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/Dallastuichulequanguizhendangqi
，zhezhongzhendangqinenggoukekaoqizhen
，erqiejuyoukangzhenxing。qichengbenyutaocixiezhenqixiangbijijujingzhengli
，zhendangpinlvcongjiqianhezidaojishizhaohezi。

 

 

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)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duiEMI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)
，suodedaodeshizhongpinpufanweisuizhesanjiaobofududezengdaerzengda。shijiyingyongzhongxuhelixuanzesanjiaobodezhongfuzhouqi
，sanjiaobopinlvjiaodishihuitongguodianyuanxiangmonizixitongchanshengouhezaosheng；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。

 

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

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”kongzhidianyashoukongzhihuanludaikuandexianzhi。fouze，doudongkongzhidefenbuhanshujiangzhuanbianchenggaosihanshu，suodedaodepinpunengliangjiangzhuyaojizhongzaifeidoudongshizhongpinlvfujin。

 

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。

 

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、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。