擴頻技術能夠很好地滿足FCC規範和EMI兼容性的要求，EMI兼jian容rong性xing的de好hao壞huai在zai很hen大da程cheng度du上shang依yi賴lai於yu測ce量liang技ji術shu的de通tong帶dai指zhi標biao。擴kuo頻pin振zhen蕩dang器qi從cong根gen本ben上shang解jie決jue了le峰feng值zhi能neng量liang高gao度du集ji中zhong的de問wen題ti
，這zhe些xie能neng量liang被bei分fen布bu在zai噪zao聲sheng基ji底di內nei，降jiang低di了le係xi統tong對dui濾lv波bo和he屏ping蔽bi的de需xu求qiu
，同tong時shi也ye帶dai來lai了le其qi他ta一yi些xie好hao處chu。

 

高品質的多媒體、音頻、視頻及無線係統在當今的汽車電子產品中所占的份額越來越大
，設計人員不得不考慮分布在這些子係統敏感頻段的射頻(RF)能量。對於高品質的無線裝置，是否能夠消除RF峰值能量直接決定了方案的有效性。

 

多年以來，無線通信產品利用“頻率調節”jishubimiandianyuankaiguanzaoshengdeyingxiang，zhezhongwuxianzhuangzhinenggouyugongdiandianyuanjinxingtongxin，shidianyuananzhaozhilinggaibianqikaiguanpinlv
，jiangnengliangfengzhibanyidaotiaoxieqishurupinduanyiwai。zaixiandaiqichedianzichanpinzhong
，suizheganraoyuanshuliangdezengduo，hennanbaozhengxitongzhijiandexietonggongzuo，zhezhongqingkuangyouyushebeitianxiandeduoyanghuayijiduixintianzixitongfangzhiweizhidexianzhibiandegengweifuza。

 

擴頻振蕩器在數字音頻
、工廠裝配
、免mian提ti裝zhuang置zhi等deng係xi統tong中zhong具ju有you獨du特te的de優you勢shi
，這zhe些xie係xi統tong一yi般ban采cai用yong編bian解jie碼ma器qi改gai善shan音yin頻pin質zhi量liang，編bian解jie碼ma器qi與yu蜂feng窩wo電dian話hua或huo其qi它ta信xin息xi處chu理li終zhong端duan之zhi間jian通tong過guo數shu字zi接jie口kou連lian接jie，如ru果guo利li用yong“抖動”(擴頻)振(zhen)蕩(dang)器(qi)作(zuo)為(wei)編(bian)解(jie)碼(ma)器(qi)的(de)時(shi)鍾(zhong)源(yuan)，能(neng)夠(gou)在(zai)非(fei)靜(jing)音(yin)情(qing)況(kuang)下(xia)消(xiao)除(chu)諧(xie)波(bo)噪(zao)聲(sheng)。這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)在(zai)采(cai)用(yong)了(le)開(kai)關(guan)電(dian)容(rong)編(bian)解(jie)碼(ma)器(qi)的(de)多(duo)媒(mei)體(ti)係(xi)統(tong)中(zhong)很(hen)常(chang)見(jian)。除(chu)了(le)抑(yi)製(zhi)諧(xie)波(bo)噪(zao)聲(sheng)外(wai)，SS振蕩器能夠將能量峰值降至噪聲基底以內，在無線跳頻網絡中可減小落入信道內的幹擾。

 

下一代汽車電子產品中，幾乎所有的子係統都傾向於利用SS時鍾技術改善係統性能，降低EMI。針對這種應用，Maxim/Dallas推(tui)出(chu)了(le)全(quan)矽(gui)振(zhen)蕩(dang)器(qi)，這(zhe)種(zhong)振(zhen)蕩(dang)器(qi)能(neng)夠(gou)可(ke)靠(kao)啟(qi)振(zhen)，而(er)且(qie)具(ju)有(you)抗(kang)震(zhen)性(xing)。其(qi)成(cheng)本(ben)與(yu)陶(tao)瓷(ci)諧(xie)振(zhen)器(qi)相(xiang)比(bi)極(ji)具(ju)競(jing)爭(zheng)力(li)，振(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)從(cong)幾(ji)千(qian)赫(he)茲(zi)到(dao)幾(ji)十(shi)兆(zhao)赫(he)茲(zi)。

 

 

有效控製EMI是電子工程師在產品設計中所麵臨的關鍵問題
，數字係統時鍾是產生EMI的重要“源泉”，主要原因是：shizhongyibanzaixitongzhongjuyouzuigaopinlv，erqiechangchangshizhouqixingfangbo，shizhongyinxianchangdutongchangyeshixitongbuxianzhongzuichangde。shizhongxinhaodepinpubaokuojibohexiebo，xiebochengfendefudusuizhepinlvdeshenggaoerjiangdi。

 

係統中的其它信號(位於數據或地址總線上的信號)anzhaoyushizhongtongbudepinlvshuaxin，danshujushuaxindongzuofashengzaibuquedingdeshijianjiange，bicizhijianbuxiangguan。youcichanshengdezaoshengpinpuzhanyoujiaokuandepindai，zaoshengfuduyeyuanyuandiyushizhongchanshengdezaoshengfudu。suiranzhexiexinhaochanshengdezongzaoshengnengliangyuanyuangaoyushizhongzaoshengnengliang

，dantaduiEMI測試的影響非常小。EMI測試關注的是最高頻譜功率密度的幅度，而不是總輻射能量。

 

實際應用中可以通過濾波、屏蔽以及良好的PCB布局改善EMI指標。但是
，增加濾波器和屏蔽會提高係統的成本，精確的線路板布局需要花費很長時間。解決EMI問題的另一途徑是直接從噪聲源(通常是時鍾振蕩器)入手，產生隨時間改變的時鍾頻率可以很容易地降低基波和諧波幅度。

 

shizhongxinhaodenengliangshiyidingde
，pinlvbianhuadeshizhongzhankuanlepinpu，yineryejiangdilegexiebofenliangdenengliang。chanshengzhezhongshizhongdejiandanfangfashiyongsanjiaobotiaozhiyigeyakongzhendangqi(VCO)，所suo得de到dao的de時shi鍾zhong頻pin譜pu範fan圍wei隨sui著zhe三san角jiao波bo幅fu度du的de增zeng大da而er增zeng大da。實shi際ji應ying用yong中zhong需xu合he理li選xuan擇ze三san角jiao波bo的de重zhong複fu周zhou期qi，三san角jiao波bo頻pin率lv較jiao低di時shi會hui通tong過guo電dian源yuan向xiang模mo擬ni子zi係xi統tong產chan生sheng耦ou合he噪zao聲sheng；如果選擇頻率過高三角波
，則會幹擾數字電路。

 

圖1是基於上述考慮的時鍾振蕩器原理圖

，它用一個三角波控製VCO輸出頻譜的帶寬，VCO的中心頻率由DAC和可編程8位分頻器控製
，可以在260kHz至133MHz範圍內設置頻率。圖1所示IC通過2線接口控製，控製字存儲在芯片內部的EEPROM內(nei)，如(ru)果(guo)預(yu)先(xian)將(jiang)頻(pin)率(lv)設(she)置(zhi)在(zai)所(suo)希(xi)望(wang)的(de)頻(pin)點(dian)

，該(gai)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)工(gong)作(zuo)在(zai)單(dan)機(ji)模(mo)式(shi)
，也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)其(qi)空(kong)閑(xian)周(zhou)期(qi)內(nei)更(geng)新(xin)頻(pin)率(lv)
，這(zhe)也(ye)是(shi)它(ta)在(zai)低(di)功(gong)耗(hao)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)一(yi)個(ge)優(you)勢(shi)。

 

圖1 DS1086可編程時鍾發生器的核心電路是受三角波控製的VCO，頻率通過2線接口編程，存儲在片內EEPROM內。 

 

圖2給出了普通晶振與擴頻時鍾振蕩器的頻譜對照圖
，通過設置三角波的幅度可以將頻譜擴展4%，與晶體時鍾振蕩器相比峰值幅度降低近25dB。

 

圖2. 晶體振蕩器頻譜與DS1086頻譜對照，頻譜擴展4%時相差25dB。 

 

利用擴頻振蕩器作為微處理器的時鍾源時

，須確認微處理器能夠接受時鍾占控比、上升/下降時間以及其他由於時鍾源頻率變化所造成的參數容差。當振蕩器作為係統的參考時鍾使用時(實時時鍾或實時監測等)，頻率變化可能導致較大誤差。

 

許多便攜式消費類產品帶有射頻功能
，如蜂窩電話
，擴頻技術對於這類產品中的開關電源非常有利。射頻電路(特別是VCO)對dui於yu電dian源yuan噪zao聲sheng非fei常chang敏min感gan，但dan便bian攜xie式shi產chan品pin為wei了le延yan長chang電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming必bi須xu使shi用yong開kai關guan電dian源yuan，以yi提ti供gong高gao效xiao的de電dian壓ya轉zhuan換huan。開kai關guan電dian源yuan具ju有you與yu時shi鍾zhong振zhen蕩dang器qi相xiang同tong的de噪zao聲sheng頻pin譜pu，而er且qie
，噪zao聲sheng可ke以yi直zhi接jie耦ou合he到dao射she頻pin電dian路lu，影ying響xiang係xi統tong的de性xing能neng指zhi標biao。

 

帶有外同步功能的升壓轉換器(如MAX1703)可以用一個擴頻時鍾控製它的振蕩頻率，該方案與自激振蕩升壓轉換器的噪聲頻譜(圖3)相比能夠改善係統性能(圖4)。自激振蕩升壓轉換器諧波在整個10MHz範圍內都具有較大的能量

，而擴頻方案則將諧波分量的幅度降低到噪聲基底以內(圖4)。值得注意的是
，由於總噪聲能量是固定的，擴頻後使噪聲基底有所上升。

 

圖3. MAX1703升壓轉換器頻譜顯示：基波位於300kHz (自激振蕩開關頻率)，在高達10MHz的整個頻段內有明顯的諧波。 

 

圖4. 將MAX1703升壓轉換器同步到一個擴展頻譜
，可以消除尖峰頻譜，是整體噪聲基底升高。

 

為時鍾源加入抖動之前
，需要考慮以下幾個問題：需要采用何種“加抖”波形? 所允許的最大時鍾偏移是多少? 需要多大的抖動速率？限製抖動速率的因素是什麼? 以下就這些問題展開討論。

“加抖”波形
 

為確保時鍾信號能夠被係統所接受
，時鍾抖動範圍一般比較小(<10%)。這樣，“加抖”過程與窄帶FM調製非常類似。

 

相應的調製理論給出了抖動波形與頻譜結果之間的簡單關係
，即：時鍾頻率的“概率密度函數”與抖動時鍾輸出的頻譜具有相同的形狀，鋸齒波是一種常見的“加抖”波bo形xing

，每mei個ge加jia抖dou周zhou期qi可ke以yi準zhun確que地di進jin入ru每mei個ge頻pin點dian兩liang次ci。由you於yu每mei個ge頻pin點dian出chu現xian的de時shi間jian比bi例li相xiang同tong
，因yin此ci，概gai率lv密mi度du函han數shu在zai整zheng個ge頻pin率lv調tiao節jie範fan圍wei內nei隨sui著zhe頻pin率lv的de變bian化hua而er保bao持chi一yi個ge常chang數shu，得de到dao均jun勻yun概gai率lv的de分fen布bu(圖1)。

 

這種抖動波形的頻譜相同
，頻譜能量均勻地分布在一個較窄的頻段
，對於所允許的(Fmax - Fmin)頻率範圍來說，這種頻譜分布是最佳的
，因為它在每個頻點所得到的頻譜能量是最低的。

 

這zhe種zhong頻pin譜pu也ye可ke以yi利li用yong偽wei隨sui機ji頻pin率lv抖dou動dong器qi獲huo得de，這zhe種zhong方fang式shi通tong常chang是shi產chan生sheng一yi個ge長chang序xu列lie的de頻pin率lv，並bing以yi一yi定ding的de間jian隔ge重zhong複fu，每mei個ge頻pin點dian在zai一yi個ge周zhou期qi隻zhi出chu現xian一yi次ci，所suo得de到dao的de概gai率lv密mi度du分fen布bu也ye是shi均jun勻yun的de
，與yu三san角jiao抖dou動dong器qi相xiang同tong。這zhe種zhong方fang式shi通tong常chang用yong於yu其qi他ta領ling域yu。
 

頻譜衰減
 

kaochayigedoudongshizhongdianludehaohuai，zhuyaoshikanzhaidaipinpuzhongmeigepindiandenengliangxiangduiyudanyinshizhongnengliangjiangdileduoshao。benjietuidaochuleyigeyongyuyouhuajunyunkuozhanpinpuboxingdeguanxishi。

 

以下觀點有助於理解擴頻頻譜的能量：1
、從單音到抖動時鍾的轉換不會改變時鍾能量
，隻是加抖後單音時鍾的能量被分布在一個較寬的頻帶內。2、周期性“加抖”時鍾的頻譜由以“加抖”頻率(Fd)為間隔的諧波組成。下式將單音功率均分到整個抖動諧波頻段：

 

VRMS (dB) = 20log[sqrt({(F0 * a)/Fd}*Vu²)]

= 10log[{(F0 *a)/Fd }]+ 20log[Vu ],

 

 

式中：F0是加抖之前的頻率，a是相對於非抖動頻率的抖動係數，Vu是抖動時鍾頻帶內每個頻譜的RMS電壓。由此可以得到窄帶頻段內頻譜能量的衰減為： 

 

頻譜衰減 = 10log[{(F0 *a)/Fd}].

 

上述方程表明：在允許的抖動時鍾帶寬(a*F0)內產生的頻譜諧波分量越多，頻譜的能量就越低。作為一個例子
，我們可以考察一下DS1086可編程時鍾發生器的抖動結構，DS1086電路中

，a = 0.04, F0 = 100MHz, Fd = F0/2048
，因此，DS1086的頻譜衰減為19.1dB。

 

注意，增大抖動係數(a)可以達到與降低“加抖”速率相同的目的。另外
，該等式既適用於三角波加抖
，也適用於偽隨機加抖，因為它們具有相同的分布。

 

 

實際應用中的一些因素會限製頻譜能量的衰減量
，首先，由於抖動改變了係統定時，存在頻率不穩定性，據此
，係統定義了對參數“a”的限製。

 

產生抖動時鍾的電路也會限製“加抖”的速率，帶有鎖相環或其它控製環路(如DS1086)的係統，“加抖”控kong製zhi電dian壓ya受shou控kong製zhi環huan路lu帶dai寬kuan的de限xian製zhi。否fou則ze，抖dou動dong控kong製zhi的de分fen布bu函han數shu將jiang轉zhuan變bian成cheng高gao斯si函han數shu
，所suo得de到dao的de頻pin譜pu能neng量liang將jiang主zhu要yao集ji中zhong在zai非fei抖dou動dong時shi鍾zhong頻pin率lv附fu近jin。

 

三san角jiao波bo抖dou動dong時shi鍾zhong結jie構gou的de主zhu頻pin在zai其qi抖dou動dong速su率lv處chu，而er偽wei隨sui機ji抖dou動dong時shi鍾zhong結jie構gou要yao求qiu頻pin帶dai高gao於yu抖dou動dong模mo板ban的de速su率lv，頻pin率lv可ke以yi從cong最zui小xiao值zhi跳tiao到dao最zui大da值zhi
，而er三san角jiao波bo模mo板ban中zhong頻pin率lv是shi連lian續xu遞di增zeng的de。環huan路lu帶dai寬kuan與yu抖dou動dong速su率lv之zhi間jian存cun在zai以yi下xia近jin似si的de關guan係xi：

 

環路帶寬 > 3 (三角形模板速率) 

 

環路帶寬 > 3 (偽隨機模板速率)

 

環路帶寬固定時，三角波模板能夠支持較高的抖動頻率。因為抖動速率必須比幹擾(以頻率抖動形式出現)的窄帶檢測快

，對於相同的檢測時間，三角波模板的抖動速率要比偽隨機模板更高一些。

 

抖(dou)動(dong)檢(jian)測(ce)時(shi)間(jian)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)了(le)最(zui)低(di)抖(dou)動(dong)速(su)率(lv)，幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)帶(dai)取(qu)決(jue)於(yu)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)，抖(dou)動(dong)頻(pin)率(lv)沒(mei)有(you)一(yi)個(ge)確(que)定(ding)的(de)下(xia)限(xian)限(xian)製(zhi)。對(dui)於(yu)抖(dou)動(dong)頻(pin)率(lv)下(xia)限(xian)的(de)另(ling)一(yi)考(kao)慮(lv)是(shi)抖(dou)動(dong)速(su)率(lv)本(ben)身(shen)產(chan)生(sheng)的(de)帶(dai)外(wai)噪(zao)聲(sheng)。對(dui)於(yu)線(xian)性(xing)係(xi)統(tong)，三(san)角(jiao)波(bo)抖(dou)動(dong)器(qi)不(bu)會(hui)在(zai)抖(dou)動(dong)速(su)率(lv)處(chu)產(chan)生(sheng)諧(xie)波(bo)。但(dan)是(shi)
，如(ru)果(guo)非(fei)線(xian)性(xing)電(dian)路(lu)拾(shi)取(qu)了(le)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)
，將(jiang)會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)些(xie)所(suo)不(bu)希(xi)望(wang)的(de)頻(pin)譜(pu)成(cheng)分(fen)

，低(di)抖(dou)動(dong)頻(pin)率(lv)被(bei)混(hun)頻(pin)後(hou)產(chan)生(sheng)位(wei)於(yu)有(you)效(xiao)工(gong)作(zuo)頻(pin)段(duan)的(de)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)。

 

擴頻技術並不用於取代傳統的EMI抑製技術，如：濾波、屏(ping)蔽(bi)和(he)良(liang)好(hao)的(de)線(xian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)。該(gai)技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)改(gai)善(shan)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)
，特(te)別(bie)是(shi)對(dui)於(yu)子(zi)係(xi)統(tong)或(huo)外(wai)設(she)易(yi)受(shou)峰(feng)值(zhi)能(neng)量(liang)幹(gan)擾(rao)的(de)設(she)備(bei)。在(zai)汽(qi)車(che)產(chan)品(pin)或(huo)家(jia)庭(ting)娛(yu)樂(le)設(she)備(bei)中(zhong)能(neng)夠(gou)大(da)大(da)降(jiang)低(di)射(she)頻(pin)/TV幹擾。良好的PCB布局是係統正常運行的基本保障，擴頻時鍾則有助於係統通過EMI認證，而且可以減少係統對濾波、屏蔽的需求，降低係統成本。

 

本文來源於Maxim。