硅擴(kuò)頻振蕩器在汽車電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

“加抖”波形為確保時鐘信號能夠被系統(tǒng)所接受，時鐘抖動范圍一般比較小10%)。這樣，“加抖”過程與窄帶FM調(diào)制非常類似。

相應(yīng)的調(diào)制理論給出了抖動波形與頻譜結(jié)果之間的簡單關(guān)系，即：時鐘頻率的“概率密度函數(shù)”與抖動時鐘輸出的頻譜具有相同的形狀，鋸齒波是一種常見的“加抖”波形，每個加抖周期可以準(zhǔn)確地進(jìn)入每個頻點兩次。由于每個頻點出現(xiàn)的時間比例相同，因此，概率密度函數(shù)在整個頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)隨著頻率的變化而保持一個常數(shù)，得到均勻概率的分布(圖1)。

這種抖動波形的頻譜相同，頻譜能量均勻地分布在一個較窄的頻段，對于所允許的(Fmax - Fmin)頻率范圍來說，這種頻譜分布是最佳的，因為它在每個頻點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)頻率抖動器獲得，這種方式通常是產(chǎn)生一個長序列的頻率，并以一定的間隔重復(fù)，每個頻點在一個周期只出現(xiàn)一次，所得到的概率密度分布也是均勻的，與三角抖動器相同。這種方式通常用于其它領(lǐng)域。

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

以下觀點有助于理解擴(kuò)頻頻譜的能量：1、從單音到抖動時鐘的轉(zhuǎn)換不會改變時鐘能量，只是加抖后單音時鐘的能量被分布在一個較寬的頻帶內(nèi)。2、周期性“加抖”時鐘的頻譜由以“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抖動諧波頻段：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是相對于非抖動頻率的抖動系數(shù)，F(xiàn)u是抖動時鐘頻帶內(nèi)每個頻譜的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：在允許的抖動時鐘帶寬(a*F0)內(nèi)產(chǎn)生的頻譜諧波分量越多，頻譜的能量就越低。作為一個例子，我們可以考察一下DS1086可編程時鐘發(fā)生器的抖動結(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，因為它們具有相同的分布。

抖動限制實際應(yīng)用中的一些因素會限制頻譜能量的衰減量，首先，由于抖動改變了系統(tǒng)定時，存在頻率不穩(wěn)定性，據(jù)此，系統(tǒng)定義了對參數(shù)“a”的限制。

產(chǎn)生抖動時鐘的電路也會限制“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時鐘頻率附近。

三角波抖動時鐘結(jié)構(gòu)的主頻在其抖動速率處，而偽隨機(jī)抖動時鐘結(jié)構(gòu)要求頻帶高于抖動模板的速率，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，三角波模板能夠支持較高的抖動頻率。因為抖動速率必須比干擾(以頻率抖動形式出現(xiàn))的窄帶檢測快，對于相同的檢測時間，三角波模板的抖動速率要比偽隨機(jī)模板更高一些。

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

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，特別是對于子系統(tǒng)或外設(shè)易受峰值能量干擾的設(shè)備。在汽車產(chǎn)品或家庭娛樂設(shè)備中能夠大大降低射頻/TV干擾。良好的PCB布局是系統(tǒng)正常運行的基本保障，擴(kuò)頻時鐘則有助于系統(tǒng)通過EMI認(rèn)證，而且可以減少系統(tǒng)對濾波、屏蔽的需求，降低系統(tǒng)成本。