利用擴(kuò)頻時(shí)鐘降低電磁干擾
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擴(kuò)展百分比：調(diào)制信號(hào)的峰峰值振幅代表了擴(kuò)展百分比。擴(kuò)展百分比代表標(biāo)稱信號(hào)頻率的偏差。
擴(kuò)展類型：如果標(biāo)稱信號(hào)頻率是在調(diào)制曲線的中心，則稱為中心擴(kuò)展。如果信號(hào)頻率在調(diào)制曲線的頂部，則稱為向下擴(kuò)展。
案例分析
在信息技術(shù)設(shè)備中，CY 25100時(shí)鐘芯片被用來(lái)驅(qū)動(dòng)FPGA和以太網(wǎng)芯片(如圖4所示)。參考時(shí)鐘輸出為25MHz，沒(méi)有擴(kuò)展。125MHz信號(hào)通過(guò)片上鎖相環(huán)生成，可以是一個(gè)擴(kuò)頻時(shí)鐘。
圖4：CY25100應(yīng)用。
最初，客戶使用沒(méi)有擴(kuò)展的125MHz時(shí)鐘輸出。按照歐盟要求，該設(shè)備需要滿足EN 55022標(biāo)準(zhǔn)限值。設(shè)備樣機(jī)經(jīng)過(guò)測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)在125MHz的多個(gè)倍頻處有44dB輻射，超過(guò)了EN 55022標(biāo)準(zhǔn)的40dB限制。通過(guò)采用不同的擴(kuò)展百分比進(jìn)行一些試驗(yàn)，在31.7kHz處進(jìn)行±2%中心擴(kuò)展減少6dB的整體設(shè)備輻射，使得系統(tǒng)滿足了EN 55022要求并提供了2dB的裕量。
為了檢驗(yàn)在電磁干擾方面擴(kuò)頻時(shí)鐘的效果，在具有最低噪聲的簡(jiǎn)潔設(shè)置下使用鑒定板(即板上只有CY 25100器件)測(cè)量了125MHz時(shí)鐘峰值能量。沒(méi)有擴(kuò)頻時(shí)，測(cè)量到的時(shí)鐘信號(hào)峰值為-5.29dB。經(jīng)過(guò)±2%的擴(kuò)展后，時(shí)鐘峰值減少為8dB。表1顯示了擴(kuò)展百分比下的峰值減少情況。
表1：不同擴(kuò)展百分比的峰值測(cè)量。
使用擴(kuò)頻時(shí)鐘時(shí)，在電磁干擾輻射方面會(huì)有顯著改善。此外，這些改善不需要花費(fèi)時(shí)間和成本進(jìn)行樣機(jī)或電路板的重新設(shè)計(jì)。
使用擴(kuò)頻時(shí)鐘前檢查參數(shù)
抖動(dòng)：在低頻處擴(kuò)頻調(diào)制高頻時(shí)鐘信號(hào)，增加了周期上的時(shí)鐘沿偏差。這樣就導(dǎo)致了更高的抖動(dòng)。需要測(cè)量擴(kuò)頻時(shí)鐘的抖動(dòng)，并確定時(shí)鐘接收端可以容忍擴(kuò)頻時(shí)鐘中增加的抖動(dòng)。
百萬(wàn)分率(PPM)誤差：百萬(wàn)分率(PPM)誤差參數(shù)用來(lái)測(cè)量時(shí)鐘信號(hào)精度。由于擴(kuò)展百分比，時(shí)鐘頻率將不同于標(biāo)稱頻率，因此，PPM誤差將會(huì)增大。對(duì)于PPM誤差規(guī)格非常嚴(yán)格的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，需要確保使用擴(kuò)頻后PPM誤差仍在限制范圍內(nèi)。
擴(kuò)展已知鎖相環(huán)：假設(shè)應(yīng)用中采用單個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)多個(gè)時(shí)鐘接收芯片，那么零延遲緩沖器就可以用來(lái)滿足時(shí)鐘接收負(fù)載。如果最初生成的時(shí)鐘信號(hào)有擴(kuò)頻，需要通過(guò)讓其經(jīng)過(guò)時(shí)鐘接收端以充分減少電磁干擾來(lái)驗(yàn)證零延遲緩沖器支持?jǐn)U展。如果零延遲緩沖器不支持?jǐn)U展，輸入擴(kuò)展將會(huì)在時(shí)鐘緩沖器輸出出現(xiàn)偏移。這被稱為跟蹤偏移，如果應(yīng)用對(duì)偏移規(guī)格要求較為嚴(yán)格(例如：同步應(yīng)用)，那么它就需要被關(guān)注。
為專門應(yīng)用選擇擴(kuò)展參數(shù)
增加擴(kuò)展百分比，峰值能量會(huì)相應(yīng)減少，但峰值降低速率并不是常數(shù)。如表1所示，當(dāng)擴(kuò)展百分比為±2%時(shí)，峰值減少8.08dB((-13.37)-(-5.29)dB)。當(dāng)擴(kuò)展百分比增加到±2.5%時(shí)，峰值減少8.82dB((-14.11)-(-5.29)dB)。因此，對(duì)于進(jìn)一步的±0.5%擴(kuò)展增量，可以觀察到小于1dB的峰值降低。
擴(kuò)展類型(向下擴(kuò)展/中心擴(kuò)展)：這取決于時(shí)鐘接收端的最高工作頻率。如果時(shí)鐘接收端支持正常頻率的±容限，可以使用中心擴(kuò)展或向下擴(kuò)展。中心擴(kuò)展可以使標(biāo)稱頻率在兩個(gè)方向上發(fā)生變化，例如，25MHz經(jīng)過(guò)±1%擴(kuò)展，可以從24.75MHz到25.25MHz變化。向下擴(kuò)展只向下變化標(biāo)稱頻率，可以確保最大頻率一直為標(biāo)稱頻率，例如，25MHz經(jīng)過(guò)-1%擴(kuò)展，將會(huì)從24.75MHz到25MHz變化。在正常頻率為最高頻率的情況下，向下擴(kuò)展是正確的選擇。
調(diào)制曲線：Lexmark曲線相對(duì)于Linear曲線來(lái)說(shuō)可以更好的降低峰值。如果時(shí)鐘發(fā)生器支持Lexmark曲線，那么就選擇它。
在復(fù)雜的系統(tǒng)應(yīng)用中會(huì)包含多個(gè)數(shù)據(jù)、時(shí)鐘和地址總線，它們運(yùn)行在不同的速度，使用不同的電源，支持不同的通信協(xié)議，只使用一個(gè)特定頻率的擴(kuò)頻時(shí)鐘不足以完全管理系統(tǒng)的電磁干擾。設(shè)計(jì)人員還需要特別注意電路板設(shè)計(jì)問(wèn)題(例如串?dāng)_和接地回路)，因?yàn)檫@里有多個(gè)噪聲源。在這樣的復(fù)雜系統(tǒng)中，可能有一些協(xié)議由于PPM需求或抖動(dòng)規(guī)格而使得功能沒(méi)有被最優(yōu)化。擴(kuò)頻時(shí)鐘可以幫助降低由時(shí)鐘帶來(lái)的總輻射，但是也需要其他技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)其他不支持?jǐn)U展的數(shù)據(jù)或時(shí)鐘信號(hào)。不過(guò)，如上所示的案例分析，具備擴(kuò)頻能力總會(huì)是一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵撃芰p少了許多具有挑戰(zhàn)性的電磁干擾源所必需的屏蔽和濾波。
評(píng)論