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事實揭露 揭密真相
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來自 孔夫子舊書網 的圖片

過沖是中國的一個科技名詞。

為什麼漢字是方塊字,這個問題雖然沒有明確的考證,但從古人觀察世界的方式中便可窺見一斑。《淮南子·覽冥訓[1]》說:「往古之時,四極廢,九州裂。天不兼覆,地不周載,火炎炎而不滅,水浩洋而不息,猛獸……於是女媧煉五色石以補蒼天,斷鰲足以立四極。」在古人心目中,「天圓地方[2]」,地是方形的,而且在這四方形地的盡頭,還有撐着的柱子。

名詞解釋

過沖(overshoot)就是第一個峰值或谷值超過設定電壓,主要表現為一個尖端脈衝,並且能導致電路元器件的失效。

在電子學中,過沖是指,從一個值轉變到另一個值時,任何參數的瞬時值超過它的最終(穩態)值。過沖在放大器的輸出信號中有重要的意義。

當較快的信號沿驅動一段較長的走線,而走線上沒有有效的匹配時,往往會產生過沖。

過沖帶來的問題主要是信號高電平「1」超出接收端器件的輸入最大電壓值,或者信號低電平「0」低於接收端器件的輸入最低電壓值。

對付過沖的一般方法是匹配,或叫端接(termination)。端接可總結為兩種形式:遠端串聯匹配消除二次反射,終端並聯匹配消除一次反射。注意不是每種方式都適用於任何場合。例如50ohm並聯匹配一般不適用與LVTTL/LVCMOS電平邏輯,因為電阻上消耗的功率很大。

減少過沖的另一方法是,減少驅動端的驅動電流。

慣例:過沖發生於瞬時值超過最終值。當瞬時值低於最終值時,也稱為「下沖(undershoot)」。

一般電路設計,多半會使上升時間最小化,同時也將失真限制在可接受範圍內。

過沖表現為信號的失真。

在電路設計中,最小化過沖與減小上升時間的目標會發生衝突。

過沖的大小依賴於經歷阻尼現象的時間。

過沖通常伴有安定時間,即輸出到達穩態的時長。

信號處理中

信號處理中的過沖是指一濾波器輸出的最大值比輸入的最大值大,特別是針對階躍響應,而且經常會伴隨振鈴效應。

像是用Sinc濾波器(例如用矩形低通濾波器)就會出現過沖的情形,其階躍響應為正弦積分。

其過沖及下沖可以用這個方式來說明:一般變換的核函數會經過正規化,使其積分為一,因此將常數函數變換會得到原常數函數,不會有額外的增益。在某一點的卷積是輸入信號的線性組合,再以核函數的值為其(加權)係數。若核函數沒有負值(例如高斯函數),則濾波後信號的數值會是輸入信號的凸組合(核函數積分為一,而且數值非負),因此會在最大值和最小值之間,此值不會有過沖也不會有下沖。不過若核函數有負值(例如Sinc函數),濾波後信號的數值會是輸入信號的仿射組合,輸出數值就可能在輸入信號的最大值及最小值以外,因此會有過沖及下沖的情形。

一般來說過沖是不好的,尤其是會造成削波的情形下,不過有時若要銳化影像,會需要過沖,因為會增加銳度。

相關概念

與過沖非常相關的是振鈴,它緊隨過沖發生,信號會跌落到低於穩態值,然後可能會反彈到高於穩態,這個過程可能持續一段時間,直到穩定接近於穩態。振鈴持續的時間也叫做安定時間。

在社會生態學中,有類似的過沖的概念,是指人口數超過系統的承受容量。

保護措施

對於上升沿是指最高電壓而對於下降沿是指最低電壓。過分的過沖能夠引起保護二極管工作,導致過早地失效。

保護措施:當檢測到有過沖現象時,可增加TVS管限制它的峰值,從而達到保護電路的作用。

參考文獻