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前兩天做測(cè)試，碰到下圖這樣的波形。其實(shí)，在信號(hào)線或者開(kāi)關(guān)波形上，經(jīng)常會(huì)有類似振鈴出現(xiàn)，不曉得你有沒(méi)有思考過(guò)為什么。今天我們就在這里聊一聊振鈴。

一道面試題

照例，先拋出來(lái)一道面試“信號(hào)的振鈴有沒(méi)有遇到過(guò)？有考慮過(guò)為什么嗎？” 怎么樣？看似隨口一說(shuō)的問(wèn)題，但往往暗藏玄機(jī)。

自我感覺(jué)良好的答案

有些小伙伴會(huì)覺(jué)得：這個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)單，當(dāng)然不在話下。信號(hào)出現(xiàn)振鈴，當(dāng)然是信號(hào)反射，是阻抗不連續(xù)導(dǎo)致的！

當(dāng)然，這個(gè)答案絕對(duì)沒(méi)問(wèn)題，但只能說(shuō)是中規(guī)中矩，并無(wú)特色。那么你的得分也不會(huì)和別人有什么差別。而面試官憑什么要給你pass呢？

上面是從傳輸線理論維度出發(fā)，估計(jì)有個(gè)幾年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的小伙伴都能想到。如果你能另辟蹊徑，從不一樣的角度給出不一樣的解釋，那special offer估計(jì)就在向你招手了。

不一樣的維度

振鈴多出現(xiàn)在數(shù)字電路的信號(hào)跳變的邊沿處，從0到1，從1到0。比如文章開(kāi)頭的波形圖片，就是從1到0切換時(shí)發(fā)生振鈴。

那為什么總是在電平切換時(shí)發(fā)生？

數(shù)字信號(hào)在電平狀態(tài)切換時(shí)，陡峭的上升沿或下降沿，其中蘊(yùn)含了非常豐富的頻率分量，而且?guī)挊O寬，頻率覆蓋范圍很寬。這個(gè)，如果你學(xué)過(guò)信號(hào)與系統(tǒng) 或 研究過(guò)傅里葉變換，都會(huì)比較清楚。

當(dāng)然，僅僅是頻率范圍寬并不會(huì)發(fā)生振鈴。

但關(guān)鍵是，數(shù)字信號(hào)電路都是通過(guò)PCB導(dǎo)線、芯片IC、阻容感等電路搭起來(lái)的。讀過(guò)我前面文章的小伙伴應(yīng)該知道：PCB板上的Layout走線，一般都會(huì)有寄生電感，nH級(jí)，而芯片端IO管腳也會(huì)有寄生電容，pf級(jí)。

電路中有了L和C，可能會(huì)發(fā)生什么？

LC諧振！

發(fā)生諧振會(huì)怎樣？

選頻特性，會(huì)使諧振點(diǎn)上的頻率分量放大，而且是很多倍！再和原來(lái)的信號(hào)做疊加，就形成了振鈴。

只是文字描述，你可能不太信服，那咱們仿真看看哈……

仿真分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，cm的PCB 走線，寄生電感大概為10nH。而芯片點(diǎn)輸入端的寄生電容，姑且按5pf來(lái)估算（并不是很嚴(yán)謹(jǐn)）。如此，我們把數(shù)字電路發(fā)送和接收的模型搭建如下圖所示。VG1為數(shù)字電路發(fā)送的激勵(lì)源，設(shè)置為頻率2MHz的方波。

用示波器看下波形，如下圖，輸出信號(hào)畫(huà)圈的部分，明顯可以看出有“振鈴”。

把時(shí)基從100ns調(diào)整到5ns，波形放大，如下圖，可以看到明顯的振鈴波形。

當(dāng)然，如果僅僅分析到這里，那只能說(shuō)是有振鈴出現(xiàn)，并沒(méi)有找到我們想要的原因。淺嘗輒止？不是我的調(diào)性。繼續(xù)把波形放大哈…

繼續(xù)放大波形，可以看到振鈴波形呈現(xiàn)為一定周期的阻尼振蕩。用光標(biāo)卡一下時(shí)間，Xa=5.83ns，Xb=4.34ns，dX=1.5ns，由此可以計(jì)算阻尼振蕩的周期f。

f=1/dX=666MHz

666MHz，是什么？不曉得，繼續(xù)往下分析。

我們用交流分析看下這個(gè)電路的頻率增益曲線，發(fā)現(xiàn)高頻處有諧振點(diǎn)，諧振頻率為689MHz，接近666MHz！

說(shuō)明LC有發(fā)生串聯(lián)諧振，并在該電路中充分展示了LC諧振的選頻特性，把基頻2MHz的666MHz的高次諧波分量選出并進(jìn)行(將近)24dB的放大，再和原來(lái)的基波疊加，在輸出信號(hào)上體現(xiàn)出振鈴波形。

說(shuō)到這里，再回過(guò)頭看看前面說(shuō)的：

①總在信號(hào)電平狀態(tài)切換時(shí)發(fā)生；

②頻率覆蓋范圍很寬；

③寄生電感和寄生電容；

④LC諧振，

⑤選頻放大特性，

把這些都串在一起，理論分析結(jié)合仿真數(shù)據(jù)，這個(gè)問(wèn)題是不是就很清晰了？

總  結(jié)

信號(hào)出現(xiàn)振鈴，為什么？

維度1：從傳輸線理論維度，信號(hào)反射，是阻抗不連續(xù)導(dǎo)致的！

維度2：從LC諧振維度，LC有發(fā)生串聯(lián)諧振，LC諧振的選頻特性將信號(hào)狀態(tài)切換時(shí)的高次諧波頻率分量選出并放大，疊加到基波上進(jìn)而形成振鈴。

怎么樣？一個(gè)簡(jiǎn)短的問(wèn)題，給出的回答可淺可深，就看你對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解達(dá)到怎樣的程度。你學(xué)廢了么？

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