利用扩频时钟降低电磁干扰

射减少。

案例分析

在信息技术设备中，CY 25100时钟芯片被用来驱动FPGA和以太网芯片(如图4所示)。参考时钟输出为25MHz，没有扩展。125MHz信号通过片上锁相环生成，可以是一个扩频时钟。

图4：CY25100应用。

最初，客户使用没有扩展的125MHz时钟输出。按照欧盟要求，该设备需要满足EN 55022标准限值。设备样机经过测试后，发现在125MHz的多个倍频处有44dB辐射，超过了EN 55022标准的40dB限制。通过采用不同的扩展百分比进行一些试验，在31.7kHz处进行±2%中心扩展减少6dB的整体设备辐射，使得系统满足了EN 55022要求并提供了2dB的裕量。

为了检验在电磁干扰方面扩频时钟的效果，在具有最低噪声的简洁设置下使用鉴定板(即板上只有CY 25100器件)测量了125MHz时钟峰值能量。没有扩频时，测量到的时钟信号峰值为-5.29dB。经过±2%的扩展后，时钟峰值减少为8dB。表1显示了扩展百分比下的峰值减少情况。

表1：不同扩展百分比的峰值测量。

使用扩频时钟时，在电磁干扰辐射方面会有显着改善。此外，这些改善不需要花费时间和成本进行样机或电路板的重新设计。

使用扩频时钟前检查参数

抖动：在低频处扩频调制高频时钟信号，增加了周期上的时钟沿偏差。这样就导致了更高的抖动。需要测量扩频时钟的抖动，并确定时钟接收端可以容忍扩频时钟中增加的抖动。

百万分率(PPM)误差：百万分率(PPM)误差参数用来测量时钟信号精度。由于扩展百分比，时钟频率将不同于标称频率，因此，PPM误差将会增大。对于PPM误差规格非常严格的应用来说，需要确保使用扩频后PPM误差仍在限制范围内。

扩展已知锁相环：假设应用中采用单个时钟驱动多个时钟接收芯片，那么零延迟缓冲器就可以用来满足时钟接收负载。如果最初生成的时钟信号有扩频，需要通过让其经过时钟接收端以充分减少电磁干扰来验证零延迟缓冲器支持扩展。如果零延迟缓冲器不支持扩展，输入扩展将会在时钟缓冲器输出出现偏移。这被称为跟踪偏移，如果应用对偏移规格要求较为严格(例如：同步应用)，那么它就需要被关注。

为专门应用选择扩展参数

增加扩展百分比，峰值能量会相应减少，但峰值降低速率并不是常数。如表1所示，当扩展百分比为±2%时，峰值减少8.08dB((-13.37)-(-5.29)dB)。当扩展百分比增加到±2.5%时，峰值减少8.82dB((-14.11)-(-5.29)dB)。因此，对于进一步的±0.5%扩展增量，可以观察到小于1dB的峰值降低。

扩展类型(向下扩展/中心扩展)：这取决于时钟接收端的最高工作频率。如果时钟接收端支持正常频率的±容限，可以使用中心扩展或向下扩展。中心扩展可以使标称频率在两个方向上发生变化，例如，25MHz经过±1%扩展，可以从24.75MHz到25.25MHz变化。向下扩展只向下变化标称频率，可以确保最大频率一直为标称频率，例如，25MHz经过-1%扩展，将会从24.75MHz到25MHz变化。在正常频率为最高频率的情况下，向下扩展是正确的选择。

调制频率：许多时钟发生器支持大约在30至120kHz的宽范围调制频率。最常用的范围是30到60kHz之间。调制频率可以为该范围内的任何频率，只要这些频率或其倍频不干扰其他系统或设备的操作或与它们相耦合。

调制曲线：Lexmark曲线相对于Linear曲线来说可以更好的降低峰值。如果时钟发生器支持Lexmark曲线，那么就选择它。

在复杂的系统应用中会包含多个数据、时钟和地址总线，它们运行在不同的速度，使用不同的电源，支持不同的通信协议，只使用一个特定频率的扩频时钟不足以完全管理系统的电磁干扰。设计人员还需要特别注意电路板设计问题(例如串扰和接地回路)，因为这里有多个噪声源。在这样的复杂系统中，可能有一些协议由于PPM需求或抖动规格而使得功能没有被最优化。扩频时钟可以帮助降低由时钟带来的总辐射，但是也需要其他技术来弥补其他不支持扩展的数据或时钟信号。不过，如上所示的案例分析，具备扩频能力总会是一项优势，因为该能力减少了许多具有挑战性的电磁干扰源所必需的屏蔽和滤波。