주파수 응답 분석이란 무엇입니까?
엔지니어는 보드 분석기라고도 하는 주파수 응답 분석기를 사용하여 스위프 사인파로 테스트 대상 장치(DUT)를 구동하고 진폭 및 위상 응답을 기록합니다. 출력 전압을 입력 전압과 비교함으로써 전기, 기계, 광학 시스템의 전달 함수를 측정할 수 있습니다.
일반적으로 보드 플롯이라고 하는 주파수 함수로서 시스템의 크기 및 위상 응답 그래프를 사용하여 엔지니어는 제어 시스템의 폐쇄 루프 응답을 최적화하고, 비선형 시스템의 공진 동작을 특성화하고, 필터를 설계하고, 대역폭을 측정할 수 있습니다. 다양한 전자 또는 광학 부품.
엔지니어는 어떤 유형의 시스템을 연구하기 위해 주파수 응답 분석을 사용합니까?
과학자와 엔지니어는 필터, 증폭기, 매칭 네트워크 등에 대한 진폭 및 위상 응답을 시각화합니다. 이는 시스템의 전달 함수를 관찰하고 플롯하기 위해 집적 회로를 설계하는 핵심 단계입니다. 전달 함수 외에도 과학자들은 다양한 주파수에 걸쳐 이득, 감쇠, 공명, 대역폭 및 위상 지연을 결정할 수 있습니다. [1]
주파수 응답 분석 플롯 이해
스위프 사인 신호를 사용하면 DUT가 다양한 입력 주파수에 어떻게 반응하는지 관찰할 수 있습니다. 그림 1의 보드 플롯에서 위쪽 절반은 이득(db) 대 주파수(Hz)를 보여주고, 아래쪽 절반은 위상(°) 대 주파수(Hz)를 보여줍니다. 넓은 범위의 주파수를 관찰하기 위해 주파수는 로그 눈금으로 표시됩니다.
그림 1: Moku:Pro 진동수 응답 분석기 상단에는 진폭 대 주파수가 표시되고 하단에는 위상 대 주파수가 표시되며, 100Hz에서 10MHz까지 범위가 표시됩니다.
주파수 응답 분석기를 사용하는 방법
주파수 응답 분석을 사용하여 증폭기 및 필터의 DUT 대역폭 찾기
주파수 응답 분석기는 증폭기나 필터의 대역폭을 파악하는 데 자주 사용됩니다. 필터에서 -3dB 지점은 Q 인자와 필터가 원하는 주파수 범위를 벗어난 신호를 얼마나 잘 감쇠시키는지에 대한 정보를 제공합니다. 증폭기에서 -3dB 지점은 엔지니어가 장치의 작동 범위를 지정하고 롤오프 특성을 관찰할 수 있도록 해줍니다. [2]
-3dB 지점을 찾기 위해 주파수 응답 분석기 플롯을 단계별로 읽는 방법은 다음과 같습니다.
- 크기 플롯을 검사하여 -3dB 지점을 확인하세요. 이 지점은 DUT의 반전력점이라고도 하며, 출력 전력이 피크 값의 절반으로 떨어졌음을 의미합니다. 이는 DUT의 차단 주파수에 해당합니다.
- 커서를 사용하여 최대 진폭 값을 찾으세요. 다른 커서를 사용하여 진폭이 3dB 감소한 지점을 찾으세요.
- 이 -3dB 지점에 해당하는 주파수를 읽어 대역폭을 식별합니다(그림 2).
그림 2: 주파수 응답 분석을 통해 식별된 1kHz~100kHz 대역통과 필터.
주파수 응답 분석을 사용하여 공진 주파수 결정
주파수 응답 분석기를 사용하여 광학 장치의 공진 주파수를 식별하는 경우 연구원은 신호 전송을 측정할 때 크기 플롯에서 피크를 찾고 반사를 측정할 때 딥을 찾습니다. 이러한 최고점 또는 최저점은 광학 시스템이 적용된 입력 신호에 대해 높은 응답을 나타내는 주파수에 해당합니다. 공진 주파수를 식별하면 연구자들은 PID 컨트롤러를 사용하는 제어 시스템을 사용하여 공진의 영향을 최소화하기 위해 노력할 수 있습니다.
고려해야 할 중요한 주파수 응답 분석기 설정
주파수 응답 분석기를 선택할 때 주파수 범위, 데이터 포인트 수, 고급 설정을 포함한 설정 및 사양에 주의하여 노이즈나 포화의 영향을 최소화하십시오. 스윕의 포인트 수를 늘리면 측정의 주파수 분해능이 증가하므로 더 넓은 주파수 범위에서 더 좁은 특징을 캡처할 수 있습니다. 정착 시간은 스윕의 각 주파수에서 측정을 수행하기 전에 계측기가 기다리는 시간을 결정합니다. 이 설정은 Q 인자가 높은 공진 시스템을 특성화할 때 특히 중요하며, 여기를 측정 사이에 정착시킬 수 있습니다. 비공진 시스템에서는 정착 시간을 사용하여 케이블의 전송 지연을 설명할 수 있습니다.
Moku와 같은 일부 악기 진동수 응답 분석기에는 측정 효율성을 더욱 최적화하기 위한 고급 설정이 포함되어 있습니다. 동적 진폭 설정은 해당 입력에서 채도가 감지되면 출력 신호 진폭을 자동으로 줄여 동적 범위를 최대화합니다. 일부 주파수 응답 분석기는 데이터 주위에 진폭 제한 포락선을 배치하지만 이로 인해 측정의 동적 범위가 제한됩니다. 스윕의 각 지점을 동적으로 조정하면 높은 동적 범위를 유지하면서 채도를 방지할 수 있습니다.
맺음말
전자 테스트, 광학 및 포토닉스 연구 등에서 주파수 응답 분석을 수행하는 방법은 다양합니다. 주파수 응답 분석을 사용하여 과학자와 엔지니어는 다음과 같은 측정을 수행할 수 있습니다. 임피던스 S-파라미터 에 폐쇄 루프 이득, 위상 마진 및 루프 교란 제거 성능을 특성화하는 동시에 레이저 잠금. 개별 장치의 성능을 고려하면 최고 품질의 결과를 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다.
[1] "대역통과 필터 보드 플롯 및 분석" resources.pcb.cadence.com. https://resources.pcb.cadence.com/blog/2020-bandpass-filter-bode-plot-and-analysis
[2] "품질 요소 및 대역폭 - 필터 - 기본 전자 장치", ecstudiosystems.com. https://ecstudiosystems.com/discover/textbooks/basic-electronics/filters/quality-factor-and-bandwidth/
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