随着技术的发展,数字信号的时钟频率越来越高,电路系统对于信号的建立、保持时间、时钟抖动等要素提出越来越高的要求。EMI,即电磁干扰,是指电路系统通过传导或者辐射的方式,对于周边电路系统产生的影响。EMI 会引起电路性能的降低,严重的话,可能导致整个系统失效。在实际操作中,相关机构颁布电磁兼容的规范,确保上市的电子产品满足规范要求。

 

时钟信号常常是电路系统中频率最高和边沿最陡的信号,多数 EMI 问题的产生和时钟信号有关。


降低 EMI 的方法有许多种,包括屏蔽、滤波、隔离、铁氧体磁环、信号边沿控制以及在 PCB 中增加电源和 GND 层等等。在应用中可以灵活使用以上方法,其中屏蔽是相对简单的机械学方法,成本较高,不适用于手持和便携式设备;滤波和信号边沿控制对于低频信号有效,不适合当前广泛应用的高速信号。另外,使用 EMI/RFI 滤波器这些被动元器件,会增加成本;通过 LAYOUT 技巧降低 EMI 显然比较费时,而且因设计的不同,手段也不尽相同。

 

展频时钟(Spread Spectrum Clocking)是另一种有效降低 EMI 的方法,本文将简要描述展频时钟发生器(Spread Spectrum Clock Generator, SSCG)是如何降低 EMI 的。

 

概述
时钟展频通过频率调制的手段将集中在窄频带范围内的能量分散到设定的宽频带范围,通过降低时钟在基频和奇次谐波频率的幅度(能量),达到降低系统电磁辐射峰值的目的。

 

一般数字时钟有很高的 Q 值,即所有能量都集中在很窄的频率范围内,表现为相对较高的能量峰值。在频谱图上容易看到在中间频率上有很高的峰值,在奇次谐波位置有较低的峰值;SSCG 通过增加时钟带宽的方法降低峰值能量,减小时钟的 Q 值。图 1 示意 SSCG 的工作原理。

 

 

时钟展频通过特定方式调制原始时钟信号。Linear 和 Hershey Kiss(不是好时之吻巧克力哦)是常用的调制方式。

 

应用特点
SSCG 是一种 Active 且低成本的解决 EMI 问题的方案,可以在保证时钟信号完整性的基础上应对更广频率范围内 EMI 问题。相比传统上使用 Ferrite Beads 和 RF Chokes 抑制 EMI,SSCG 通过时钟内部集成电路调制频率的手段来达到抑制 EMI 峰值的目的。SSCG 不仅调制时钟源,其它的同步于时钟源的数据、地址和控制信号,在时钟展频的同时也一并得以调制,整体的 EMI 峰值都会因此减小,所以说,时钟展频是系统级的解决方案。这是 SSCG 相比其它抑制 EMI 措施的最大优势。

 

SSCG 功能可以由用户选择不同配置,ON 或者 OFF,以及不同的调制范围等。

 

被动的 EMI 抑制器件通常也会集成 ESD 保护功能,是不耗电的。SSCG 由于使用到展频等集成电路功能,会消耗能量。