带宽是什么意思(什么叫做信号带宽)

美文 · 2020-07-30
“网络带宽”这一专业术语在很多状况下已被乱用。我还记得在一次大会上,这个词被用于指:特殊数据信号的頻率构成、特殊电源电路的相频特性、局域网络的速率,乃至机构的总数。“大家如今沒有充足的网络带宽来解决这种工作中。”或许没有人注意到这种,但我发现了它很有趣。

信号带宽

技术工程师会问“这一数据信号必须是多少网络带宽?”一般,这一难题涉及到保证数据信号能够 根据一个部件或系统软件传送、并在数据信号品质沒有减少的状况下传送到另一端。

图1显示信息了数据信号根据网络带宽比较有限的系统软件的状况。如下图所示,系统软件有充足的网络带宽来传送数据信号且维持不会改变,这一般是期待的結果。自然,假如数据信号的頻率构成超出系统软件的网络带宽,则輸出数据信号品质很有可能明显减少。

图1:虽然系统软件网络带宽比较有限(低通滤波器),但充足传送数据信号而不失帧。

如果我们讨论的是基础的正弦波形,“网络带宽多少钱?”这一难题的回答很有可能不言而喻:2GBHz正弦波形必须最少2GBHz的系统软件网络带宽才可以合理传送。如果我们应用-3dB点来叙述系统软件网络带宽,回应将在该頻率下衰减系数。比如,假如应用2GBHz数字示波器查询2GBHz正弦波形,所显示信息的波型力度可能是具体值的70%(-3dB),实际在于示波器带宽的裕量。

模拟信号乃至更具有趣味性,由于他们包括与波型的迅速升高边沿有关的高频率成份。Eric Bogatin在《Rule of Thumb #1:Bandwidth of a signal from its rise time》中表述了数据信号的增益值两者之间网络带宽中间的关联。简易地说:

在其中tr是增益值(10%,90%),f3dB是3dB网络带宽。

这一式子针对具备单级低通回应的系统软件(想一想“低通RC电路”)而言是精准的,针对很多特性优良的系统软件而言也是非常贴近的。我近期发觉了一篇Tektronix的老文章内容,探讨了竖直放大仪回应和增益值。文章内容展现了这两个单位阶跃响应图,一个是理性化的“高斯函数回应”,另一个是典型性的低通RC电路(见图2)。

图2:高斯函数单位阶跃响应和低通RC电路单位阶跃响应。

我发现了有关的评价很有趣,由于他们叙述了增益值和过冲(overshoot)中间的设计方案衡量。(因素K相匹配于上式中的0.35):

真实的高斯函数回应分析为tr•bw=0.32。因为好多个要素的危害,数字示波器放大仪不可以考虑真实的高斯函数回应规定。因而,“高斯函数”电源电路大部分是贴近高斯函数的。根据很多年科学研究得到的工作经验相乘界定了这种“高斯函数”电源电路。针对高些的高斯函数回应,tr•bw=0.35~0.45。较高的相乘说明增益值减少。可是,增益值降低也随着经历冲产生。0.45的相乘会造成5%的过冲,当tr•bw=0.35时,单位阶跃响应中的过冲不大(如果有得话)。Tektronix一般将相乘设定在K=0.35,放弃增益值以完成最少过冲。

K是品质因数,有时候也称之为增益值网络带宽积(RTBP)。近些年,伴随着数字示波器生产商将能用网络带宽的限制引向新纪录,有时候能够 完成仪器设备回应的更陡滚降,而RTBP也发生了相对的转变。比如,Keysight UXR 110GHz数字示波器应用0.44的因素来特定10%/90%的增益值。

返回正弦波形

看了这一数据实例后,我一直在思索简易的正弦波形。增益值最适用阶跃函数或波形,但它还可以运用于正弦波形(尽管我承认它有点儿苍白无力)。考虑到一个力度为1、峰峰值力度为2的正弦波形(图3)。

图3:在这里实例中,正弦波形的增益值是峰峰值力度的10%到90%中间的時间。

大家来测算波型从负最高值的90%变成正最高值的90%需要的“增益值”。如下图所示,该增益值为t2–t1。因为波型的对称,能够 见到:

这看上去并不是那麼趣味。同样的值0.35显示信息出正弦波形頻率和增益值中间的关联。认真观察会发觉它略有不同:单顶点状况下是0.356而不是0.350。0.35这一数据好像一些非常,但还没有做到普适参量(比如超快速)的水准。

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