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Abracon晶振工程師獨(dú)家記錄EMI保護(hù)和擴(kuò)頻技術(shù)

來(lái)源：http://www.element79mechanical.com 作者：億金電子 2018年12月05

在過(guò)去,屏蔽和過(guò)濾是最多的用于控制EMI的普遍方法.這種方法屏蔽和過(guò)濾會(huì)變得非常昂貴.如頻率增加,傳輸線的影響和地阻抗會(huì)放大輻射,并且在同時(shí)波長(zhǎng)減小,使屏蔽并且過(guò)濾效果較差.目前的趨勢(shì)是在源頭控制EMI使用擴(kuò)頻的單時(shí)鐘晶體振蕩器技術(shù).

擴(kuò)頻或多或少是頻率用獨(dú)特的波形調(diào)制時(shí)鐘信號(hào).在頻域中,這相當(dāng)于通過(guò)分配每個(gè)能量來(lái)減少峰值基波和諧波范圍很廣.該必須控制擴(kuò)頻方法與時(shí)鐘速率相比較慢,以保證時(shí)鐘石英晶體振蕩器,晶振頻率的變化是透明的系統(tǒng).從本質(zhì)上講,擴(kuò)頻是一種調(diào)制方式,調(diào)制方式以百分比衡量.

例如,0.5％的調(diào)制意味著a100MHz時(shí)鐘在99.5MHz和99.5MHz之間調(diào)制100.5MHz.這被稱(chēng)為0.5％的中心調(diào)制,自100MHz基頻頻率仍然是中心頻率.該設(shè)計(jì)師必須牢記周期到周期并且豌豆到峰值的抖動(dòng)必須保持在系統(tǒng)的規(guī)格.另一個(gè)重要因素是調(diào)制頻率,通常在千赫范圍內(nèi).這是基本上衡量的速度頻率掃描在99.5和100.5之間.該線性掃描是可預(yù)測(cè)的并且最普遍.

總的來(lái)說(shuō),晶振擴(kuò)頻方法已經(jīng)允許沒(méi)有增加系統(tǒng)性能妥協(xié)EMI.使用Abracon晶振擴(kuò)頻時(shí)鐘振蕩器不僅減小了封裝,節(jié)省了空間電路,并且減少了屏蔽和設(shè)計(jì)周期成本,但也加快產(chǎn)品的上市時(shí)間限制和標(biāo)準(zhǔn).Abracon晶振提供超低噪聲串聯(lián)振蕩器提供了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠解決昂貴的EMI問(wèn)題.

用于降低EMI的擴(kuò)頻技術(shù)已集成到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8和14引腳DIP插件晶振封裝和SMD晶振表面貼裝,小至5X7mm.這些產(chǎn)品完美的替代時(shí)鐘振蕩器,EMI降低高達(dá)20dB.

典型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)從一些基本時(shí)鐘源開(kāi)始,例如石英晶振晶體,陶瓷諧振器或有源晶振,石英晶體振蕩器,在某些頻率上,比方說(shuō)48MHz,驅(qū)動(dòng)處理器,內(nèi)存,串行/USB接口和一些前面板控制.48MHz時(shí)鐘晶體振蕩器轉(zhuǎn)換為其他時(shí)序組件,例如基于PLL的時(shí)鐘倍頻器處理器,內(nèi)存控制器和接口控制器.原始的48MHz時(shí)鐘晶體振蕩器很快變?yōu)?6MHz或24MHz驅(qū)動(dòng)串行接口.這些基頻和諧波頻率可能使合規(guī)性變得非常困難工程師實(shí)現(xiàn)認(rèn)證.

在設(shè)計(jì)階段,如果為時(shí)鐘源選擇了合適的晶振封裝和頻率,將來(lái)會(huì)有靈活性修改增加了.即使在設(shè)計(jì)階段完成后,總會(huì)有熱點(diǎn)需要一些過(guò)濾或屏蔽的形式.如果只需要減慢一個(gè)或兩個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)的上升時(shí)間,那就這樣了通常情況并非如此.但是,如果EMC工程師發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)限制已超過(guò)10dB在幾個(gè)較高頻率的諧波中,生產(chǎn)必須等到達(dá)到合規(guī)性.當(dāng)這個(gè)情況發(fā)生時(shí),有3種可能的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,重新設(shè)計(jì)以減少EMI,過(guò)濾并屏蔽每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)違反合規(guī)要求或更改物料清單以調(diào)出低EMI時(shí)鐘振蕩器.

SSC利用頻率調(diào)制載波將具有比未調(diào)制的更低峰值能量的事實(shí)載體.通過(guò)石英晶振頻率調(diào)制載波,能量分布在更廣泛的頻率范圍內(nèi),從而減少任何一個(gè)頻率中包含的峰值能量.將調(diào)制時(shí)鐘與非調(diào)制時(shí)鐘進(jìn)行比較在頻譜分析儀上的時(shí)鐘,可以看出調(diào)制時(shí)鐘和諧波頻率的峰值相對(duì)強(qiáng)度較低.時(shí)鐘能量的相對(duì)強(qiáng)度的差異以dB為單位測(cè)量.

以某種速率來(lái)回掃描基本時(shí)鐘的頻率將導(dǎo)致峰值能量的減少.擴(kuò)散越大,峰值能量減少越大.確定你需要多少傳播給定的應(yīng)用程序使用下面的簡(jiǎn)單公式來(lái)計(jì)算必要的dB減少量.這個(gè)公式假設(shè)一個(gè)具有50％占空比的理想時(shí)鐘,僅預(yù)測(cè)奇次諧波的EMI降低.降低dB的計(jì)算：

dB=6.5+9(Log10(F))+9(Log10(BW))

Where;F=FrequencyinMHzandBW=total%spread(2.5%=.025)

Usinga96and480MHzclockwitha2.5%spread,thetheoreticaldBreductionwouldbe;

dB@96MHz(Fund)=6.5+17.84–14.4=9.92

dB@480MHz(5th)=6.5+24.13–14.4=16.21

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