過(guò)鐵氧體磁珠抑制振鈴（計(jì)算結(jié)果）
[page]通過(guò)EMI靜噪濾波器消除諧波
(1) EMI靜噪濾波器消除能夠?qū)е略肼暤闹C波
使用EMI靜噪濾波器（如鐵氧體磁珠等）可以徹底消除數(shù)字電路中不需要的諧波，從而抑制來(lái)自諧波的噪聲。EMI靜噪濾波器及其使用方法將在單獨(dú)的章節(jié)中進(jìn)一步講述；本章僅提供一個(gè)關(guān)于其作用的示例。
盡管可以通過(guò)使用慢速I(mǎi)C（如前所述）或者電阻器等通用部件減緩上升時(shí)間，進(jìn)而在一定程度上實(shí)現(xiàn)抑制諧波，但使用EMI靜噪濾波器能過(guò)獲得更多效果。即使信號(hào)波形看起來(lái)相同，但噪聲抑制效果還是可能有10dB或更多的區(qū)別。
(2) 使用20MHz時(shí)鐘脈沖信號(hào)的50MHz截止濾波器
圖16顯示了使用EMI靜噪濾波器消除20MHz時(shí)鐘脈沖發(fā)生器噪聲的試驗(yàn)示例。在此對(duì)比了使用三端子電容器的情形和使用截止頻率為50MHz的π型濾波器（具有急劇變化的頻率特征）的情形。盡管兩種情況下的減噪效果都很出色，但可以發(fā)現(xiàn)信號(hào)波形的變化和上升時(shí)間并不一定與噪聲抑制效果相符。π型濾波器似乎能夠在保持脈沖式信號(hào)波形和上升時(shí)間的同時(shí)消除噪聲。
(3) 示波器或頻譜分析儀上的噪聲看起來(lái)不一樣
這是因?yàn)橄鄬?duì)較低的頻率成分在單個(gè)波形中比較顯眼，而相對(duì)較高的頻率成分在噪聲測(cè)量中比較顯眼。由于單個(gè)波形的觀察結(jié)果顯示了所有頻率相加之后的波 形，幅值較大的低次諧波會(huì)施加更強(qiáng)烈的影響。相反，噪聲測(cè)量離散地觀察每個(gè)頻率，而且由于其容易由更小的天線發(fā)射，更多地受到了高（高次）頻率的影響。
(4) 用于信號(hào)的EMI靜噪濾波器
如果使用具有急劇頻率變化特征的濾波器，就像圖16所示π型EMI靜噪濾波器，就能在保持信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)有效抑制噪聲。這種EMI靜噪濾波器將在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)一步講述。
圖16 通過(guò)EMI靜噪濾波器消除諧波的示例
