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高調波
(harmonics)

だが、デジタル信号は本質的に高レベルの高調波を含んでおり、 これはデジタル回路に様々な面で関係する：

• 矩形波に含まれる奇数次高調波は (立ち上り／立ち下がり時間から決まる周波数までは) その次数に反比例して減少していくだけであり、 これは一般にデジタル信号の高次の高調波のレベルがかなり高いことを意味する。

• 高次の高調波のレベルは、 波形の立ち上り／立ち下がりを遅くすることによって低減させられる。 (下の図を参照)

• 信号の高調波成分が失われ、あるいは伝搬時間に差が生じると、 波形の歪みが生じる。

• 波形の歪みを防ぐためには、 デジタル信号の伝送はその高調波も含めて考えなければならない。 配線が高調波にとって電気的に長い場合には、 その配線を伝送線路として 扱うことが必要となるだろう。

• 一般に、デジタル信号のフィルタに際しては、 ある程度の次数の高調波までを残すとともに、 通過帯域内での遅延時間に差が生じないようにする必要がある。 だが、伝送に先立って高調波の大半を除去して、 受信側で波形整形を行なえる場合もある。

• 高速デジタル回路は、 そのクロック周波数の高調波に鋭いピークを持つエミッションを生じ勝ちである。 これは、電子機器のシールドや フィルタの設計に際しては、 内部で使用しているデジタル信号の基本周波数のみではなく、 その高調波を考慮に入れなければならないことを意味する。

台形波のスペクトラム — 立ち上がり時間を遅くすると高次の高調波のレベルが低下する

デューティー比が50%以外の場合 — スペクトラムには偶数次高調波も含まれ、 スペクトラムの包絡線は パルス幅と立ち上がり/立ち下がり時間に対応する周波数で折れ曲がる

by Tom Sato, 2003-03-02