硅扩频振荡器在汽车电子产品中的应用（上）

        扩频振荡器在汽车电子设计中的优势

        扩频技术能够很好地满足FCC 规范和EMI 兼容性的要求，EMI 兼容性的好坏在很大程度上依赖于测量技术的通带指标。扩频振荡器从根本上解决了峰值能量高度集中的问题，这些能量被分布在噪声基底内，降低了系统对滤波和屏蔽的需求，同时也带来了其他一些好处。

        高品质的多媒体、音频、视频及无线系统在当今的汽车电子产品中所占的份额越来越大，设计人员不得不考虑分布在这些子系统敏感频段的射频(RF)能量。对于高品质的无线装置，是否能够消除RF 峰值能量直接决定了方案的有效性。

        多年以来，无线通信产品利用“频率调节”技术避免电源开关噪声的影响，这种无线装置能够与供电电源进行通信，使电源按照指令改变其开关频率，将能量峰值搬移到调谐器输入频段以外。在现代汽车电子产品中，随着干扰源数量的增多，很难保证系统之间的协同工作，这种情况由于设备天线的多样化以及对新添子系统放置位置的限制变得更为复杂。

        扩频振荡器在数字音频、工厂装配、免提装置等系统中具有独特的优势，这些系统一般采用编解码器改善音频质量，编解码器与蜂窝电话或其它信息处理终端之间通过数字接口连接，如果利用“抖动”(扩频)振荡器作为编解码器的时钟源，能够在非静音情况下消除谐波噪声。这种技术在采用了开关电容编解码器的多媒体系统中很常见。除了抑制谐波噪声外，SS 振荡器能够将能量峰值降至噪声基底以内，在无线跳频网络中可减小落入信道内的干扰。

        下一代汽车电子产品中，几乎所有的子系统都倾向于利用SS 时钟技术改善系统性能，降低EMI。针对这种应用，Maxim/Dallas 推出了全硅振荡器，这种振荡器能够可靠启振，而且具有抗震性。其成本与陶瓷谐振器相比极具竞争力，振荡频率从几千赫兹到几十兆赫兹。

        汽车电子产品的设计考虑

        有效控制EMI 是电子工程师在产品设计中所面临的关键问题，数字系统时钟是产生EMI 的重要“源泉”[1]，主要原因是：时钟一般在系统中具有最高频率，而且常常是周期性方波，时钟引线长度通常也是系统布线中最长的。时钟信号的频谱包括基波和谐波，谐波成份的幅度随着频率的升高而降低。

        系统中的其它信号(位于数据或地址总线上的信号)按照与时钟同步的频率刷新，但数据刷新动作发生在不确定的时间间隔，彼此之间不相关。由此产生的噪声频谱占有较宽的频带，噪声幅度也远远低于时钟产生的噪声幅度。虽然这些信号产生的总噪声能量远远高于时钟噪声能量，但它对EMI 测试的影响非常小。EMI测试关注的是最高频谱功率密度的幅度，而不是总辐射能量。

        实际应用中可以通过滤波、屏蔽以及良好的PC 板布局改善EMI 指标。但是，增加滤波器和屏蔽会提高系统的成本，精确的线路板布局需要花费很长时间。解决EMI 问题的另一途径是直接从噪声源(通常是时钟振荡器)入手，产生随时间改变的时钟频率可以很容易地降低基波和谐波幅度。

        时钟信号的能量是一定的，频率变化的时钟展宽了频谱，因而也降低了各谐波分量的能量。产生这种时钟的简单方法是用三角波调制一个压控振荡器(VCO)，所得到的时钟频谱范围随着三角波幅度的增大而增大。实际应用中需合理选择三角波的重复周期，三角波频率较低时会通过电源向模拟子系统产生耦合噪声；如果选择频率过高三角波，则会干扰数字电路。

        图1 是基于上述考虑的时钟振荡器原理图，它用一个三角波控制VCO 输出频谱的带宽，VCO 的中心频率由DAC 和可编程8 位分频器控制，可以在260kHz 至133MHz 范围内设置频率。图1 所示IC 通过2 线接口控制，控制字存储在芯片内部的EEPROM 内，如果预先将频率设置在所希望的频点，该器件可以工作在单机模式，也可以在其空闲周期内更新频率，这也是它在低功耗应用中的一个优势。

图1 DS1086 可编程时钟发生器的核心电路是受三角波控制的VCO，频率通过2 线接口编程，存储在片内EEPROM 内。

        图2 给出了普通晶振与扩频时钟振荡器的频谱对照图，通过设置三角波的幅度可以将频谱扩展4%，与晶体时钟振荡器相比峰值幅度降低近25dB。