摘要：數(shù)字電子系統(tǒng)使我們的生活豐富多彩，但數(shù)字時鐘信號也扮演著“反面角色”，即傳導噪聲源(通過電纜)或電磁輻射干擾(emi)。由于潛在的噪聲問題，電子產品需要經(jīng)過相關標準的測試，以確保符合emi標準。汽車電子產品除了存在emi兼容性外，還要考慮其他諸多問題，為了簡化設計，擴頻(ss)振蕩器逐漸成為汽車電子儀表、駕駛員與乘客輔助電子產品開發(fā)的關注焦點。

　　擴頻振蕩器在汽車電子設計中的優(yōu)勢

　　擴頻技術能夠很好地滿足fcc規(guī)范和emi兼容性的要求，emi兼容性的好壞在很大程度上依賴于測量技術的通帶指標。擴頻振蕩器從根本上解決了峰值能量高度集中的問題，這些能量被分布在噪聲基底內，降低了系統(tǒng)對濾波和屏蔽的需求，同時也帶來了其他一些好處。

　　高品質的多媒體、音頻、視頻及無線系統(tǒng)在當今的汽車電子產品中所占的份額越來越大，設計人員不得不考慮分布在這些子系統(tǒng)敏感頻段的射頻(rf)能量。對于高品質的無線裝置，是否能夠消除rf峰值能量直接決定了方案的有效性。

　　多年以來，無線通信產品利用“頻率調節(jié)”技術避免電源開關噪聲的影響，這種無線裝置能夠與供電電源進行通信，使電源按照指令改變其開關頻率，將能量峰值搬移到調諧器輸入頻段以外。在現(xiàn)代汽車電子產品中，隨著干擾源數(shù)量的增多，很難保證系統(tǒng)之間的協(xié)同工作，這種情況由于設備天線的多樣化以及對新添子系統(tǒng)放置位置的限制變得更為復雜。

　　擴頻振蕩器在數(shù)字音頻、工廠裝配、免提裝置等系統(tǒng)中具有獨特的優(yōu)勢，這些系統(tǒng)一般采用編解碼器改善音頻質量，編解碼器與蜂窩電話或其它信息處理終端之間通過數(shù)字接口連接，如果利用“抖動”(擴頻)振蕩器作為編解碼器的時鐘源，能夠在非靜音情況下消除諧波噪聲。這種技術在采用了開關電容編解碼器的多媒體系統(tǒng)中很常見。除了抑制諧波噪聲外，ss振蕩器能夠將能量峰值降至噪聲基底以內，在無線跳頻網(wǎng)絡中可減小落入信道內的干擾。

　　下一代汽車電子產品中，幾乎所有的子系統(tǒng)都傾向于利用ss時鐘技術改善系統(tǒng)性能，降低emi。針對這種應用，maxim/dallas推出了全硅振蕩器，這種振蕩器能夠可靠啟振，而且具有抗震性。其成本與陶瓷諧振器相比極具競爭力，振蕩頻率從幾千赫茲到幾十兆赫茲。

　　汽車電子產品的設計考慮

　　有效控制emi是電子工程師在產品設計中所面臨的關鍵問題，數(shù)字系統(tǒng)時鐘是產生emi的重要“源泉”，主要原因是：時鐘一般在系統(tǒng)中具有最高頻率，而且常常是周期性方波，時鐘引線長度通常也是系統(tǒng)布線中最長的。時鐘信號的頻譜包括基波和諧波，諧波成份的幅度隨著頻率的升高而降低。

　　系統(tǒng)中的其它信號(位于數(shù)據(jù)或地址總線上的信號)按照與時鐘同步的頻率刷新，但數(shù)據(jù)刷新動作發(fā)生在不確定的時間間隔，彼此之間不相關。由此產生的噪聲頻譜占有較寬的頻帶，噪聲幅度也遠遠低于時鐘產生的噪聲幅度。雖然這些信號產生的總噪聲能量遠遠高于時鐘噪聲能量，但它對emi測試的影響非常小。emi測試關注的是最高頻譜功率密度的幅度，而不是總輻射能量。

　　實際應用中可以通過濾波、屏蔽以及良好的pc板布局改善emi指標。但是，增加濾波器和屏蔽會提高系統(tǒng)的成本，精確的線路板布局需要花費很長時間。解決emi問題的另一途徑是直接從噪聲源(通常是時鐘振蕩器)入手，產生隨時間改變的時鐘頻率可以很容易地降低基波和諧波幅度。

　　時鐘信號的能量是一定的，頻率變化的時鐘展寬了頻譜，因而也降低了各諧波分量的能量。產生這種時鐘的簡單方法是用三角波調制一個壓控振蕩器(vco)，所得到的時鐘頻譜范圍隨著三角波幅度的增大而增大。實際應用中需合理選擇三角波的重復周期，三角波頻率較低時會通過電源向模擬子系統(tǒng)產生耦合噪聲；如果選擇頻率過高三角波，則會干擾數(shù)字電路。

　　圖1是基于上述考慮的時鐘振蕩器原理圖，它用一個三角波控制vco輸出頻譜的帶寬，vco的中心頻率由dac和可編程8位分頻器控制，可以在260khz至133mhz范圍內設置頻率。圖1所示ic通過2線接口控制，控制字存儲在芯片內部的eeprom內，如果預先將頻率設置在所希望的頻點，該器件可以工作在單機模式，也可以在其空閑周期內更新頻率，這也是它在低功耗應用中的一個優(yōu)勢。

　　圖1 ds1086可編程時鐘發(fā)生器的核心電路是受三角波控制的vco，頻率通過2線接口編程，存儲在片內eeprom內。

　　圖2給出了普通晶振與擴頻時鐘振蕩器的頻譜對照圖，通過設置三角波的幅度可以將頻譜擴展4%，與晶體時鐘振蕩器相比峰值幅度降低近25db。

　　圖2. 晶體振蕩器頻譜與ds1086頻譜對照，頻譜擴展4%時相差25db。

　　利用擴頻振蕩器作為微處理器的時鐘源時，須確認微處理器能夠接受時鐘