擴展調製技術改善EMC性能的原理

 

擴頻調製技術能夠有效的降低EMI騷擾水平。下麵用一個40MHz的時鍾信號舉例說明其原理。

 

該時鍾信號未經調製時

，在時域上的波形為圖1（a），在頻域上的波形表現為（基波加諧波）圖1（b）：

 

（a）40MHz時鍾信號的時域波形

 

（b）40MHz時鍾信號的頻域波形

圖1：40MHz時鍾信號的時域和頻域波形

 

該時鍾信號經過擴頻調製後
，時域上和頻域（基波加諧波）上的波形分別變為（圖2（a）和（b））：

 

（a）40MHz時鍾信號擴頻後的時域波形

 

（b）40MHz時鍾信號擴頻後的頻域波形

圖2：40MHz時鍾信號擴頻後的時域和頻域波形

 

從這幾張曲線來看，時鍾信號經過擴頻之後，時域上的波形變為了寬窄不等的方波，頻率也不再是單一的數值，而是一個範圍（例中調製後的頻率範圍變為39M~41MHz）；在頻域上
，頻譜也不再是孤立的峰，而是變為接近梯形的一個形狀。

 

一個時鍾信號經過擴頻調製後的波形通常如圖3suoshi。youyukuopintiaozhihoudeshizhongxinhaopinlvbiandebuzaiweiyi
，shangshenghexiajiangyandechanshengshijianyezaiyigeduandeshijianfanweineibiandesuiji。zhegetedingdeshijianfanweishikekongde。kuopintiaozhijishujiushitongguojiangjizhongzaitongyipinlvdaidepinpufensandaogengduodepindai

，yijiangdiyuanlaigudingpinlvshidesaoraodianping。

 

圖3 時鍾信號擴頻後的時域波形圖

 

擴頻調製的結果就是使得信號的頻譜帶寬變寬，使被測設備的騷擾在較寬的頻譜上均分，通過這種途徑來使其通過EMCceshi。jieshoujidefenbianlvdaikuanyibanbaochibubian
，dangsaoraodepuxianbiankuanhou，zheshiyibufennengliangjiuluozailefenbianlvdaikuanyiwai，congerceliangzhiyexiangyingbianxiao。caiyongkuopintiaozhi，tongchangkeyishibeiceshebeidesaoraoshuipingxianzhujiangdi6~20dB之多。但是需要注意的是
，它並不改變整個頻率範圍的騷擾能量。

 

采用擴頻調製技術解決EMC問題的整改案例

 

某企業生產的具有TV接收功能的便攜式DVD產品，需要通過CE認證
，在進行輻射騷擾場強測試時騷擾超標。測試曲線（水平極化）如圖4所示：

 

圖4 帶TV功能的便攜式DVD輻射測試初測曲線

 

從(cong)圖(tu)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，該(gai)產(chan)品(pin)超(chao)標(biao)嚴(yan)重(zhong)。由(you)於(yu)被(bei)測(ce)樣(yang)機(ji)是(shi)便(bian)攜(xie)式(shi)產(chan)品(pin)
，內(nei)部(bu)空(kong)間(jian)極(ji)小(xiao)，且(qie)樣(yang)機(ji)采(cai)用(yong)塑(su)料(liao)外(wai)殼(ke)
，換(huan)上(shang)噴(pen)塗(tu)了(le)導(dao)電(dian)漆(qi)的(de)外(wai)殼(ke)後(hou)，輻(fu)射(she)測(ce)試(shi)仍(reng)然(ran)不(bu)合(he)格(ge)。但(dan)是(shi)從(cong)輻(fu)射(she)測(ce)試(shi)曲(qu)線(xian)上(shang)看(kan)，超(chao)標(biao)頻(pin)點(dian)多(duo)為(wei)樣(yang)機(ji)內(nei)部(bu)時(shi)鍾(zhong)頻(pin)率(lv)的(de)諧(xie)波(bo)，企(qi)業(ye)於(yu)是(shi)決(jue)定(ding)采(cai)用(yong)擴(kuo)頻(pin)調(tiao)製(zhi)技(ji)術(shu)。

 

企業采用了某芯片廠家生產的型號為PCS3P7303AG的擴頻IC，其主要性能特點有：它是一款多功能的抑製EMI的IC，既可以輸入來源於晶振的時鍾信號，也可以輸入一個外部參考時鍾信號

；頻率輸入和輸出範圍都是10MHz~80MHz；具有頻率選擇功能；提供可選的擴頻調製工作模式
，由外接電阻進行控製。

 

由於PCS3P7303AG具有以上特點，它特別適用於對晶振時鍾的擴頻處理。PCS3P7303AG的引腳定義如下（表1）：

 

表1 PCS3P7303AG的引腳定義

 

企業采用了IC廠家推薦的典型的外接電路
，該電路原理圖如圖5：

 

圖5 典型的外接電路

 

企業在該電路加了解碼板27MHz晶振的輸出端，以實現對晶振時鍾的擴頻調製。另外，由於企業用的是MTK公司的解碼方案，該方案本身帶有擴頻功能

，可以對主芯片和SDRAM的通信時鍾121.5MHz進行擴頻調製，企業整改時也打開了這個功能。

 

改板後重測的輻射曲線為圖6（水平極化）：

 

圖6 采用擴頻調製技術後的輻射測試曲線

 

重測的結果雖然仍舊不合格，但是和之前的測試曲線相比
，已經發生了明顯的改善。在對例如162MHz等deng這zhe些xie晶jing振zhen的de諧xie波bo頻pin率lv進jin行xing單dan點dian測ce量liang時shi
，也ye可ke以yi明ming顯xian的de看kan到dao擴kuo頻pin後hou頻pin譜pu發fa生sheng的de變bian化hua。在zai這zhe個ge測ce試shi結jie果guo的de基ji礎chu上shang，企qi業ye又you加jia上shang了le濾lv波bo技ji術shu，最zui終zhong使shi樣yang機ji順shun利li通tong過guo測ce試shi。濾lv波bo不bu是shi本ben文wen重zhong點dian，相xiang關guan的de整zheng改gai措cuo施shi就jiu不bu列lie出chu。

 

擴頻調製技術的特點

 

專用的具有擴頻調製功能的IC現在主要用來處理晶振這種時鍾源，而對於主芯片發出的時鍾
，由於加入擴頻時會產生時序問題，目前還用的不多。本文中的PCS3P7303AG型擴頻IC，主要用在便攜式DVD
、數碼相框、電子閱讀器和手機等數碼設備上。對於液晶電視機和液晶顯示器這一類產品
，由於主要的方案商（M-STAR和MTK等）douzaigezidexinpianzhongjiarulekuopintiaozhigongneng，ruguoshijiceshizhongxuyaojinxingkuopinchuli，zhixuzairuanjianzhongshurukoulingdakaizheyigongnengjike。duishizhongjinxingkuopintiaozhihou
，youkenenghuiyingxiangdaochanpindeyixiexingnengzhibiao，danzhiyaokuopinIC外圍電路的參數選擇合適
，還是可以將其對產品的影響控製在最小範圍。

 

擴頻調製技術利用了測量接收機在工作方式上的“漏洞”
，danshimuqianquanqiufanweineidoujieshoulezhezhongfangfa。kuopintiaozhijishuzaiduiganraodechulixiaoguoshangyulvbojishuyoudianleisi，danshiyuanlishangyulvbojishuyouyouhendadechabie，liangzhededuibiruxia：

 

擴頻調製技術的效果僅僅是使被測設備容易通過EMC測試，在整個頻率範圍內，騷擾能量並沒有發生改變。濾波技術是將不需要的能量濾掉，以此來降低幹擾的幅度。

 

擴頻調製技術未改變脈衝的上升/下降沿
，而濾波技術通常是延緩了脈衝的上升沿，從而降低高次諧波分量。

 

濾波技術通常使用的是低通濾波

，也就是僅濾掉較高次的諧波，而擴頻調製技術對低頻甚至對基波都有降低騷擾幅度的作用。

 

小結

 

本文討論了擴頻調製技術在EMC整改中的應用。作為一個新的技術，擴頻調製目前已經在EMC中有了很多的應用場合，除了文中介紹的處理晶振時鍾的擴頻IC，現在已經有針對開關電源開關頻率進行擴頻處理的擴頻IC，和針對某一具體產品而開發的擴頻調製模塊，例如針對D類功放內部工作頻率的擴頻調製器等等。可以說，在時鍾頻率越來越高的今天，擴頻調製技術的應用
，給解決EMC問題提供了一條嶄新的思路。

 

本文轉載自韜略科技EMC，作者：郭遠東

 

 

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