先前我們說(shuō)了說(shuō):為什么時(shí)鐘信號比數據信號更容易引起輻射超標?
為什么時(shí)鐘信號比數據信號更容易引起輻射超標?
并且做了試驗,如果認真看過(guò)的話(huà),就會(huì )明白,周期性的信號是窄帶頻譜,特定的頻率的幅值會(huì )很高,這對認證測試來(lái)說(shuō)非常的不利。而一般時(shí)鐘信號都是周期信號,這在電路中是少不了的。有沒(méi)有什么辦法,改造下時(shí)鐘的頻譜,同時(shí)又不影響功能呢?
答案是有的,那就是展頻技術(shù)。
展頻技術(shù)的應用
展頻技術(shù)經(jīng)常用于解決輻射問(wèn)題,比如我們前面說(shuō)的音頻功放,需要接LC濾波器。就有的廠(chǎng)家通過(guò)展頻技術(shù),推出不需要LC濾波器的IC,比如下面這個(gè)。
還有專(zhuān)門(mén)的展頻時(shí)鐘芯片,用于降低EMI。
那么問(wèn)題來(lái)了,展頻怎么就能解決輻射問(wèn)題呢?
如何展頻
展頻,通常理解,就是將窄帶頻譜擴展為寬帶頻譜,讓能量不集中到某一個(gè)頻率點(diǎn),將能量分散到多個(gè)頻率點(diǎn)。
我們知道,時(shí)鐘信號通常都是周期信號,它的頻譜就是窄帶的,能量集中。要想將它的頻譜進(jìn)行擴寬,那肯定要對時(shí)鐘信號進(jìn)行改造,如何改造呢?
原本的時(shí)鐘信號每個(gè)周期都是一樣的,周期時(shí)間長(cháng)度也一樣,為T(mén)clk。我們可以對其進(jìn)行微調,比如先將每個(gè)時(shí)鐘周期比上一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間加長(cháng)一點(diǎn)點(diǎn),累計n個(gè)周期之后,再將每個(gè)時(shí)鐘周期比上一個(gè)時(shí)鐘周期縮短一點(diǎn)點(diǎn),再累計n個(gè)周期,如此循環(huán)。
這樣時(shí)間一定的話(huà),包含總的時(shí)鐘周期的個(gè)數是不變的,但是里面的時(shí)鐘信號的每個(gè)周期都是不一樣的,如下圖。
從上面的描述可以看到,會(huì )有幾個(gè)參數。
一個(gè)是調制速度:就是完成一次循環(huán)的時(shí)間,也就是2n*Tclk,這個(gè)時(shí)間的倒數就是調制速度對應的調制頻率。
一個(gè)是調制深度:調制后,會(huì )有最長(cháng)的時(shí)鐘周期,也有最短的時(shí)鐘周期,它們相對原始周期長(cháng)度有一個(gè)差值,這個(gè)差值除以原來(lái)的時(shí)鐘周期,就是調制深度,是個(gè)百分數。
還有一個(gè)是調制方式:前說(shuō)的是時(shí)鐘周期長(cháng)度線(xiàn)性增加或者減小,這種方式叫線(xiàn)性調制方式,線(xiàn)性調制方式如下所示:
在中間虛線(xiàn)位置時(shí),時(shí)鐘的周期不變,也就是頻率不變。在三角波頂端時(shí),時(shí)鐘周期變到最小,也就是頻率變到最大,為f+△f。
這個(gè)三角波的頻率就是調制速度,它一般遠小于時(shí)鐘頻率,在30Khz-60Khz左右。
調制深度就對應△f,一般實(shí)際變化量很小,小于3%。
現在我們知道了展頻之后的信號是什么樣的,那么它真的能將窄帶頻譜變?yōu)閷拵ьl譜嗎?我們下面畫(huà)出它的頻譜。
展頻后的頻譜
1、為了減小計算量(量大電腦內存不夠用),我們讓時(shí)鐘的頻率為1,調制速度為時(shí)鐘的千分之一,即0．001Hz,調制深度為2%。
2、為了更為清楚的看到展頻之后的頻譜,我們對1Hz基頻來(lái)個(gè)特寫(xiě)。
調制之前1Hz的幅度是0．63,調制之后最高幅度為0．15。如果db來(lái)表示,那么就是降低了20log(0．63/0．15)=12．7dB。
3、上圖對應的是調制深度為2%,我們降低調制深度為1%,再來(lái)看看頻譜。
調制深度為1%的頻譜幅度最高為0．2,如果用db來(lái)表示,那么就是降低了20log(0．63/0．2)=9．96dB。
兩者對比,可看到,調制深度越大,頻譜越寬,幅度越小,對EMI的抑制作用也就越好。不過(guò)呢,調制深度大了,時(shí)鐘頻率變化越大,引起電路時(shí)序問(wèn)題的可能性也就越大。
4、如果調制深度不變,改變調制速度會(huì )怎么樣呢?
將調制速度從0．001改為0．0001,即降低10倍,調制深度為2%,頻譜如下圖。
頻譜幅度最高為0．05,如果db來(lái)表示,那么就是降低了20log(0．63/0．05)=22dB。
可以看到,調制速度降低,對EMI的抑制作用越好。不過(guò)通常不會(huì )低于30Khz,因為20Khz就處于人耳可聽(tīng)到的范圍,為了避免產(chǎn)生噪聲,不會(huì )再低了。
小結
1、 展頻技術(shù)可以將窄帶頻譜變成寬帶頻譜,能夠對輻射有抑制作用
2、調制速度越慢,調制深度越大,抑制效果越好
