你可以从频率扫描测试中学到什么

关键的外卖

• 频率扫描仅定义为线性时不变电路。

• 通过频率扫描，可以提取电路或系统的带宽，并可以生成传递函数。

• 非线性电路需要更复杂的模拟，或者需要复杂的时域迭代。

电路的极点和零点可以通过扫频测试来确定。

时域和频域模拟是检查电子器件行为的两个基本工具。顾名思义，时域分析就是检查特定信号随时间的变化，而不考虑其带宽。这让你对时域中的电路行为有了一个全面的了解，你将有机会通过比较输入和输出信号来量化信号失真和衰减之类的东西。

模拟工程师通常在频域工作。设计模拟电子器件的目标是用电路操纵不同的频率，在这些模拟中使用的基本工具是频率扫描测试。当您可以访问具有经过验证的组件模型的强大电子模拟器时，您可以检查系统如何响应不同的频率。

何时使用扫频测试

频率扫描测试无疑属于模拟电子学领域。目标是分析输入单色信号如何受到电路中不同元件的影响。然后将输入信号的频率扫过某个所需的范围，并记录每个输入频率值下的输出电压或电流。具有无功元件的电路也将对信号施加相移，相移与输出电压/电流的大小一起记录。

频率扫描测试通常可以在线性时不变电路中执行，而不调用电路行为中的任何近似;非线性电路可以用一些其他高级分析来检验(见下文)。SPICE模拟器中已经定义了无源元件，但是您还可以使用集成电路来评估电路在模拟器中验证组件模型．频率扫描测试的结果可用于以下方面:

• 构造一个传递函数。这是频率扫描最常见的用法。的传递函数等于每个频率下的输出电压除以输入电压。传递函数的幅值和相位在各自的图中绘制出来。

• 提取电路的输入阻抗。只需将输入电压谱除以进入等效电路的电流，即可得到输入阻抗谱。

• 识别电路的带宽。当输入导纳的大小在对数刻度上绘制时，可以提取电路的带宽。带宽通常定义为导纳比峰值导纳低3db的频率。

放大器电路示例所提供的增益。频扫测试结果可以很容易地从3db点提取带宽。

与时域分析相比，频率扫描测试具有一些重要的优点。在时域中检测信号需要手动提取特定输入频率下的阻抗和相位差，这很耗时。

然而，时域分析有利于检查宽带信号如何受线性电路的影响;你可以在时域上叠加并直接比较两个信号。对于具有任意信号的非线性电路，您需要使用更先进的技术来理解电路的频率行为依赖行为。

非线性电路:扫频失败的地方

频率扫描测试仅定义为线性时不变电路，或运行在线性状态下的非线性电路，因此非线性电路需要更复杂的技术来理解电路行为。当我们说电路是“非线性的”时，我们的意思是输出电压/电流是输入电压/电流的非线性函数。输出频率通常是输入频率的线性函数，即使在非线性电路中也是如此。

非线性电路由于在输入信号中产生额外的谐波，具有复杂的频域行为。为了检查非线性电路的频率依赖行为，您需要使用以下分析之一:

• 小信号分析。这涉及到将电路中每个元件的行为近似为输入的线性函数。这些近似值仅在某些工作点附近定义，并且仅对“小”输入振幅有效。当你在每个输入电平上进行频率扫描测试时，你可以获得一个传递函数，你可以构造一个图，显示传递函数如何随着输入电压电平的变化而变化。

• 谐波平衡。这是一个更复杂的模拟，将非线性时不变电路分为线性和非线性部分。一个随时间变化的任意信号被分解成它的主频分量，这个输入频谱被传递到非线性电路中。非线性部分将在输出处产生额外的谐波。这与频率扫描不完全相同，但是您可以迭代不同的频率，并为典型的频率扫描测试重新创建一些结果。这种技术比小信号分析强大得多，但它需要人工迭代。

对于连续时变电路，即电路的行为随时间平滑变化的电路，当考虑系统中的初始条件时，您将被困在时域中工作。仿真结果可能对系统的初始条件非常敏感，需要仔细分析系统的稳定性。当系统中存在耦合时，您需要仔细分析耦合量如何收敛或发散到平衡解，或者它们是否在相空间中产生极限环。这些课题仍然是数学和工程研究的活跃领域。

当你需要检查你的电路对不同频率的反应时，最好PCB设计与分析工具和前端设计功能来自Cadence与强者融合PSpice软件模拟器．您可以轻松地执行频率扫描测试和模拟电路行为。一旦你创建了你的布局，一组SI/PI分析点工具可用于生成布局后模拟结果，以便与布局前模拟进行比较。

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