展频技术是如何搞定时钟信号的辐射的

B站对应视频：

什么是展频，展频技术是如何搞定时钟信号的辐射的，Matlab实验模拟

先前我们说了说：为什么时钟信号比数据信号更容易引起辐射超标？

为什么时钟信号比数据信号更容易引起辐射超标？

并且做了试验，如果认真看过的话，就会明白，周期性的信号是窄带频谱，特定的频率的幅值会很高，这对认证测试来说非常的不利。而一般时钟信号都是周期信号，这在电路中是少不了的。有没有什么办法，改造下时钟的频谱，同时又不影响功能呢？

答案是有的，那就是展频技术。

 

展频技术的应用

展频技术经常用于解决辐射问题，比如我们前面说的音频功放，需要接LC滤波器。就有的厂家通过展频技术，推出不需要LC滤波器的IC，比如下面这个。

                   

还有专门的展频时钟芯片，用于降低EMI。

那么问题来了，展频怎么就能解决辐射问题呢？

 

如何展频

展频，通常理解，就是将窄带频谱扩展为宽带频谱，让能量不集中到某一个频率点，将能量分散到多个频率点。

我们知道，时钟信号通常都是周期信号，它的频谱就是窄带的，能量集中。要想将它的频谱进行扩宽，那肯定要对时钟信号进行改造，如何改造呢？

原本的时钟信号每个周期都是一样的，周期时间长度也一样，为Tclk。我们可以对其进行微调，比如先将每个时钟周期比上一个时钟周期的时间加长一点点，累计n个周期之后，再将每个时钟周期比上一个时钟周期缩短一点点，再累计n个周期，如此循环。

这样时间一定的话，包含总的时钟周期的个数是不变的，但是里面的时钟信号的每个周期都是不一样的，如下图。

从上面的描述可以看到，会有几个参数。

一个是调制速度：就是完成一次循环的时间，也就是2n*Tclk，这个时间的倒数就是调制速度对应的调制频率。

一个是调制深度：调制后，会有最长的时钟周期，也有最短的时钟周期，它们相对原始周期长度有一个差值，这个差值除以原来的时钟周期，就是调制深度，是个百分数。

还有一个是调制方式：前说的是时钟周期长度线性增加或者减小，这种方式叫线性调制方式，线性调制方式如下所示：

在中间虚线位置时，时钟的周期不变，也就是频率不变。在三角波顶端时，时钟周期变到最小，也就是频率变到最大，为f+△f。

这个三角波的频率就是调制速度，它一般远小于时钟频率，在30Khz-60Khz左右。

调制深度就对应△f，一般实际变化量很小，小于3%。

现在我们知道了展频之后的信号是什么样的，那么它真的能将窄带频谱变为宽带频谱吗？我们下面画出它的频谱。

 

展频后的频谱

1、为了减小计算量（量大电脑内存不够用），我们让时钟的频率为1，调制速度为时钟的千分之一，即0.001Hz，调制深度为2%。

2、为了更为清楚的看到展频之后的频谱，我们对1Hz基频来个特写。

调制之前1Hz的幅度是0.63，调制之后最高幅度为0.15。如果db来表示，那么就是降低了20log(0.63/0.15)=12.7dB。

3、上图对应的是调制深度为2%，我们降低调制深度为1%，再来看看频谱。

调制深度为1%的频谱幅度最高为0.2，如果用db来表示，那么就是降低了20log(0.63/0.2)=9.96dB。

两者对比，可看到，调制深度越大，频谱越宽，幅度越小，对EMI的抑制作用也就越好。不过呢，调制深度大了，时钟频率变化越大，引起电路时序问题的可能性也就越大。

4、如果调制深度不变，改变调制速度会怎么样呢？

将调制速度从0.001改为0.0001，即降低10倍，调制深度为2%，频谱如下图。

频谱幅度最高为0.05，如果db来表示，那么就是降低了20log(0.63/0.05)=22dB。

可以看到，调制速度降低，对EMI的抑制作用越好。不过通常不会低于30Khz，因为20Khz就处于人耳可听到的范围，为了避免产生噪声，不会再低了。

 

小结

      1、 展频技术可以将窄带频谱变成宽带频谱，能够对辐射有抑制作用

      2、调制速度越慢，调制深度越大，抑制效果越好

     上图的中图片，都是使用Matalb画的，如果想自己试着运行一下源码。

可以关注下方的微信公众号，在公众号后台回复“器件”，就可以得到源码了（需要的人少，所以不直接贴出来了，显得篇幅太长）。

 

 

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