扩频时钟简介_一纸沙漏

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扩频时钟简介

(2014-02-17 21:26:01)

标签：

扩频

emi

扩展率

扩频类型

调制率

分类：硬件资料

扩频时钟是出于解决EMI问题而提出来的，因为随着时钟频率的不断提高，电路板面积的不断缩小。以前传统的诸如屏蔽，滤波等EMI改善措施的应用已变得越来越困难，而扩频时钟的适时出现则恰如其分的解决了这个问题，并从源头上——系统时钟处控制和减少了EMI发射强度。
类似于扩频通信，扩频时钟也是用一个较低的频率调制系统时钟，使得窄带的周期性系统时钟被有意扩展为宽带，基频和谐波所包含的峰值能量显著降低，在频域上的表现是产生一个具有边带谐波的频谱。
扩频时钟一般有如下参数：扩展率、扩频类型、调制率和调制波形。
扩频类型指向下扩频、中心扩频或向上扩频，由于中心和向上扩频都会产生超过系统时钟的频率，会对系统造成影响所以一般向下扩频用的最为广泛。

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扩展率是频率抖动(或扩展)范围与原CLK频率(fC)的比值。虽然高扩展率加强了对EMI的衰减程度，但是高扩展率可能会超过系统最大额定频率或低于平均频率而影响到系统性能，是故扩展率一般在0.5%~2.5%之间。

调制率，fm，用于确定CLK频率扩展周期率，在该周期内CLK频率变化Δf 并返回到初始频率。一般来说频谱调制速率较低，可以实现频率平滑调制，减少调制后的时钟周期的抖动参数。因此当系统对时钟周期抖动参数较敏感时，降低调制速率是一种有效的设计手段。虽然通过减小频谱调制速率可以降低调制时钟源的时钟周期抖动，但是仍然会引入一定的附加的时钟周期抖动，在有些电路设计中会最终导致系统出错。

调制波形代表CLK频率随时间的变化曲线，通常为三角波和非线性的Hershey kiss波。

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调制波形及其与δ 和fm的关系式

一个典型的扩频时钟能带来EMI 幅度5~18dB的降低。

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MAX9492经过扩频和未经扩频情况下的时钟频谱。扩频情况下，扩展率δ为-2.5%―向下扩频；调制率fm为30kHz，CLK标称频率fC为133.33MHz

为什么是hershey kiss

扩频时钟的的调制波形通常有三角波和非线性的Hershey kiss波形，相比三角波，hershey kiss能提供最佳的平坦度和最大的衰减幅度。

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为什么通常扩频时钟的调制频率是33kHz

另一方面考虑到时序和降低周期抖动，扩频范围要尽可能的低。但是如果为了控制周期抖动而刻意压低PLL带宽，调职曲线则会产生扭曲，进而降低削弱EMI的能力。

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PLL带宽过低导致调制波形扭曲

通常扩频时钟典型的调制频率范围在30到60kHz之间。由于像PCIE 这样的告诉串行总线，1.0的速率达到了2.5Gbps，2.0更是高达5Gbps，所以PCI SIG规定了扩展率为0~0.5%，调制频率为30~33kHz，这样不但满足了EMI的衰减要求，也兼顾了将扩频时钟带来的周期抖动最小化的要求。
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