SSC扩频时钟.doc

扩频时钟简介扩频时钟是出于解决EMI问题而提出来的，因为随着时钟频率的不断提高，电路板面积的不断缩小。以前传统的诸如屏蔽，滤波等EMI改善措施的应用已变得越来越困难，而扩频时钟的适时出现则恰如其分的解决了这个问题，并从源头上系统时钟处控制和减少了EMI发射强度。类似于扩频通信，扩频时钟也是用一个较低的频率调制系统时钟，使得窄带的周期性系统时钟被有意扩展为宽带，基频和谐波所包含的峰值能量显著降低，在频域上的表现是产生一个具有边带谐波的频谱。扩频时钟一般有如下参数：扩展率、扩频类型、调制率和调制波形。扩频类型指向下扩频、中心扩频或向上扩频，由于中心和向上扩频都会产生超过系统时钟的频率，会对系统造成影响所以一般向下扩频用的最为广泛。扩展率是频率抖动(或扩展)范围与原CLK频率(fC)的比值。虽然高扩展率加强了对EMI的衰减程度，但是高扩展率可能会超过系统最大额定频率或低于平均频率而影响到系统性能，是故扩展率一般在0.5%2.5%之间。调制率，fm，用于确定CLK频率扩展周期率，在该周期内CLK频率变化f 并返回到初始频率。一般来说频谱调制速率较低，可以实现频率平滑调制，减少调制后的时钟周期的抖动参数。因此当系统对时钟周期抖动参数较敏感时，降低调制速率是一种有效的设计手段。虽然通过减小频谱调制速率可以降低调制时钟源的时钟周期抖动，但是仍然会引入一定的附加的时钟周期抖动，在有些电路设计中会最终导致系统出错。调制波形代表CLK频率随时间的变化曲线，通常为三角波和非线性的Hershey kiss波。调制波形及其与 和fm的关系式一个典型的扩频时钟能带来EMI 幅度518dB的降低。MAX9492经过扩频和未经扩频情况下的时钟频谱。扩频情况下，扩展率为-2.5%向下扩频；调制率fm为30kHz，CLK标称频率fC为133.33MHz为什么是hershey kiss扩频时钟的的调制波形通常有三角波和非线性的Hershey kiss波形，相比三角波，hershey kiss能提供最佳的平坦度和最大的衰减幅度。为什么通常扩频时钟的调制频率是33kHz另一方面考虑到时序和降低周期抖动，扩频范围要尽可能的低。但是如果为了控制周期抖动而刻意压低PLL带宽，调职曲线则会产生扭曲，进而降低削弱EMI的能力。PLL带宽过低导致调制波形扭曲通常扩频时钟典型的调制频率范围在30到60kHz之间。由于像PCIE 这样的告诉串行总线，1.0的速率达到了2.5Gbps，2.0更是高达5Gbps，所以PCI SIG规定了扩展率为00.5%，调制频率为3033kHz，这样不但满足了EMI的衰减要求，也兼顾了将扩频时钟带来的周期抖动最小化的要求。高频辐射是解决EMC问题的一大难点，本帖分享展频技术解决高频辐射带来EMC难题方面的一些经验和研究成果，图文结合介绍展频技术的应用。尤其是对于车载设备，根据GB/T 18655标准，车载设备辐射骚扰需要测试到最高2.5Ghz频段，然而一些常规的手段一般都是针对于中低频进行处理，高频却很难有确切有效的解决办法：例如常规的滤波电容，其滤波性能主要取决于自身的插损特性，想要对高频率滤波，那么其插损的有效频带必须可以覆盖到高频才会有效，而要达到该要求，其自身的ESL须要做到很小才可以，有公式为依据： ESL越大其谐振频率越低，对高频的滤波效果就越差。而ESL取决与电容自身的物理特性，是由制作的工艺以及其封装外形所决定的。图1 电容插入损耗曲线图又比如常规的滤波器共模电阻，同样因为其自身的特性，频率得到高频时，电感自身的寄生电容又不可忽视，器件呈容性，共模阻抗会降低，导致其对高频噪声很难起到有效的衰减作用。图2 滤波器工模电阻特性曲线展频技术/tech/2096.html以上两例可以看出，常规的EMC器件在中低频或许是杀手锏，但往往对高频束手无策。这就会造成很尴尬的局面： 找到了问题点，却偏偏解决不掉。由此一项新的技术被开发出来，即展频技术，其原理通俗来说可以用一句话来概括：把时钟的尖峰在频域上拉宽，因为能量守恒，其尖峰能量自然会下降。应用展频技术往往会担心影响到产品的性能，其实大可不必，有图为证：图3 时钟信号展频前时域图图4 时钟信号展频后时域图从频域上可以看到中心频率在展频后没有发生偏移，但其能量得以分散。从时域上看时钟信号无论幅值又或是波形都没有变化。有的时钟能量较强，其高次谐波会达到GHz级别，因此造成的现象就是往往高频段超标都是一些间隔频率相等的单支噪声，这些单支点一般是某一时钟的倍频信号高次谐波。然而展频技术还有一个优点，那就是处理高频时钟谐波，越是高频的时钟谐波信号，其能量被展开的就越宽。下面展示一个24Mhz时钟的各个谐波展开情况。24Mhz时钟的各个谐波展开144Mhz时钟的各个谐波展开240Mhz时钟的各个谐波展开480Mhz时钟的各个谐波展开960Mhz时钟的各个谐波展开上图分别为24Mhz、144Mhz、240Mhz、480Mhz、960Mhz时钟的各个谐波展开情况，即24Mhz的基频、6次、10次、20次、40次谐波，可以看到，原本时钟单支尖峰能量被分散到具有边带谐波的频谱，并且越是高频展开效果越好，即降噪效果越