硅扩频振荡器在汽车电子产品中的应用

“加抖”波形为确保时钟信号能够被系统所接受，时钟抖动范围一般比较小10%)。这样，“加抖”过程与窄带FM调制非常类似。

相应的调制理论给出了抖动波形与频谱结果之间的简单关系，即：时钟频率的“概率密度函数”与抖动时钟输出的频谱具有相同的形状，锯齿波是一种常见的“加抖”波形，每个加抖周期可以准确地进入每个频点两次。由于每个频点出现的时间比例相同，因此，概率密度函数在整个频率调节范围内随着频率的变化而保持一个常数，得到均匀概率的分布(图1)。

这种抖动波形的频谱相同，频谱能量均匀地分布在一个较窄的频段，对于所允许的(Fmax - Fmin)频率范围来说，这种频谱分布是最佳的，因为它在每个频点所得到的频谱能量是最低的。

这种频谱也可以利用伪随机频率抖动器获得，这种方式通常是产生一个长序列的频率，并以一定的间隔重复，每个频点在一个周期只出现一次，所得到的概率密度分布也是均匀的，与三角抖动器相同。这种方式通常用于其它领域。

频谱衰减考察一个抖动时钟电路的好坏，主要是看窄带频谱中每个频点的能量相对于单音时钟能量降低了多少。本节推导出了一个用于优化均匀扩展频谱波形的关系式。

以下观点有助于理解扩频频谱的能量：1、从单音到抖动时钟的转换不会改变时钟能量，只是加抖后单音时钟的能量被分布在一个较宽的频带内。2、周期性“加抖”时钟的频谱由以“加抖”频率(Fd)为间隔的谐波组成。下式将单音功率均分到整个抖动谐波频段：VRMS (dB) = 20log[sqrt({(F0 * a)/Fd｝*Fu2)]= 10log[{(F0 *a)/Fd ｝]+ 20log[Fu ]，式中：F0是加抖之前的频率，a是相对于非抖动频率的抖动系数，Fu是抖动时钟频带内每个频谱的RMS电压。由此可以得到窄带频段内频谱能量的衰减为： 频谱衰减 = 10log[{(F0 *a)/Fd｝]。

上述方程表明：在允许的抖动时钟带宽(a*F0)内产生的频谱谐波分量越多，频谱的能量就越低。作为一个例子，我们可以考察一下DS1086可编程时钟发生器的抖动结构，DS1086电路中，a = 0.04, F0 = 100MHz, Fd = F0/2048，因此，DS1086的频谱衰减为19.1dB。

注意，增大抖动系数(a)可以达到与降低“加抖”速率相同的目的。另外，该等式既适用于三角波加抖，也适用于伪随机加抖，因为它们具有相同的分布。

抖动限制实际应用中的一些因素会限制频谱能量的衰减量，首先，由于抖动改变了系统定时，存在频率不稳定性，据此，系统定义了对参数“a”的限制。

产生抖动时钟的电路也会限制“加抖”的速率，带有锁相环或其它控制环路(如DS1086)的系统，“加抖”控制电压受控制环路带宽的限制。否则，抖动控制的分布函数将转变成高斯函数，所得到的频谱能量将主要集中在非抖动时钟频率附近。

三角波抖动时钟结构的主频在其抖动速率处，而伪随机抖动时钟结构要求频带高于抖动模板的速率，频率可以从最小值跳到最大值，而三角波模板中频率是连续递增的。环路带宽与抖动速率之间存在以下近似的关系：环路带宽 > 3 (三角形模板速率) 环路带宽 > 3 (伪随机模板速率)

环路带宽固定时，三角波模板能够支持较高的抖动频率。因为抖动速率必须比干扰(以频率抖动形式出现)的窄带检测快，对于相同的检测时间，三角波模板的抖动速率要比伪随机模板更高一些。

抖动检测时间直接影响了最低抖动速率，干扰信号的频带取决于具体应用，抖动频率没有一个确定的下限限制。对于抖动频率下限的另一考虑是抖动速率本身产生的带外噪声。对于线性系统，三角波抖动器不会在抖动速率处产生谐波。但是，如果非线性电路拾取了时钟信号，将会产生一些所不希望的频谱成分，低抖动频率被混频后产生位于有效工作频段的干扰信号。

扩频技术并不用于取代传统的EMI抑制技术，如：滤波、屏蔽和良好的线路板布局。该技术能够从根本上改善系统的性能，特别是对于子系统或外设易受峰值能量干扰的设备。在汽车产品或家庭娱乐设备中能够大大降低射频/TV干扰。良好的PCB布局是系统正常运行的基本保障，扩频时钟则有助于系统通过EMI认证，而且可以减少系统对滤波、屏蔽的需求，降低系统成本。