硅擴頻振蕩器在汽車電子產(chǎn)品中的應用（上）
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擴頻技術能夠很好地滿足FCC 規(guī)范和EMI 兼容性的要求，EMI 兼容性的好壞在很大程度上依賴于測量技術的通帶指標。擴頻振蕩器從根本上解決了峰值能量高度集中的問題，這些能量被分布在噪聲基底內(nèi)，降低了系統(tǒng)對濾波和屏蔽的需求，同時也帶來了其他一些好處。
高品質(zhì)的多媒體、音頻、視頻及無線系統(tǒng)在當今的汽車電子產(chǎn)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系統(tǒng)敏感頻段的射頻(RF)能量。對于高品質(zhì)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(chǎn)品利用“頻率調(diào)節(jié)”技術避免電源開關噪聲的影響，這種無線裝置能夠與供電電源進行通信，使電源按照指令改變其開關頻率，將能量峰值搬移到調(diào)諧器輸入頻段以外。在現(xiàn)代汽車電子產(chǎn)品中，隨著干擾源數(shù)量的增多，很難保證系統(tǒng)之間的協(xié)同工作，這種情況由于設備天線的多樣化以及對新添子系統(tǒng)放置位置的限制變得更為復雜。
擴頻振蕩器在數(shù)字音頻、工廠裝配、免提裝置等系統(tǒng)中具有獨特的優(yōu)勢，這些系統(tǒng)一般采用編解碼器改善音頻質(zhì)量，編解碼器與蜂窩電話或其它信息處理終端之間通過數(shù)字接口連接，如果利用“抖動”(擴頻)振蕩器作為編解碼器的時鐘源，能夠在非靜音情況下消除諧波噪聲。這種技術在采用了開關電容編解碼器的多媒體系統(tǒng)中很常見。除了抑制諧波噪聲外，SS 振蕩器能夠?qū)⒛芰糠逯到抵猎肼暬滓詢?nèi)，在無線跳頻網(wǎng)絡中可減小落入信道內(nèi)的干擾。
下一代汽車電子產(chǎn)品中，幾乎所有的子系統(tǒng)都傾向于利用SS 時鐘技術改善系統(tǒng)性能，降低EMI。針對這種應用，Maxim/Dallas 推出了全硅振蕩器，這種振蕩器能夠可靠啟振，而且具有抗震性。其成本與陶瓷諧振器相比極具競爭力，振蕩頻率從幾千赫茲到幾十兆赫茲。
汽車電子產(chǎn)品的設計考慮
有效控制EMI 是電子工程師在產(chǎn)品設計中所面臨的關鍵問題，數(shù)字系統(tǒng)時鐘是產(chǎn)生EMI 的重要“源泉”[1]，主要原因是：時鐘一般在系統(tǒng)中具有最高頻率，而且常常是周期性方波，時鐘引線長度通常也是系統(tǒng)布線中最長的。時鐘信號的頻譜包括基波和諧波，諧波成份的幅度隨著頻率的升高而降低。
系統(tǒng)中的其它信號(位于數(shù)據(jù)或地址總線上的信號)按照與時鐘同步的頻率刷新，但數(shù)據(jù)刷新動作發(fā)生在不確定的時間間隔，彼此之間不相關。由此產(chǎn)生的噪聲頻譜占有較寬的頻帶，噪聲幅度也遠遠低于時鐘產(chǎn)生的噪聲幅度。雖然這些信號產(chǎn)生的總噪聲能量遠遠高于時鐘噪聲能量，但它對EMI 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PC 板布局改善EMI 指標。但是，增加濾波器和屏蔽會提高系統(tǒng)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(通常是時鐘振蕩器)入手，產(chǎn)生隨時間改變的時鐘頻率可以很容易地降低基波和諧波幅度。
時鐘信號的能量是一定的，頻率變化的時鐘展寬了頻譜，因而也降低了各諧波分量的能量。產(chǎn)生這種時鐘的簡單方法是用三角波調(diào)制一個壓控振蕩器(VCO)，所得到的時鐘頻譜范圍隨著三角波幅度的增大而增大。實際應用中需合理選擇三角波的重復周期，三角波頻率較低時會通過電源向模擬子系統(tǒng)產(chǎn)生耦合噪聲；如果選擇頻率過高三角波，則會干擾數(shù)字電路。
圖1 是基于上述考慮的時鐘振蕩器原理圖，它用一個三角波控制VCO 輸出頻譜的帶寬，VCO 的中心頻率由DAC 和可編程8 位分頻器控制，可以在260kHz 至133MHz 范圍內(nèi)設置頻率。圖1 所示IC 通過2 線接口控制，控制字存儲在芯片內(nèi)部的EEPROM 內(nèi)，如果預先將頻率設置在所希望的頻點，該器件可以工作在單機模式，也可以在其空閑周期內(nèi)更新頻率，這也是它在低功耗應用中的一個優(yōu)勢。
圖1 DS1086 可編程時鐘發(fā)生器的核心電路是受三角波控制的VCO，頻率通過2 線接口編程，存儲在片內(nèi)EEPROM 內(nèi)。
圖2 給出了普通晶振與擴頻時鐘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%，與晶體時鐘振蕩器相比峰值幅度降低近25dB。
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