EMC技术-展频

happywzb Post at 2008/9/8 13:01:00

关于展频的研究:

原理:

展频-spread spectrum clock:现如今最为先进有效的EMI抑制手段,对于峰值测量有很好的效果,原理是将单频率点的能量分散开至某一个展频范围内的能量,从而降低单点的峰值能量。

相关参数:

Spread type: down-spreading; center-spreading; up-spreading;

Spread rate:展频宽度与中心频率的比值;

对展频率的定义如下:(frequency range is ,被展频率的原始频率是 , 为展频率.)

Down spreading:

Center spreading

Up spreading:

Modulation rate调制率用于决定时钟频率的展频周期,在调制周期内频率经历 再回到

Modulation waveform:通常为三角形的锯齿波形状,一般频率在30K(大于audio频率)到60K范围内.

下图为引入展频后的效果图(figure 3):

Note:关于三种不同展频方式有一点需要说明,当采用up spreading and center spreading时,有可能会有产生over timing现象,即超频危险。

 

引入SSC后的EMI Reduction评估:

作为应用工程师,那么应该明白展频的相关参数和她的EMI抑制能力有什么关系呢?

事实上,在频域EMI强度反映在频谱上分布的能量,所以这里先分析频谱,同时为了简化问题,从此只是分析clock的基频而暂时不考虑高次谐波问题。

首先对于为进行展频的CLK,时域下可以表述为:

对展频时钟:

以上俩表达式可以看出,在频域中为展频时钟就一个单根频率,也可以说是一个频率点,且在该点出的能量为 ,由于为调制的时钟的频谱即为一个单点,所以它的能量与频谱仪的RBW(解析带宽)是没有关系的;而对作展频时钟来说,式中的w(t)即为调制波形的时域表达式,它的频谱能量是与RBW有关系的,由于时钟能量几乎均匀的分布与该段展频内,所以经过展频后,该点 的能量为: ,其中的B为该频谱仪的RBW(解析带宽)。

这样的话,可以得出EMI Reduction rate-S:

db.

综合考虑调制率和三种调制方式,可以得出如下的计算式:

a.   for up spreading & down spreading:

;

b.   for center spreading

;

需要说明的是:EMI抑制率S是与调制率无关的,因为:

其中 为频谱仪的扫描频率, 为调制频率, 为中心频率。

关于展频还有几点:

展频主要用于时钟方波上,方波信号包括基频和奇次谐波;

2),大多数时钟的占空比是不会有50%的,结果谐波的幅度往往比基波还高;

3),EMI最强的往往分布在时钟的基波和35次谐波上;

4),nth 谐波的spreading spectrum为基波展频的n倍;

5),展频处理应该防止的负面效应是:cycletocycle jitterpeaktopeak jitter

6),PC clock jitter solution

For PC system,调制频率一般在30k60k,太低会有audio niose,在PC中,cpupciclock是常常倍调制的,但诸如usbsuperI/O等固定频率是通常不会倍调制的;SSC 后不会影响时钟的边缘,调制分线性和非线性的调制,一般的线性调制的频率变化有规律可循,但是EMI抑制稍差,相反,非线性的调制的EMI抑制较强但频率变化随机。在notebook的实际应用中,I2C bus常常用于开关时钟信号的驱动器件或时钟的输出,不用的时钟信号也会倍关闭从而有利于降低EMI,有时I2C也用于开关ssc

 

 

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