导言
数字电子体系使咱们的日子五光十色，但数字时钟信号也扮演着“反面角色”，即传导噪声源(经过电缆)或电磁辐射搅扰(EMI)。由于潜在的噪声问题，电子产品需求经过相关标准的测验，以保证契合EMI标准。轿车电子产品除了存在EMI兼容性外，还要考虑其它许多问题，为了简化规划，扩频(SS)振动器逐步成为轿车电子外表、驾驶员与乘客辅佐电子产品开发的重视焦点。
扩频振动器在轿车电子规划中的优势扩频技能能够很好地满意FCC标准和EMI兼容性的要求，EMI兼容性的好坏在很大程度上依赖于丈量技能的通带目标。扩频振动器从根本上处理了峰值能量高度会集的问题，这些能量被散布在噪声基底内，下降了体系对滤波和屏蔽的需求，一起也带来了其它一些优点。高品质的多媒体、音频、视频及无线体系在当今的轿车电子产品中所占的份额越来越大，规划人员不得不考虑散布在这些子体系灵敏频段的射频(RF)能量。关于高品质的无线设备，是否能够消除RF峰值能量直接决议了计划的有用性。
多年以来，无线通讯产品运用“频率调理”技能防止电源开关噪声的影响，这种无线设备能够与供电电源进行通讯，使电源依照指令改动其开关频率，将能量峰值搬移到调谐器输入频段以外。在现代轿车电子产品中，跟着搅扰源数量的增多，很难保证体系之间的协同作业，这种状况由于设备天线的多样化以及对新添子体系放置方位的约束变得更为杂乱。
扩频振动器在数字音频、工厂安装、免提设备等体系中具有共同的优势，这些体系一般选用编解码器改进音频质量，编解码器与蜂窝电话或其它信息处理终端之间经过数字接口衔接，假如运用“颤动”(扩频)振动器作为编解码器的时钟源，能够在非静音状况下消除谐波噪声。这种技能在选用了开关电容编解码器的多媒体体系中很常见。除了按捺谐波噪声外，SS振动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搅扰。
下一代轿车电子产品中，简直一切的子体系都倾向于运用SS时钟技能改进体系功用，下降EMI。针对这种运用，Maxim/Dallas推出了全硅振动器，这种振动器能够牢靠启振，并且具有抗震性。其本钱与陶瓷谐振器比较极具竞争力，振动频率从几千赫兹到几十兆赫兹。
轿车电子产品的规划考虑有用操控EMI是电子工程师在产品规划中所面对的关键问题，数字体系时钟是发生EMI的重要“源泉”[1]，首要原因是：时钟一般在体系中具有最高频率，并且常常是周期性方波，时钟引线长度一般也是体系布线中最长的。时钟信号的频谱包含基波调和波，谐波成份的起伏跟着频率的升高而下降。
体系中的其它信号(坐落数据或地址总线上的信号)依照与时钟同步的频率改写，但数据改写动作发生在不确认的时刻距离，彼此之间不相关。由此发生的噪声频谱占有较宽的频带，噪声起伏也远远低于时钟发生的噪声起伏。尽管这些信号发生的总噪声能量远远高于时钟噪声能量，但它对EMI测验的影响十分小。EMI测验重视的是最高频谱功率密度的起伏，而不是总辐射能量。
实践运用中能够经过滤波、屏蔽以及杰出的PC板布局改进EMI目标。可是，添加滤波器和屏蔽会进步体系的本钱，精确的线路板布局需求花费很长时刻。处理EMI问题的另一途径是直接从噪声源(一般是时钟振动器)下手，发生随时刻改动的时钟频率能够很容易地下降基波调和波起伏。
时钟信号的能量是必定的，频率改动的时钟展宽了频谱，因而也下降了各谐波重量的能量。发生这种时钟的简略办法是用三角波调制一个压控振动器(VCO)，所得到的时钟频谱规模跟着三角波起伏的增大而增大。实践运用中需合理挑选三角波的重复周期，三角波频率较低时会经过电源向模仿子体系发生耦合噪声;假如挑选频率过高三角波，则会搅扰数字电路。
图1是根据上述考虑的时钟振动器原理图，它用一个三角波操控VCO输出频谱的带宽，VCO的中心频率由DAC和可编程8位分频器操控，能够在260kHz至133MHz规模内设置频率。图1所示IC经过2线接口操控，操控字存储在芯片内部的EEPROM内，假如预先将频率设置在所期望的频点，该器材能够作业在单机方式，也能够在其闲暇周期内更新频率，这也是它在低功耗运用中的一个优势。
图2给出了一般晶振与扩频时钟振动器的频谱对照图，经过设置三角波的起伏能够将频谱扩展4%，与晶体时钟振动器比较峰值起伏下降近25dB。
运用扩频振动器作为微处理器的时钟源时，须承认微处理器能够承受时钟占控比、上升/下降时刻以及其它由于时钟源频率改动所形成的参数容差。当振动器作为体系的参阅时钟运用时(实时时钟或实时监测等)，频率改动或许导致较大差错[2]。
许多便携式消费类产品带有射频功用，如蜂窝电话，扩频技能关于这类产品中的开关电源十分有利。射频电路(特别是VCO)关于电源噪声十分灵敏，但便携式产品为了延伸电池的运用寿命有必要运用开关电源，以供给高效的电压转化。开关电源具有与时钟振动器相同的噪声频谱，并且，噪声能够直接耦合到射频电路，影响体系的功用目标。
带有外同步功用的升压转化器(如MAX1703)能够用一个扩频时钟操控它的振动频率，该计划与自激振动升压转化器的噪声频谱(图3)比较能够改进体系功用(图4)。自激振动升压转化器谐波在整个10MHz规模内都具有较大的能量，而扩频计划则将谐波重量的起伏下降到噪声基底以内(图4)。值得留意的是，由于总噪声能量是固定的，扩频后使噪声基底有所上升。
为时钟源参加颤动之前，需求考虑以下几个问题：需求选用何种“加抖”波形?所答应的最大时钟偏移是多少?需求多大的颤动速率?约束颤动速率的要素是什么?以下就这些问题展开讨论。
“加抖”波形为保证时钟信号能够被体系所承受，时钟颤动规模一般比较小10%)。这样，“加抖”进程与窄带FM调制十分相似。
相应的调制理论给出了颤动波形与频谱成果之间的简略联系，即：时钟频率的“概率密度函数”与颤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，每个加抖周期能够精确地进入每个频点两次。由于每个频点呈现的时刻份额相同，因而，概率密度函数在整个频率调理规模内跟着频率的改动而坚持一个常数，得到均匀概率的散布(图1)。
这种颤动波形的频谱相同，频谱能量均匀地散布在一个较窄的频段，关于所答应的(Fmax – Fmin)频率规模来说，这种频谱散布是最佳的，由于它在每个频点所得到的频谱能量是最低的。
这种频谱也能够运用伪随机频率颤动器取得，这种方法一般是发生一个长序列的频率，并以必定的距离重复，每个频点在一个周期只呈现一次，所得到的概率密度散布也是均匀的，与三角颤动器相同。这种方法一般用于其它范畴。
频谱衰减调查一个颤动时钟电路的好坏，首要是看窄带频谱中每个频点的能量相关于单音时钟能量下降了多少。本节推导出了一个用于优化均匀扩展频谱波形的联系式。
以下观念有助于了解扩频频谱的能量：1、从单音到颤动时钟的转化不会改动时钟能量，仅仅加抖后单音时钟的能量被散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)为距离的谐波组成。下式将单音功率均分到整个颤动谐波频段：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是相关于非颤动频率的颤动系数，Fu是颤动时钟频带内每个频谱的RMS电压。由此能够得到窄带频段内频谱能量的衰减为： 频谱衰减 = 10log[{(F0 *a)/Fd｝]。
上述方程标明：在答应的颤动时钟带宽(a*F0)内发生的频谱谐波重量越多，频谱的能量就越低。作为一个比如，咱们能够调查一下DS1086可编程时钟发生器的颤动结构，DS1086电路中，a = 0.04, F0 = 100MHz, Fd = F0/2048，因而，DS1086的频谱衰减为19.1dB。
留意，增大颤动系数(a)能够到达与下降“加抖”速率相同的意图。别的，该等式既适用于三角波加抖，也适用于伪随机加抖，由于它们具有相同的散布。
颤动约束实践运用中的一些要素会约束频谱能量的衰减量，首要，由于颤动改动了体系守时，存在频率不稳定性，据此，体系界说了对参数“a”的约束。
发生颤动时钟的电路也会约束“加抖”的速率，带有锁相环或其它操控环路(如DS1086)的体系，“加抖”操控电压受操控环路带宽的约束。不然，颤动操控的散布函数将转变成高斯函数，所得到的频谱能量将首要会集在非颤动时钟频率邻近。
三角波颤动时钟结构的主频在其颤动速率处，而伪随机颤动时钟结构要求频带高于颤动模板的速率，频率能够从最小值跳到最大值，而三角波模板中频率是接连递加的。环路带宽与颤动速率之间存在以下近似的联系：环路带宽 > 3 (三角形模板速率) 环路带宽 > 3 (伪随机模板速率)
环路带宽固守时，三角波模板能够支撑较高的颤动频率。由于颤动速率有必要比搅扰(以频率颤动方式呈现)的窄带检测快，关于相同的检测时刻，三角波模板的颤动速率要比伪随机模板更高一些。
颤动检测时刻直接影响了最低颤动速率，搅扰信号的频带取决于详细运用，颤动频率没有一个确认的下限约束。关于颤动频率下限的另一考虑是颤动速率自身发生的带外噪声。关于线性体系，三角波颤动器不会在颤动速率处发生谐波。可是，假如非线性电路拾取了时钟信号，将会发生一些所不期望的频谱成分，低颤动频率被混频后发生坐落有用作业频段的搅扰信号。
扩频技能并不用于替代传统的EMI按捺技能，如：滤波、屏蔽和杰出的线路板布局。该技能能够从根本上改进体系的功用，特别是关于子体系或外设易受峰值能量搅扰的设备。在轿车产品或家庭文娱设备中能够大大下降射频/TV搅扰。杰出的PCB布局是体系正常运转的基本保障，扩频时钟则有助于体系经过EMI认证，并且能够削减体系对滤波、屏蔽的需求，下降体系本钱。
