信號(hào)完整性是指信號(hào)能夠在傳輸過(guò)程中保持其原有特征和形狀的能力。

在數(shù)字信號(hào)中，信號(hào)完整性問(wèn)題主要造成時(shí)序、噪聲和電磁干擾等三種影響和后果。

其中，轉(zhuǎn)折頻率和帶寬是影響信號(hào)完整性的兩個(gè)重要因素。

先說(shuō)轉(zhuǎn)折頻率和帶寬這兩個(gè)概念的定義：

轉(zhuǎn)折頻率是指一個(gè)系統(tǒng)頻率響應(yīng)從最大值下降到最小值時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。在高速電路設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)折頻率是一個(gè)重要的指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的頻率響應(yīng)能力。高頻率的信號(hào)通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)時(shí)，頻率響應(yīng)會(huì)下降，而當(dāng)信號(hào)的頻率達(dá)到轉(zhuǎn)折頻率時(shí)，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)將下降到最低點(diǎn)。因此，轉(zhuǎn)折頻率的值取決于系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求來(lái)確定。

帶寬則是指一個(gè)系統(tǒng)可以處理的信號(hào)頻率范圍。在信號(hào)完整性中，系統(tǒng)的帶寬通常是指系統(tǒng)能夠處理的最高頻率和最低頻率之差。帶寬反映了系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的頻率成分的敏感程度，即系統(tǒng)能夠識(shí)別和處理哪些頻率成分的信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的帶寬越寬，能夠處理的信號(hào)頻率成分就越多，信號(hào)的信息量也就越大。因此，在高速電路設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求來(lái)確定系統(tǒng)的帶寬。

之前一篇文章提到過(guò)影響信號(hào)完整性的是dV/dt，不是頻率，dV/dt是一種時(shí)域的描述，時(shí)域與頻域是可以通過(guò)傅里葉變換進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的。

1. 轉(zhuǎn)折頻率Fknee

所以，在這里要引入一個(gè)將上升時(shí)間與頻率聯(lián)系在一起的重要概念：轉(zhuǎn)折頻率，轉(zhuǎn)折頻率的計(jì)算表達(dá)式為：

其中，F(xiàn)knee表示轉(zhuǎn)折頻率，Tr表示上升時(shí)間。這個(gè)值表示包含了信號(hào)能量95%的頻譜的截至點(diǎn)。

根據(jù)傅里葉變換，方波可以分解為無(wú)窮次正弦波的諧波疊加形式，方波的邊沿即上升沿或下降沿越陡峭，其包含的諧波次數(shù)就越多，轉(zhuǎn)折頻率表示諧波能量累加占總能量95%的諧波次數(shù)值。由此可知，F(xiàn)knee越高，就表示速度越高，速度越高轉(zhuǎn)折頻率就越高，從而將速度與頻率聯(lián)系到一起。

通過(guò)這些理論學(xué)習(xí)，讓我們能更加充分的理解，為什么CLK信號(hào)上升時(shí)間越短，高次諧波分量越大，對(duì)EMC的影響越大，因此我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)過(guò)程中在滿(mǎn)足系統(tǒng)時(shí)序的前提下，應(yīng)該盡量降低這些高頻信號(hào)的上升時(shí)間。

2. 另一個(gè)重要參數(shù)---帶寬

經(jīng)常還會(huì)接觸到另一個(gè)參數(shù)，是帶寬。這個(gè)概念主要是因?yàn)閺?a href="http://www.brongaenegriffin.com/analog/" target="_blank">模擬領(lǐng)域轉(zhuǎn)換到數(shù)字領(lǐng)域后，需要將頻率響應(yīng)轉(zhuǎn)換成上升時(shí)間。

具體來(lái)說(shuō)，信號(hào)通過(guò)傳輸線(xiàn)時(shí)，可以看成是信號(hào)各頻譜分量同時(shí)在傳輸線(xiàn)中傳播，有些頻譜分量會(huì)因?yàn)閾p耗而衰減掉，有些則會(huì)失真加強(qiáng)。到了接收端后，需要通過(guò)頻譜分量響應(yīng)重新生成信號(hào)，將頻率響應(yīng)轉(zhuǎn)換為上升時(shí)間，這個(gè)時(shí)候就涉及到這個(gè)參數(shù)。所以，設(shè)備制造商通常會(huì)給出這個(gè)值告訴使用者設(shè)備的精度。

例如，示波器制造商通常會(huì)給出每個(gè)垂直放大器標(biāo)出最大工作帶寬，以及探頭標(biāo)出相應(yīng)的最大帶寬，超過(guò)這個(gè)帶寬的頻譜分量會(huì)被舍棄掉。憑借經(jīng)驗(yàn)，從時(shí)域圖中測(cè)量10%到90%的上升時(shí)間可以得到與帶寬近似關(guān)系表達(dá)式：BW=0.35/Tr?？梢钥闯觯珺W與FKnee挺像的。

總結(jié)：

轉(zhuǎn)折頻率（Transition Frequency）：

轉(zhuǎn)折頻率是指信號(hào)從低電平變?yōu)楦唠娖交驈母唠娖阶優(yōu)榈碗娖降倪^(guò)渡的頻率。

它通常用來(lái)描述數(shù)字信號(hào)的速度，即信號(hào)從0到1或從1到0的切換速度。

高轉(zhuǎn)折頻率意味著信號(hào)切換得更快，信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間較短。

帶寬（Bandwidth）：

帶寬是指信號(hào)在頻率域上的頻率范圍，它表示信號(hào)所包含的頻率分量的寬度。

帶寬通常以赫茲（Hz）為單位表示，表示信號(hào)能夠傳輸?shù)念l率范圍。

帶寬與信號(hào)的頻率分量有關(guān)，通常通過(guò)傅里葉變換來(lái)分析信號(hào)的頻譜。

信號(hào)的轉(zhuǎn)折頻率與帶寬之間存在密切關(guān)系，特別是在數(shù)字通信系統(tǒng)中：

轉(zhuǎn)折頻率高的信號(hào)通常需要更寬的帶寬來(lái)傳輸，因?yàn)楦咚偾袚Q的信號(hào)包含更多的高頻分量。

帶寬限制了信號(hào)傳輸?shù)念l率范圍，如果帶寬不足，信號(hào)的高頻分量將被截?cái)啵瑥亩绊懶盘?hào)的完整性和準(zhǔn)確性。

在設(shè)計(jì)高速數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，需要考慮信號(hào)的轉(zhuǎn)折頻率，以確保傳輸線(xiàn)路、電纜、PCB布局等組件都具備足夠的帶寬來(lái)支持這些信號(hào)。