像雷达,电信,无线网,基站,GPS/北斗,探测仪器产品容易受到电磁波的干扰,因此在选择组装的部件时,都要求具备抗信号干扰,抗电磁波干扰的要求.普通的晶体或振荡器是没有这样的功能的,但有一种晶振可以,那就是扩频振荡器.什么是扩频振荡器呢?它又是如何为产品清除EMI干扰的?本文的目的就是为大家介绍什么是电磁干扰,以及扩频振荡器的主要作用,感兴趣的客户可以了解一下.
电磁干扰简介
设计工程师力求最大限度地减少组件,电路和系统之间的有害干扰.这种干扰包括辐射和传导射频(RF)发射.为满足法律规定的国内和国际监管要求和政府法规,需要满足干扰要求.当一个装置的电磁场经由辐射和/或传导路径破坏,阻碍或降低另一装置的电磁场时,电磁干扰(EMI)被定义为自然发生的现象.EMI可能导致两个或多个电子设备相互干扰并影响其性能和操作.
联邦通信委员会(FCC)
EMI受美国联邦通信委员会(FCC)和其他国际监管机构的严格监管,其目标是限制EMI电子设备的发射量,防止对人体的损害和电子设备之间的干扰.FCC的A类法规适用于工业应用,B类法规适用于住宅或消费者应用.EMI是来自频率源的辐射能量的测量值,并且通常在给定频率下以dBmV/m(分贝-伏特/米)测量.对于较高的辐射能量,该参数较大.因此,从频率源发出的能量越多,产生的电场和EMI就越大.在定义EMI测量的频谱时,人们希望区分峰值电磁辐射和平均电磁辐射.平均发射定义为给定频谱上的平均dBmV/m水平.峰值发射定义为给定频谱上任何频率下的最大dBmV/m电平.
今天,FCC法规主要关注给定频率的峰值发射,而不是给定频谱上的平均发射.因此,电路设计人员应将其EMI设计工作集中在降低频谱内给定频率的峰值发射,而不是频谱内的总体平均发射.图1显示了峰值发射要求(十米)的FCCB类功率(dBμV/m)与频率(MHz)的关系图.

电磁干扰和时钟振荡器

传统的非调制振荡器以预期的输出频率产生输出信号.除了在基频发射的能量之外,在其谐波频率处存在大量的辐射电磁发射.这些类型的石英晶体振荡器还以略低于和高于预期输出的频率产生电信号,并在频谱上辐射电磁波.频谱范围取决于振荡器的机械和电气设计,电源调节,输出终端和印刷电路板布局.诸如时钟振荡器,锁相环(PLL)合成器和其他类型的时钟信号发生装置的高速频率源是电子电路中EMI的主要来源.因此,降低EMI是使用这些时钟发生器件的设计者的主要关注点.
常规PCB设计和EMI降低的制造方法包括多个接地和电源平面,分立元件滤波(抑制)和外壳屏蔽(容纳).虽然这些EMI降低方法是有效的,但它们可能对整体产品成本产生重大影响.这些EMI降低技术中的一些的替代方案和传统非调制有源晶振的使用是在时钟分配系统中包括扩频时钟振荡器.使用这种振荡器可以显着改善EMI并降低整体系统成本.
扩频时钟振荡器具有有意调制的输出频率,以降低输出信号的EMI.扩频时钟振荡器最适用于需要降低EMI辐射以通过FCCEMI规范的应用.扩频振荡器降低了时钟源的EMI,而不是时钟分配网络中的下游.通过降低时钟源的EMI,不需要辅助屏蔽外壳和/或滤波元件,从而降低了组装成本并提高了系统EMI性能.
通过调制输出信号,输出信号上的EMI分布在更大的频谱上.总能量仍然存在,但输出功率在频带上的扩展导致任何一个频率的EMI降低.像FCC这样的监管机构对峰值EMI辐射(即频谱内任何一个频率的发射)都有最大限制.因此,时钟振荡器可用于通过降低EMI峰值发射来通过FCC监管EMI测试要求.
降低EMI
为了理解扩频振荡器的重要性,需要彻底了解频率调制.图2显示了调制和未调制的中心扩频贴片石英晶振的输出幅度(功率)与频率的关系图.该图说明了给定调制和未调制扩频时钟振荡器的频率跨度和幅度之间的重要性.通过在频谱(跨度)上调制输出频率,可以实现输出幅度的减小.输出幅度的减小与辐射能量或EMI的减少相关.

图2:EMI减少图

影响扩频时钟振荡器的峰值EMI降低量的主要因素是输出频率调制宽度.图3示出了非线性调制扩频时钟振荡器的输出的输出频率与时间的关系图.输出频率具有最小(FMIN),中心(FC)和最大(FMAX)频率.输出频率通过一系列频率线性扫描,而不是保持在一个恒定频率.该范围参数通常称为输出调制宽度,输出频谱或频率扩展百分比.

图3:输出频率调制宽度

最小(FMIN)和最大(FMAX)输出频率通常表示为相对于中心频率的百分比(％).ECLIPTEK CRYSTAL公司的时钟振荡器提供多种输出调制宽度选项.调制频率扩展百分比越宽,能量分配的频率带宽越大,因此EMI峰值降低越多.如图3所示,输出调制频率(Fm),通常称为扫描速率,定义为调制周期的倒数.调制频率可在系列数据表中找到.

中心和向下传播调制
贴片振荡器提供两种标准输出频率调制选项:中心扩展和向下扩展.图4显示了这两个选项的示例.

图4:中心和向下传播选项

瞬时输出中心频率(FC)是最小频率之间的近似中点(FMIN)和最大频率(FMAX).因此,瞬时输出频率将始终在FMIN和FMAX之间变化.瞬时最小(FMIN)和最大(FMAX)输出频率表示为相对于中心频率的百分比(％).在图4中,中心扩展图提供了具有±1.0％中心扩展百分比的设备的示例.在该示例中,如果FO是100MHz,则FMIN,FC和FMAX的典型频率将分别是99MHz,100MHz和101MHz.

当系统无法容忍高于标称频率的工作频率时,应考虑向下扩展选项.在图4中,向下扩展图提供了具有-2.0％向下扩展百分比的设备的示例.对于这个例子,如果客户担心超频并且最大工作频率要求为100MHz(FO),则FMIN和FMAX的典型频率分别为98MHz和100MHz.向下扩展调制的缺点是平均输出频率将低于标称输出频率,从而在平均输出频率,最大超频和最大频率调制幅度之间产生折衷.扩频石英振荡器可以显着降低EMI辐射.振荡器输出频率和频率扩展百分比是决定系统EMI降低量的因素.可以使用下面的公式估算EMI降低.
EMI降低(db)=10log[S*Fo/RBW]
S=峰值到峰值的传播百分比
FO=标称输出频率(MHz)
RBW=测量分辨率带宽(MHz)

正在载入评论数据...

上一篇：Quartz Crystal的电路曲线图解

下一篇：NJR Crysta的包装技术

此文关键字： ECLIPTEK扩频振荡器抗EMI有源晶振高性能时钟振荡器

姓名：
邮箱：
验证：
正文：

欢迎光临：深圳市康华尔电子有限公司

技术支持

晶振官方博客

扩频振荡器可降低高速数字系统的EMI

相关资讯