擴展調製技術改善EMC性能的原理

 

擴頻調製技術能夠有效的降低EMI騷擾水平。下麵用一個40MHz的時鍾信號舉例說明其原理。

 

該時鍾信號未經調製時
，在時域上的波形為圖1（a）

，在頻域上的波形表現為（基波加諧波）圖1（b）：

 

（a）40MHz時鍾信號的時域波形

 

（b）40MHz時鍾信號的頻域波形

圖1：40MHz時鍾信號的時域和頻域波形

 

該時鍾信號經過擴頻調製後，時域上和頻域（基波加諧波）上的波形分別變為（圖2（a）和（b））：

 

（a）40MHz時鍾信號擴頻後的時域波形

 

（b）40MHz時鍾信號擴頻後的頻域波形

圖2：40MHz時鍾信號擴頻後的時域和頻域波形

 

從這幾張曲線來看
，時鍾信號經過擴頻之後
，時域上的波形變為了寬窄不等的方波

，頻率也不再是單一的數值，而是一個範圍（例中調製後的頻率範圍變為39M~41MHz）；在頻域上，頻譜也不再是孤立的峰，而是變為接近梯形的一個形狀。

 

一個時鍾信號經過擴頻調製後的波形通常如圖3suoshi。youyukuopintiaozhihoudeshizhongxinhaopinlvbiandebuzaiweiyi，shangshenghexiajiangyandechanshengshijianyezaiyigeduandeshijianfanweineibiandesuiji。zhegetedingdeshijianfanweishikekongde。kuopintiaozhijishujiushitongguojiangjizhongzaitongyipinlvdaidepinpufensandaogengduodepindai，yijiangdiyuanlaigudingpinlvshidesaoraodianping。

 

圖3 時鍾信號擴頻後的時域波形圖

 

擴頻調製的結果就是使得信號的頻譜帶寬變寬，使被測設備的騷擾在較寬的頻譜上均分
，通過這種途徑來使其通過EMC測(ce)試(shi)。接(jie)收(shou)機(ji)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)帶(dai)寬(kuan)一(yi)般(ban)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)
，當(dang)騷(sao)擾(rao)的(de)譜(pu)線(xian)變(bian)寬(kuan)後(hou)
，這(zhe)時(shi)一(yi)部(bu)分(fen)能(neng)量(liang)就(jiu)落(luo)在(zai)了(le)分(fen)辨(bian)率(lv)帶(dai)寬(kuan)以(yi)外(wai)，從(cong)而(er)測(ce)量(liang)值(zhi)也(ye)相(xiang)應(ying)變(bian)小(xiao)。采(cai)用(yong)擴(kuo)頻(pin)調(tiao)製(zhi)
，通(tong)常(chang)可(ke)以(yi)使(shi)被(bei)測(ce)設(she)備(bei)的(de)騷(sao)擾(rao)水(shui)平(ping)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)6~20dB之多。但是需要注意的是，它並不改變整個頻率範圍的騷擾能量。

 

采用擴頻調製技術解決EMC問題的整改案例

 

某企業生產的具有TV接收功能的便攜式DVD產品，需要通過CE認證，在進行輻射騷擾場強測試時騷擾超標。測試曲線（水平極化）如圖4所示：

 

圖4 帶TV功能的便攜式DVD輻射測試初測曲線

 

從(cong)圖(tu)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)

，該(gai)產(chan)品(pin)超(chao)標(biao)嚴(yan)重(zhong)。由(you)於(yu)被(bei)測(ce)樣(yang)機(ji)是(shi)便(bian)攜(xie)式(shi)產(chan)品(pin)，內(nei)部(bu)空(kong)間(jian)極(ji)小(xiao)，且(qie)樣(yang)機(ji)采(cai)用(yong)塑(su)料(liao)外(wai)殼(ke)，換(huan)上(shang)噴(pen)塗(tu)了(le)導(dao)電(dian)漆(qi)的(de)外(wai)殼(ke)後(hou)，輻(fu)射(she)測(ce)試(shi)仍(reng)然(ran)不(bu)合(he)格(ge)。但(dan)是(shi)從(cong)輻(fu)射(she)測(ce)試(shi)曲(qu)線(xian)上(shang)看(kan)
，超(chao)標(biao)頻(pin)點(dian)多(duo)為(wei)樣(yang)機(ji)內(nei)部(bu)時(shi)鍾(zhong)頻(pin)率(lv)的(de)諧(xie)波(bo)，企(qi)業(ye)於(yu)是(shi)決(jue)定(ding)采(cai)用(yong)擴(kuo)頻(pin)調(tiao)製(zhi)技(ji)術(shu)。

 

企業采用了某芯片廠家生產的型號為PCS3P7303AG的擴頻IC，其主要性能特點有：它是一款多功能的抑製EMI的IC，既可以輸入來源於晶振的時鍾信號，也可以輸入一個外部參考時鍾信號；頻率輸入和輸出範圍都是10MHz~80MHz
；具有頻率選擇功能；提供可選的擴頻調製工作模式，由外接電阻進行控製。

 

由於PCS3P7303AG具有以上特點，它特別適用於對晶振時鍾的擴頻處理。PCS3P7303AG的引腳定義如下（表1）：

 

表1 PCS3P7303AG的引腳定義

 

企業采用了IC廠家推薦的典型的外接電路
，該電路原理圖如圖5：

 

圖5 典型的外接電路

 

企業在該電路加了解碼板27MHz晶振的輸出端
，以實現對晶振時鍾的擴頻調製。另外，由於企業用的是MTK公司的解碼方案，該方案本身帶有擴頻功能
，可以對主芯片和SDRAM的通信時鍾121.5MHz進行擴頻調製，企業整改時也打開了這個功能。

 

改板後重測的輻射曲線為圖6（水平極化）：

 

圖6 采用擴頻調製技術後的輻射測試曲線

 

重測的結果雖然仍舊不合格，但是和之前的測試曲線相比
，已經發生了明顯的改善。在對例如162MHzdengzhexiejingzhendexiebopinlvjinxingdandianceliangshi，yekeyimingxiandekandaokuopinhoupinpufashengdebianhua。zaizhegeceshijieguodejichushang，qiyeyoujiashanglelvbojishu，zuizhongshiyangjishunlitongguoceshi。lvbobushibenwenzhongdian，xiangguandezhenggaicuoshijiubuliechu。

 

擴頻調製技術的特點

 

專用的具有擴頻調製功能的IC現在主要用來處理晶振這種時鍾源
，而對於主芯片發出的時鍾
，由於加入擴頻時會產生時序問題，目前還用的不多。本文中的PCS3P7303AG型擴頻IC，主要用在便攜式DVD、數碼相框
、電子閱讀器和手機等數碼設備上。對於液晶電視機和液晶顯示器這一類產品
，由於主要的方案商（M-STAR和MTK等）都(dou)在(zai)各(ge)自(zi)的(de)芯(xin)片(pian)中(zhong)加(jia)入(ru)了(le)擴(kuo)頻(pin)調(tiao)製(zhi)功(gong)能(neng)
，如(ru)果(guo)實(shi)際(ji)測(ce)試(shi)中(zhong)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)擴(kuo)頻(pin)處(chu)理(li)，隻(zhi)需(xu)在(zai)軟(ruan)件(jian)中(zhong)輸(shu)入(ru)口(kou)令(ling)打(da)開(kai)這(zhe)一(yi)功(gong)能(neng)即(ji)可(ke)。對(dui)時(shi)鍾(zhong)進(jin)行(xing)擴(kuo)頻(pin)調(tiao)製(zhi)後(hou)
，有(you)可(ke)能(neng)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)產(chan)品(pin)的(de)一(yi)些(xie)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)，但(dan)隻(zhi)要(yao)擴(kuo)頻(pin)IC外圍電路的參數選擇合適，還是可以將其對產品的影響控製在最小範圍。

 

擴頻調製技術利用了測量接收機在工作方式上的“漏洞”，但dan是shi目mu前qian全quan球qiu範fan圍wei內nei都dou接jie受shou了le這zhe種zhong方fang法fa。擴kuo頻pin調tiao製zhi技ji術shu在zai對dui幹gan擾rao的de處chu理li效xiao果guo上shang與yu濾lv波bo技ji術shu有you點dian類lei似si，但dan是shi原yuan理li上shang與yu濾lv波bo技ji術shu又you有you很hen大da的de差cha別bie，兩liang者zhe的de對dui比bi如ru下xia：

 

擴頻調製技術的效果僅僅是使被測設備容易通過EMC測試，在整個頻率範圍內，騷擾能量並沒有發生改變。濾波技術是將不需要的能量濾掉，以此來降低幹擾的幅度。

 

擴頻調製技術未改變脈衝的上升/下降沿
，而濾波技術通常是延緩了脈衝的上升沿

，從而降低高次諧波分量。

 

濾波技術通常使用的是低通濾波，也就是僅濾掉較高次的諧波
，而擴頻調製技術對低頻甚至對基波都有降低騷擾幅度的作用。

 

小結

 

本文討論了擴頻調製技術在EMC整改中的應用。作為一個新的技術
，擴頻調製目前已經在EMC中有了很多的應用場合，除了文中介紹的處理晶振時鍾的擴頻IC，現在已經有針對開關電源開關頻率進行擴頻處理的擴頻IC，和針對某一具體產品而開發的擴頻調製模塊，例如針對D類功放內部工作頻率的擴頻調製器等等。可以說，在時鍾頻率越來越高的今天，擴頻調製技術的應用，給解決EMC問題提供了一條嶄新的思路。

 

本文轉載自韜略科技EMC，作者：郭遠東

 

 

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