硅擴(kuò)頻振蕩器在汽車(chē)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

“加抖”波形為確保時(shí)鐘信號(hào)能夠被系統(tǒng)所接受，時(shí)鐘抖動(dòng)范圍一般比較小10%)。這樣，“加抖”過(guò)程與窄帶FM調(diào)制非常類(lèi)似。

相應(yīng)的調(diào)制理論給出了抖動(dòng)波形與頻譜結(jié)果之間的簡(jiǎn)單關(guān)系，即：時(shí)鐘頻率的“概率密度函數(shù)”與抖動(dòng)時(shí)鐘輸出的頻譜具有相同的形狀，鋸齒波是一種常見(jiàn)的“加抖”波形，每個(gè)加抖周期可以準(zhǔn)確地進(jìn)入每個(gè)頻點(diǎn)兩次。由于每個(gè)頻點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間比例相同，因此，概率密度函數(shù)在整個(gè)頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)隨著頻率的變化而保持一個(gè)常數(shù)，得到均勻概率的分布(圖1)。

這種抖動(dòng)波形的頻譜相同，頻譜能量均勻地分布在一個(gè)較窄的頻段，對(duì)于所允許的(Fmax - Fmin)頻率范圍來(lái)說(shuō)，這種頻譜分布是最佳的，因?yàn)樗诿總€(gè)頻點(diǎn)所得到的頻譜能量是最低的。

這種頻譜也可以利用偽隨機(jī)頻率抖動(dòng)器獲得，這種方式通常是產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)序列的頻率，并以一定的間隔重復(fù)，每個(gè)頻點(diǎn)在一個(gè)周期只出現(xiàn)一次，所得到的概率密度分布也是均勻的，與三角抖動(dòng)器相同。這種方式通常用于其它領(lǐng)域。

頻譜衰減考察一個(gè)抖動(dòng)時(shí)鐘電路的好壞，主要是看窄帶頻譜中每個(gè)頻點(diǎn)的能量相對(duì)于單音時(shí)鐘能量降低了多少。本節(jié)推導(dǎo)出了一個(gè)用于優(yōu)化均勻擴(kuò)展頻譜波形的關(guān)系式。

以下觀點(diǎn)有助于理解擴(kuò)頻頻譜的能量：1、從單音到抖動(dòng)時(shí)鐘的轉(zhuǎn)換不會(huì)改變時(shí)鐘能量，只是加抖后單音時(shí)鐘的能量被分布在一個(gè)較寬的頻帶內(nèi)。2、周期性“加抖”時(shí)鐘的頻譜由以“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(gè)抖動(dòng)諧波頻段：VRMS (dB) = 20log[sqrt({(F0 * a)/Fd｝*Fu2)]= 10log[{(F0 *a)/Fd ｝]+ 20log[Fu ]，式中：F0是加抖之前的頻率，a是相對(duì)于非抖動(dòng)頻率的抖動(dòng)系數(shù)，F(xiàn)u是抖動(dòng)時(shí)鐘頻帶內(nèi)每個(gè)頻譜的RMS電壓。由此可以得到窄帶頻段內(nèi)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(dòng)時(shí)鐘帶寬(a*F0)內(nèi)產(chǎn)生的頻譜諧波分量越多，頻譜的能量就越低。作為一個(gè)例子，我們可以考察一下DS1086可編程時(shí)鐘發(fā)生器的抖動(dòng)結(jié)構(gòu)，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(dòng)系數(shù)(a)可以達(dá)到與降低“加抖”速率相同的目的。另外，該等式既適用于三角波加抖，也適用于偽隨機(jī)加抖，因?yàn)樗鼈兙哂邢嗤姆植肌?p>抖動(dòng)限制實(shí)際應(yīng)用中的一些因素會(huì)限制頻譜能量的衰減量，首先，由于抖動(dòng)改變了系統(tǒng)定時(shí)，存在頻率不穩(wěn)定性，據(jù)此，系統(tǒng)定義了對(duì)參數(shù)“a”的限制。

產(chǎn)生抖動(dòng)時(shí)鐘的電路也會(huì)限制“加抖”的速率，帶有鎖相環(huán)或其它控制環(huán)路(如DS1086)的系統(tǒng)，“加抖”控制電壓受控制環(huán)路帶寬的限制。否則，抖動(dòng)控制的分布函數(shù)將轉(zhuǎn)變成高斯函數(shù)，所得到的頻譜能量將主要集中在非抖動(dòng)時(shí)鐘頻率附近。

三角波抖動(dòng)時(shí)鐘結(jié)構(gòu)的主頻在其抖動(dòng)速率處，而偽隨機(jī)抖動(dòng)時(shí)鐘結(jié)構(gòu)要求頻帶高于抖動(dòng)模板的速率，頻率可以從最小值跳到最大值，而三角波模板中頻率是連續(xù)遞增的。環(huán)路帶寬與抖動(dòng)速率之間存在以下近似的關(guān)系：環(huán)路帶寬 > 3 (三角形模板速率) 環(huán)路帶寬 > 3 (偽隨機(jī)模板速率)

環(huán)路帶寬固定時(shí)，三角波模板能夠支持較高的抖動(dòng)頻率。因?yàn)槎秳?dòng)速率必須比干擾(以頻率抖動(dòng)形式出現(xiàn))的窄帶檢測(cè)快，對(duì)于相同的檢測(cè)時(shí)間，三角波模板的抖動(dòng)速率要比偽隨機(jī)模板更高一些。

抖動(dòng)檢測(cè)時(shí)間直接影響了最低抖動(dòng)速率，干擾信號(hào)的頻帶取決于具體應(yīng)用，抖動(dòng)頻率沒(méi)有一個(gè)確定的下限限制。對(duì)于抖動(dòng)頻率下限的另一考慮是抖動(dòng)速率本身產(chǎn)生的帶外噪聲。對(duì)于線(xiàn)性系統(tǒng)，三角波抖動(dòng)器不會(huì)在抖動(dòng)速率處產(chǎn)生諧波。但是，如果非線(xiàn)性電路拾取了時(shí)鐘信號(hào)，將會(huì)產(chǎn)生一些所不希望的頻譜成分，低抖動(dòng)頻率被混頻后產(chǎn)生位于有效工作頻段的干擾信號(hào)。

擴(kuò)頻技術(shù)并不用于取代傳統(tǒng)的EMI抑制技術(shù)，如：濾波、屏蔽和良好的線(xiàn)路板布局。該技術(shù)能夠從根本上改善系統(tǒng)的性能，特別是對(duì)于子系統(tǒng)或外設(shè)易受峰值能量干擾的設(shè)備。在汽車(chē)產(chǎn)品或家庭娛樂(lè)設(shè)備中能夠大大降低射頻/TV干擾。良好的PCB布局是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保障，擴(kuò)頻時(shí)鐘則有助于系統(tǒng)通過(guò)EMI認(rèn)證，而且可以減少系統(tǒng)對(duì)濾波、屏蔽的需求，降低系統(tǒng)成本。