深入了解展频技术
硬件设计技术 2024-05-09

一、前 言:

作为 EMI 解决方案,扩频时钟发生器(SSCG)正在受到业界的关注。SSCG(Spread Spectrum Clock Generator) 不仅具有高度的电磁干扰(EMI)抑制效果,还有助于产品的小型化并能有效缩短开发时间。

以往的 EMI 解决方案都是如下图 (a) 所示那样,采用加入扼流圈、屏蔽罩等 抑制干扰组件的方式来实现。但是,伴 随着电子产品的高性能化和多功能化, 电路的工作频率不断升高,采用以往的 EMI 解决方案达不到要求的案例也越来 越常见。因此,SSCG 作为高效的 EMI 解 决方案而广受关注。在下图 (b)所示的使用案例中, SSCG 被设置在 ASIC 或 CPU 的时钟输入 端与时钟源(晶振等)之间。

二、原理:

1)、SSCG 就是 一种 EMI 抑制元器件,它让时钟慢慢地 一点点地变化来分散输出时钟的能量。其原理类似于下图所示的例子,让 水压(频谱能量)一定的水从一个小孔 (固定频率)中喷出,这和让它从淋浴 喷头的多个小孔(分散频率)中喷出的 效果是不同的。后者的水压得到了分散, 水的喷出力度(辐射噪声)会变小很多。

2)、展频的基本原理是通过将窄带信号转换为宽带信号,将能量分散在多个频率上,从而降低 EMI 的影响。

三、应用:

SSCG不仅对时钟振荡频率(基波) 有抑制作用,对高次谐波的峰值也有抑 制作用。此外,如果把SSCG作为ASIC或 CPU的时钟源,SSCG不仅对ASIC或CPU自身的EMI辐射噪声有抑制作用,对ASIC 或CPU的输出信号也有效,从而抑制整 个系统的EMI。 下图所示为SSCG输出的基波和高次 谐波的频谱波形。

四、典型框图:

五、扩频技术的主要参数:

1、调制深度、调制量

从下方图 2中可以看到,与单个未调制的窄带信号相比,调制频率呈现为宽带信号而且峰值降低 20 dB。如果发射信号不常进入接收器的频带而且停留的时间很短 (相对于其响应时间),则可以显著降低 EMI。例如,在降低 EMI 方面,±10% 的频率调制比±2% 的频率调制有效得多。 1不过,开关稳压器所能容许的频率范围是有限的。一般来说,大多数开关稳压器都能轻松容忍±10% 的频率变化。

2、调制速度:

与调制量类似,对于某个给定的接收器,随着频率调制速率的增加 (跳频速率),给定接收器的 EMI 处于带内的时间将减少,因此 EMI将降低。然而,开关稳压器所能跟踪的频率变化速率(dF/dt) 具有一个限值。其解决方案则是找出那个不影响开关稳压器输出调节性能的较高调制速率。


六、注释:

1、对于微处理器和数据时钟,±2% 的 SSFM 很常见,因为它们 不能容忍较大的频率变化。

2、完全伪随机序列的重复速率保证小于 20 Hz。


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