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擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)在EMC整改中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2019-04-29 來源:郭遠(yuǎn)東 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù),本身是在通信領(lǐng)域用來處理數(shù)字周期信號(hào)的一種技術(shù)。近年來,人們將這種技術(shù)應(yīng)用在EMC領(lǐng)域,使它成為了一種處理EMC問題的新方法,擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)也被稱為頻率抖動(dòng)技術(shù)。本文先說明擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)改善產(chǎn)品EMC性能的原理,然后通過實(shí)際的整改案例,說明它在實(shí)際中的應(yīng)用,同時(shí)介紹一種簡(jiǎn)單的具有擴(kuò)頻功能的IC。文章最后對(duì)擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用做一個(gè)小結(jié)。
擴(kuò)展調(diào)制技術(shù)改善EMC性能的原理
擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)能夠有效的降低EMI騷擾水平。下面用一個(gè)40MHz的時(shí)鐘信號(hào)舉例說明其原理。
該時(shí)鐘信號(hào)未經(jīng)調(diào)制時(shí),在時(shí)域上的波形為圖1(a),在頻域上的波形表現(xiàn)為(基波加諧波)圖1(b):
(a)40MHz時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)域波形
(b)40MHz時(shí)鐘信號(hào)的頻域波形
圖1:40MHz時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)域和頻域波形
該時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制后,時(shí)域上和頻域(基波加諧波)上的波形分別變?yōu)椋▓D2(a)和(b)):
(a)40MHz時(shí)鐘信號(hào)擴(kuò)頻后的時(shí)域波形
(b)40MHz時(shí)鐘信號(hào)擴(kuò)頻后的頻域波形
圖2:40MHz時(shí)鐘信號(hào)擴(kuò)頻后的時(shí)域和頻域波形
從這幾張曲線來看,時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)頻之后,時(shí)域上的波形變?yōu)榱藢捳坏鹊姆讲?,頻率也不再是單一的數(shù)值,而是一個(gè)范圍(例中調(diào)制后的頻率范圍變?yōu)?9M~41MHz);在頻域上,頻譜也不再是孤立的峰,而是變?yōu)榻咏菪蔚囊粋€(gè)形狀。
一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制后的波形通常如圖3所示。由于擴(kuò)頻調(diào)制后的時(shí)鐘信號(hào)頻率變得不再唯一,上升和下降沿的產(chǎn)生時(shí)間也在一個(gè)短的時(shí)間范圍內(nèi)變得隨機(jī)。這個(gè)特定的時(shí)間范圍是可控的。擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)就是通過將集中在同一頻率帶的頻譜分散到更多的頻帶,以降低原來固定頻率時(shí)的騷擾電平。
圖3 時(shí)鐘信號(hào)擴(kuò)頻后的時(shí)域波形圖
擴(kuò)頻調(diào)制的結(jié)果就是使得信號(hào)的頻譜帶寬變寬,使被測(cè)設(shè)備的騷擾在較寬的頻譜上均分,通過這種途徑來使其通過EMC測(cè)試。接收機(jī)的分辨率帶寬一般保持不變,當(dāng)騷擾的譜線變寬后,這時(shí)一部分能量就落在了分辨率帶寬以外,從而測(cè)量值也相應(yīng)變小。采用擴(kuò)頻調(diào)制,通??梢允贡粶y(cè)設(shè)備的騷擾水平顯著降低6~20dB之多。但是需要注意的是,它并不改變整個(gè)頻率范圍的騷擾能量。
采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)解決EMC問題的整改案例
某企業(yè)生產(chǎn)的具有TV接收功能的便攜式DVD產(chǎn)品,需要通過CE認(rèn)證,在進(jìn)行輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試時(shí)騷擾超標(biāo)。測(cè)試曲線(水平極化)如圖4所示:
圖4 帶TV功能的便攜式DVD輻射測(cè)試初測(cè)曲線
從圖中可以看出,該產(chǎn)品超標(biāo)嚴(yán)重。由于被測(cè)樣機(jī)是便攜式產(chǎn)品,內(nèi)部空間極小,且樣機(jī)采用塑料外殼,換上噴涂了導(dǎo)電漆的外殼后,輻射測(cè)試仍然不合格。但是從輻射測(cè)試曲線上看,超標(biāo)頻點(diǎn)多為樣機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘頻率的諧波,企業(yè)于是決定采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。
企業(yè)采用了某芯片廠家生產(chǎn)的型號(hào)為PCS3P7303AG的擴(kuò)頻IC,其主要性能特點(diǎn)有:它是一款多功能的抑制EMI的IC,既可以輸入來源于晶振的時(shí)鐘信號(hào),也可以輸入一個(gè)外部參考時(shí)鐘信號(hào);頻率輸入和輸出范圍都是10MHz~80MHz;具有頻率選擇功能;提供可選的擴(kuò)頻調(diào)制工作模式,由外接電阻進(jìn)行控制。
由于PCS3P7303AG具有以上特點(diǎn),它特別適用于對(duì)晶振時(shí)鐘的擴(kuò)頻處理。PCS3P7303AG的引腳定義如下(表1):
表1 PCS3P7303AG的引腳定義
企業(yè)采用了IC廠家推薦的典型的外接電路,該電路原理圖如圖5:
圖5 典型的外接電路
企業(yè)在該電路加了解碼板27MHz晶振的輸出端,以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶振時(shí)鐘的擴(kuò)頻調(diào)制。另外,由于企業(yè)用的是MTK公司的解碼方案,該方案本身帶有擴(kuò)頻功能,可以對(duì)主芯片和SDRAM的通信時(shí)鐘121.5MHz進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制,企業(yè)整改時(shí)也打開了這個(gè)功能。
改板后重測(cè)的輻射曲線為圖6(水平極化):
圖6 采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)后的輻射測(cè)試曲線
重測(cè)的結(jié)果雖然仍舊不合格,但是和之前的測(cè)試曲線相比,已經(jīng)發(fā)生了明顯的改善。在對(duì)例如162MHz等這些晶振的諧波頻率進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量時(shí),也可以明顯的看到擴(kuò)頻后頻譜發(fā)生的變化。在這個(gè)測(cè)試結(jié)果的基礎(chǔ)上,企業(yè)又加上了濾波技術(shù),最終使樣機(jī)順利通過測(cè)試。濾波不是本文重點(diǎn),相關(guān)的整改措施就不列出。
擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的特點(diǎn)
專用的具有擴(kuò)頻調(diào)制功能的IC現(xiàn)在主要用來處理晶振這種時(shí)鐘源,而對(duì)于主芯片發(fā)出的時(shí)鐘,由于加入擴(kuò)頻時(shí)會(huì)產(chǎn)生時(shí)序問題,目前還用的不多。本文中的PCS3P7303AG型擴(kuò)頻IC,主要用在便攜式DVD、數(shù)碼相框、電子閱讀器和手機(jī)等數(shù)碼設(shè)備上。對(duì)于液晶電視機(jī)和液晶顯示器這一類產(chǎn)品,由于主要的方案商(M-STAR和MTK等)都在各自的芯片中加入了擴(kuò)頻調(diào)制功能,如果實(shí)際測(cè)試中需要進(jìn)行擴(kuò)頻處理,只需在軟件中輸入口令打開這一功能即可。對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制后,有可能會(huì)影響到產(chǎn)品的一些性能指標(biāo),但只要擴(kuò)頻IC外圍電路的參數(shù)選擇合適,還是可以將其對(duì)產(chǎn)品的影響控制在最小范圍。
擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)利用了測(cè)量接收機(jī)在工作方式上的“漏洞”,但是目前全球范圍內(nèi)都接受了這種方法。擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)在對(duì)干擾的處理效果上與濾波技術(shù)有點(diǎn)類似,但是原理上與濾波技術(shù)又有很大的差別,兩者的對(duì)比如下:
擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的效果僅僅是使被測(cè)設(shè)備容易通過EMC測(cè)試,在整個(gè)頻率范圍內(nèi),騷擾能量并沒有發(fā)生改變。濾波技術(shù)是將不需要的能量濾掉,以此來降低干擾的幅度。
擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)未改變脈沖的上升/下降沿,而濾波技術(shù)通常是延緩了脈沖的上升沿,從而降低高次諧波分量。
濾波技術(shù)通常使用的是低通濾波,也就是僅濾掉較高次的諧波,而擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)對(duì)低頻甚至對(duì)基波都有降低騷擾幅度的作用。
小結(jié)
本文討論了擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)在EMC整改中的應(yīng)用。作為一個(gè)新的技術(shù),擴(kuò)頻調(diào)制目前已經(jīng)在EMC中有了很多的應(yīng)用場(chǎng)合,除了文中介紹的處理晶振時(shí)鐘的擴(kuò)頻IC,現(xiàn)在已經(jīng)有針對(duì)開關(guān)電源開關(guān)頻率進(jìn)行擴(kuò)頻處理的擴(kuò)頻IC,和針對(duì)某一具體產(chǎn)品而開發(fā)的擴(kuò)頻調(diào)制模塊,例如針對(duì)D類功放內(nèi)部工作頻率的擴(kuò)頻調(diào)制器等等??梢哉f,在時(shí)鐘頻率越來越高的今天,擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用,給解決EMC問題提供了一條嶄新的思路。
本文轉(zhuǎn)載自韜略科技EMC,作者:郭遠(yuǎn)東
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