使用展頻技術(shù)降低輻射騷擾

在產(chǎn)品研發(fā)階段，硬件工程師通常會對產(chǎn)品做輻射騷擾測試，在輻射騷擾測試失敗的情況下，可以考慮使用展頻技術(shù)來降低輻射騷擾。結(jié)合ZLG致遠電子的核心板產(chǎn)品，本文將對底板的輻射干擾超標提供一些方法及參考。

展頻技術(shù)

展頻，即擴展頻譜技術(shù)。展頻技術(shù)是常用的無線通信技術(shù)。將單點能量分散到頻帶內(nèi)，EMI干擾就減小了。其原理類似于圖 1 所示的例子，讓水壓（頻譜能量）一定的水從一個小孔（固定頻率）中噴出，這和讓它從淋浴噴頭的多個小孔（分散頻率）中噴出的效果是不同的。后者的水壓得到了分散，水的噴出力度（輻射噪聲）會變小很多。

圖1 展頻原理（圖片來自網(wǎng)絡(luò),侵權(quán)刪除）

工作原理

原本的時鐘信號每個周期都是一樣的，周期時間長度也一樣，為Tclk。對Tclk進行微調(diào)，比如先將每個時鐘周期比上一個時鐘周期的時間加長一點點，累計n個周期之后,再將每個時鐘周期比上一個時鐘周期縮短一點點，再累計n個周期,如此循環(huán)。

這樣時間一定的話,包含總的時鐘周期的個數(shù)是不變的,但是里面的時鐘信號的每個周期都是不一樣的，如下圖 2所示：

圖2 時鐘波形（圖片來自網(wǎng)絡(luò),侵權(quán)刪除）

參考芯片手冊《IMX6ULLRM.pdf》， system PLL支持展頻功能。用于最小化輻射發(fā)射的應(yīng)用。system PLL輸出時鐘經(jīng)過展頻，使能量分布在更寬的帶寬上，從而減少峰值輻射發(fā)射。

展頻由CCM_ANALOG_PLL_SYS_SS 寄存器配置，使能后，PLL2輸出頻率會按照STEP域定義的頻點往下變化，直到STOP定義的頻率，然后掉頭升回到以前頻率。如下圖 3公式所示：

圖3 芯片手冊截圖

IMX6ULL的參考時鐘Fref=24MHz。最大的展頻范圍是24MHz。

工作原理

ZTP800系列示教器(移動HMI) 為機器人人機交互而生，滿足機器人在注塑行業(yè)、沖壓行業(yè)、車床行業(yè)、搬運碼垛、噴涂、玻璃機、壓鑄機、包裝設(shè)備、3C設(shè)備、鋰電池設(shè)備、紡織、流水線工作站、非標自動化裝備等不同工藝應(yīng)用場景下的人機交互需求。硬件參數(shù)如圖 4所示：

圖4 硬件參數(shù)

ZTP800系列示教器搭配M6Y2C核心板及8寸TFT大屏幕, 可實現(xiàn)豐富、清晰的人機交互窗口，提升產(chǎn)品檔次，并方便實現(xiàn)機器人的手動操作、示教編程、運行等人機對話功能。

M6Y2C是一款工業(yè)控制核心板,采用NXP Cortex?-A7 800MHz主頻的處理器，以先進的電源管理架構(gòu)帶來更低功耗。標配8路UART、2路USB OTG、2路CAN-Bus、2路以太網(wǎng)等接口；標配128/256MB DDR3和128/256MB NAND Flash、硬件看門狗；通過嚴格EMC和高低溫測試，確保核心板在嚴酷的環(huán)境下穩(wěn)定工作。

ZTP800系列示教器在輻射騷擾測試中，有多個頻點超標。經(jīng)過亮屏與滅屏的對比測試，確定是LCD時鐘引起的輻射超標，測試結(jié)果如圖 5所示：

圖5 超標頻點

技術(shù)實現(xiàn)

1. 固定LCDIF父時鐘

展頻只有528M_PLL能實現(xiàn)。因此，需要展頻的設(shè)備時鐘，需固定父時鐘為528M_PLL。

在arch/arm/mach-imx/clk-imx6ul.c文件中，添加父時鐘定義語句，如下：

clk_set_parent(clks[IMX6UL_CLK_LCDIF_PRE_SEL], clks[IMX6UL_CLK_PLL2_BUS]);

2. 設(shè)定展頻寄存器

設(shè)定調(diào)制頻率（Modulation frequency）為60K。根據(jù)公式推算出 (ssc_stop/ssc_step)=24000K/(2*(60K))=200。在雙變量的情況下，先約束其中一個，設(shè)置 ssc_step=6，那么ssc_stop=1200。

設(shè)定展頻范圍（spectrum spread range）=24Mhz，那么(DENOM/ ssc_stop)=1 ，DENOM=1200。

將上面計算出的值，代入圖 6中的兩個寄存器中。

圖6 寄存器

兩個寄存器的值可以轉(zhuǎn)換成16進制。如下：

CCM_ANALOG_PLL_SYS_SS=0x4B08006

CCM_ANALOG_PLL_SYS_DENOM=0x4B0

測試結(jié)果

展頻前，LCD_CLK波形，如圖 7所示：

圖7 展頻前

展頻后，LCD_CLK波形，如圖 8所示：

圖8 展頻后

輻射騷擾測試結(jié)果，之前超標的頻點都降低了輻射值，結(jié)果通過。如圖 9所示：

圖9 輻射騷擾測試結(jié)果