利用可编程展频时钟生成器来降低EMI干扰

电磁干扰(EMI)是一种不会通过造成车祸号召或几乎工作实质从而影响电气/电子设备性能的能量。EMI是由电磁辐射电磁场或者感应器电压和电流产生的。当前高速数字系统中的高时钟频率和较短边率也不会造成EMI问题。传导和升空EMI的一个最重要产生源是相连交流电源线的电气设备，例如电脑和开关电源，以及具有电动马达的电气设备，例如冰箱、空调和电单车等。

一旦电气设备的EMI传导到一个电路里，里面的线缆就不会像一根天线一样，将传导EMI以RFI(无线电阻碍)的形式广播到整个电路中。图1：时钟域里的HersheyKiss展频时钟频率概图。EMI有可能影响并不大，也有可能造成灾难性的故障，所以对EMI的有效地掌控是十分最重要的。

电磁兼容性(EMC)是指系统能在登录环境下运营而会传导或升空过量电池阻碍的能力。EMI标准和涉及成本EMC标准的宗旨是为了保证电子设备会影响其它电子设备的运营甚至造成设备的故障。各国针对电视、广播、便携式娱乐设备、电子游戏和互联网设备等消费电子设备的EMI屏蔽功能的拒绝各有不同。

目前为止早已有各种各样的的组织公布了EMI规范。在美国，FCC公布了针对A?级和B级电子设备的第15部分J章规范。

A?级和A层规范针对的是工业设备，而B级和B层规范则限于于消费电子产品。EMI规则增加了电子设备之间的阻碍，解决问题了身体健康和安全性方面的问题。

图2：频率域里的展频时钟频率概图。如何掌控EMI，一般要考虑到以下几个因素：1)PCB设计－灵敏元件、电源和地面层的隔绝2)电路电流－EMI电磁辐射不会随电流减小而减少3)频率，还包括转弯亲率－EMI电磁辐射不会造成频率增高4)比特率5)电路电路区域－维持在大于6)屏蔽/过滤器－融合合理的设计、过滤器、屏蔽和其它技巧，来以低于成本的方法将EMI掌控在所须要等级7)展频时钟－适合的展频数量和调制频率8)晃动应用于系统中时钟的中心频率，以便将电磁辐射能量扩展到多个频段，而不是让所有能量电磁辐射到一个频率。

掌控和减少EMI的方法掌控和减少EMI有两个基本方法：诱导和吸取。最常用的减震方法还包括合理的设备电路设计、屏蔽、短路、过滤器、隔绝、隔开和定向、电路电阻级掌控、线缆设计和噪音避免等。

这些方法拒绝用于无源和有源元件，例如滤波器、扼流器、铁氧体磁珠、箔片和??件，并融合PCB设计规则和展频时钟生成器(SSCG)。图3：HersheyKiss展频概图的优势。在源头处解决问题EMI问题EMC设计的一个基本原则是在PCB的源头处弱化EMI。

展频法是指无意将尤其比特率中产生的电磁辐射能量扩展到频率域，产生一个比特率更大的信号。展品时钟生成器(SSCG)就可以继续执行这一功能。

在自由选择展频时钟来弱化消费电子产品的EMI时，开发人员必需保证以下几点：1)系统必需通过EMI型式测试。较好的频率概图和调制频率是最重要的。高质量的HersheyKiss频率概图在减少EMI上是性能最差的；与之比起，三角频率概图必须更大的拓展量才能将EMI减少到某种程度等级(闻图1至图3)。

调制频率越高，就能将EMI降至更加较低的程度(如图4)。2)即便展频有副作用，也要维持系统性能。首先，PLL必需运营于一个理想状态，例如较高的PFD和VCO频率和必要的比特率等等。

第二，频率拓展量必需尽量小，以便维持较高的系统时序余度和较低的周期间晃动。频率拓展量更加小，系统的平均值频率就会减少过于多，因而系统的运营速度也就会那么快。3)要将对系统总成本的影响最小化。

在消费电子产品中，展频时钟芯片的价格一向是一个主要的价格问题。但是，在最近几年消费电子产品复杂性更加低的同时，开发人员也要慎重考虑开发成本和风险。比如，在诱导EMI和晃动中即便只有一项拒绝没超过，消费电子产品的系统时钟必须调整的可能性就更大。

可编程型诱导EMI的方法的灵活性，可以大大降低开发成本和风险，从而保证符合所有拒绝。图4：通过调制频率减少EMI。展频时钟生成器展频时钟生成器(SSCG)可分为可编程和不可编程两种，也可以根据其否有HersheyKiss频率还是三角展频来分类。有所不同消费电子产品的展频时钟对于频率、中心或向上拓展、拓展量、调制频率、HersheyKiss或三角展频等的拒绝是有所不同的。

由于非可编程式展频时钟芯片是为类似应用于自定义的，频率范围和拓展量只有几个相同的可选项，要在最大化成本/性能的同时符合拟合展频拒绝，就显得十分艰难。市场上大部分相同功能的时钟芯片都有多个相同的可选择输出频率范围(如20-40MHz,40-80MHz和80-160MHz)以及拓展亲率(如0.5%,1%,2%和3%)。要构建优化，就必须两套PLL参数，一套针对EMI诱导性能，另一套面向PLL性能。

图5：GPSSCG缓冲器芯片中的频率调整。当实际配备和这些理想设置有偏差时，各种副作用就不会产生。

比如，如果输出频率不出所选范围的上方，VCO和调制频率就不会被直线调整(右图6)。如果PLL比特率太低(一般是由于掌控周期间晃动，如图6右图)，那么频率概图就不会变形，从而影响EMI性能。

当输出频率低于时，结果是最差劲的：因为PDF和VCO频率都很低，周期间晃动大大增加，并且由于调制频率较低而频率概图有可能变形，EMI诱导性能就不会大大降低。图6：频率调整和理想概图较为。

当拓展量的自由选择受到限制时，开发人员就必需自由选择一个远超过必须的更大拓展量。这经常不会减少周期间晃动，并减少系统时序支出。如果没一个拓展亲率可以符合系统拒绝，开发人员就必需拒绝时钟供应商对设计做出改动并获取一款新的芯片，而这个过程中，哪怕意味着是转变一个金属层那么非常简单，也最多必须数周的时间，并且成本一般都十分低。

与之比起，一个可编程的展频时钟生成器则需要获取反对可现场编程性的标准化时钟，并融合片上非易失性存储器，构建动态的展频参数重置，从而不必须让厂家花上大量时间和成本对芯片展开改动。可编程性还让展频时钟性能需要针对所拒绝的规格展开优化。比如，开发人员可以规定2.1%的准确拓展亲率(而不是相同自由选择的3%)，或者为构建所需的频率设置而优化调制模式。

上面的图4展出了如何利用一个具有2个展频PLL的4PLL型时钟芯片，通过调制频率优化来精彩将EMI减少3～4dB的。这些拓展的PLL都有两个独立国家拓展模式可供选择。

大部分开发人员都更喜欢用于HersheyKiss展频时钟来构建更佳的EMI诱导性能，但很多时钟供应商都只获取线性展频时钟。在理想情况下，一个SSCG必需同时获取HersheyKiss和线性展频时钟。图3展示出HersheyKiss展频时钟在上面右图的4PLL时钟芯片测试条件下重复使用EMI减少了1.67dB。

另外，最重要的时钟参数，例如PLL电荷泵电流、VCO增益和输入驱动强度，都是必需需要编程设置的。这样的灵活性需要大大提高系统性能，增加系统研发时间，将改动容许到大于并减少风险。

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