过冲

更新时间:2024-06-19 18:43

过冲(overshoot)就是第一个峰值或谷值超过设定电压,主要表现为一个尖端脉冲,并且能导致电路元器件的失效。

定义

在尾形克彦的《离散时间控制系统》中,最大过冲量被定义为:“从系统期望响应值计算,响应曲线的最大峰值”。

电子学中

在电子学中,过冲是指,从一个值转变到另一个值时,任何参数的瞬时值超过它的最终(稳态)值。过冲在放大器的输出信号中有重要的意义。

当较快的信号沿驱动一段较长的走线,而走线上没有有效的匹配时,往往会产生过冲。

过冲带来的问题主要是信号高电平“1”超出接收端器件的输入最大电压值,或者信号低电平“0”低于接收端器件的输入最低电压值。

对付过冲的一般方法是匹配,或叫端接(termination)。端接可总结为两种形式:远端串联匹配消除二次反射,终端并联匹配消除一次反射。注意不是每种方式都适用于任何场合。例如50ohm并联匹配一般不适用与LVTTL/LVCMOS电平逻辑,因为电阻上消耗的功率很大。

减少过冲的另一方法是,减少驱动端的驱动电流。

惯例:过冲发生于瞬时值超过最终值。当瞬时值低于最终值时,也称为“下冲(undershoot)”。

一般电路设计,多半会使上升时间最小化,同时也将失真限制在可接受范围内。

过冲表现为信号的失真。

在电路设计中,最小化过冲与减小上升时间的目标会发生冲突。

过冲的大小依赖于经历阻尼现象的时间。

过冲通常伴有安定时间,即输出到达稳态的时长。

信号处理中

信号处理中的过冲是指一滤波器输出的最大值比输入的最大值大,特别是针对阶跃响应,而且经常会伴随振铃效应。

像是用Sinc滤波器(例如用矩形低通滤波器)就会出现过冲的情形,其阶跃响应为正弦积分。

其过冲及下冲可以用这个方式来说明:一般变换的核函数会经过正规化,使其积分为一,因此将常数函数变换会得到原常数函数,不会有额外的增益。在某一点的卷积是输入信号的线性组合,再以核函数的值为其(加权)系数。若核函数没有负值(例如高斯函数),则滤波后信号的数值会是输入信号的凸组合(核函数积分为一,而且数值非负),因此会在最大值和最小值之间,此值不会有过冲也不会有下冲。不过若核函数有负值(例如Sinc函数),滤波后信号的数值会是输入信号的仿射组合,输出数值就可能在输入信号的最大值及最小值以外,因此会有过冲及下冲的情形。

一般来说过冲是不好的,尤其是会造成削波的情形下,不过有时若要锐化影像,会需要过冲,因为会增加锐度。

相关概念

与过冲非常相关的是振铃,它紧随过冲发生,信号会跌落到低于稳态值,然后可能会反弹到高于稳态,这个过程可能持续一段时间,直到稳定接近于稳态。振铃持续的时间也叫做安定时间。

在社会生态学中,有类似的过冲的概念,是指人口数超过系统的承受容量。

保护措施

对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致过早地失效。

保护措施:当检测到有过冲现象时,可增加TVS管限制它的峰值,从而达到保护电路的作用。

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