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”技(ji)術(shu)避(bi)免(mian)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)的(de)影(ying)響(xiang)，這(zhe)種(zhong)無(wu)線(xian)裝(zhuang)置(zhi)能(neng)夠(gou)與(yu)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)進(jin)行(xing)通(tong)信(xin)，使(shi)電(dian)源(yuan)按(an)照(zhao)指(zhi)令(ling)改(gai)變(bian)其(qi)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)
，將(jiang)能(neng)量(liang)峰(feng)值(zhi)搬(ban)移(yi)到(dao)調(tiao)諧(xie)器(qi)輸(shu)入(ru)頻(pin)段(duan)以(yi)外(wai)。在(zai)現(xian)代(dai)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)中(zhong)


，隨(sui)著(zhe)幹(gan)擾(rao)源(yuan)數(shu)量(liang)的(de)增(zeng)多(duo)，很(hen)難(nan)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)的(de)協(xie)同(tong)工(gong)作(zuo)，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)由(you)於(yu)設(she)備(bei)天(tian)線(xian)的(de)多(duo)樣(yang)化(hua)以(yi)及(ji)對(dui)新(xin)添(tian)子(zi)係(xi)統(tong)放(fang)置(zhi)位(wei)置(zhi)的(de)限(xian)製(zhi)變(bian)得(de)更(geng)為(wei)複(fu)雜(za)。

 

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：時shi鍾zhong一yi般ban在zai係xi統tong中zhong具ju有you最zui高gao頻pin率lv，而er且qie常chang常chang是shi周zhou期qi性xing方fang波bo，時shi鍾zhong引yin線xian長chang度du通tong常chang也ye是shi係xi統tong布bu線xian中zhong最zui長chang的de。時shi鍾zhong信xin號hao的de頻pin譜pu包bao括kuo基ji波bo和he諧xie波bo，諧xie波bo成cheng份fen的de幅fu度du隨sui著zhe頻pin率lv的de升sheng高gao而er降jiang低di。

 

係統中的其它信號(位於數據或地址總線上的信號)按(an)照(zhao)與(yu)時(shi)鍾(zhong)同(tong)步(bu)的(de)頻(pin)率(lv)刷(shua)新(xin)
，但(dan)數(shu)據(ju)刷(shua)新(xin)動(dong)作(zuo)發(fa)生(sheng)在(zai)不(bu)確(que)定(ding)的(de)時(shi)間(jian)間(jian)隔(ge)，彼(bi)此(ci)之(zhi)間(jian)不(bu)相(xiang)關(guan)。由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)頻(pin)譜(pu)占(zhan)有(you)較(jiao)寬(kuan)的(de)頻(pin)帶(dai)，噪(zao)聲(sheng)幅(fu)度(du)也(ye)遠(yuan)遠(yuan)低(di)於(yu)時(shi)鍾(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)幅(fu)度(du)。雖(sui)然(ran)這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)的(de)總(zong)噪(zao)聲(sheng)能(neng)量(liang)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)於(yu)時(shi)鍾(zhong)噪(zao)聲(sheng)能(neng)量(liang)，但(dan)它(ta)對(dui)EMI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。

 

時shi鍾zhong信xin號hao的de能neng量liang是shi一yi定ding的de，頻pin率lv變bian化hua的de時shi鍾zhong展zhan寬kuan了le頻pin譜pu，因yin而er也ye降jiang低di了le各ge諧xie波bo分fen量liang的de能neng量liang。產chan生sheng這zhe種zhong時shi鍾zhong的de簡jian單dan方fang法fa是shi用yong三san角jiao波bo調tiao製zhi一yi個ge壓ya控kong振zhen蕩dang器qi(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EEPROMnei，ruguoyuxianjiangpinlvshezhizaisuoxiwangdepindian
，gaiqijiankeyigongzuozaidanjimoshi，yekeyizaiqikongxianzhouqineigengxinpinlv，zheyeshitazaidigonghaoyingyongzhongdeyigeyoushi。

 

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。

 

zhezhongpinpuyekeyiliyongweisuijipinlvdoudongqihuode
，zhezhongfangshitongchangshichanshengyigechangxuliedepinlv，bingyiyidingdejiangezhongfu
，meigepindianzaiyigezhouqizhichuxianyici，suodedaodegailvmidufenbuyeshijunyunde，yusanjiaodoudongqixiangtong。zhezhongfangshitongchangyongyuqitalingyu。
 

頻譜衰減
 

考kao察cha一yi個ge抖dou動dong時shi鍾zhong電dian路lu的de好hao壞huai
，主zhu要yao是shi看kan窄zhai帶dai頻pin譜pu中zhong每mei個ge頻pin點dian的de能neng量liang相xiang對dui於yu單dan音yin時shi鍾zhong能neng量liang降jiang低di了le多duo少shao。本ben節jie推tui導dao出chu了le一yi個ge用yong於yu優you化hua均jun勻yun擴kuo展zhan頻pin譜pu波bo形xing的de關guan係xi式shi。

 

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)。

 

sanjiaobodoudongshizhongjiegoudezhupinzaiqidoudongsulvchu，erweisuijidoudongshizhongjiegouyaoqiupindaigaoyudoudongmobandesulv，pinlvkeyicongzuixiaozhitiaodaozuidazhi
，ersanjiaobomobanzhongpinlvshilianxudizengde。huanludaikuanyudoudongsulvzhijiancunzaiyixiajinsideguanxi：

 

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。

 

doudongjianceshijianzhijieyingxianglezuididoudongsulv
，ganraoxinhaodepindaiqujueyujutiyingyong，doudongpinlvmeiyouyigequedingdexiaxianxianzhi。duiyudoudongpinlvxiaxiandelingyikaolvshidoudongsulvbenshenchanshengdedaiwaizaosheng。duiyuxianxingxitong

，sanjiaobodoudongqibuhuizaidoudongsulvchuchanshengxiebo。danshi，ruguofeixianxingdianlushiquleshizhongxinhao，jianghuichanshengyixiesuobuxiwangdepinpuchengfen，didoudongpinlvbeihunpinhouchanshengweiyuyouxiaogongzuopinduandeganraoxinhao。

 

擴頻技術並不用於取代傳統的EMI抑製技術，如：濾波、pingbihelianghaodexianlubanbuju。gaijishunenggouconggenbenshanggaishanxitongdexingneng，tebieshiduiyuzixitonghuowaisheyishoufengzhinengliangganraodeshebei。zaiqichechanpinhuojiatingyuleshebeizhongnenggoudadajiangdishepin/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。