利用擴頻時鐘降低電磁干擾

案例分析

在信息技術設備中，CY 25100時鐘芯片被用來驅動FPGA和以太網芯片(如圖4所示)。參考時鐘輸出為25MHz，沒有擴展。125MHz信號通過片上鎖相環生成，可以是一個擴頻時鐘。

圖4：CY25100應用。

最初，客戶使用沒有擴展的125MHz時鐘輸出。按照歐盟要求，該設備需要滿足EN 55022標準限值。設備樣機經過測試后，發現在125MHz的多個倍頻處有44dB輻射，超過了EN 55022標準的40dB限制。通過采用不同的擴展百分比進行一些試驗，在31.7kHz處進行±2%中心擴展減少6dB的整體設備輻射，使得系統滿足了EN 55022要求并提供了2dB的裕量。

為了檢驗在電磁干擾方面擴頻時鐘的效果，在具有最低噪聲的簡潔設置下使用鑒定板(即板上只有CY 25100器件)測量了125MHz時鐘峰值能量。沒有擴頻時，測量到的時鐘信號峰值為-5.29dB。經過±2%的擴展后，時鐘峰值減少為8dB。表1顯示了擴展百分比下的峰值減少情況。

表1：不同擴展百分比的峰值測量。

使用擴頻時鐘時，在電磁干擾輻射方面會有顯著改善。此外，這些改善不需要花費時間和成本進行樣機或電路板的重新設計。

使用擴頻時鐘前檢查參數

抖動：在低頻處擴頻調制高頻時鐘信號，增加了周期上的時鐘沿偏差。這樣就導致了更高的抖動。需要測量擴頻時鐘的抖動，并確定時鐘接收端可以容忍擴頻時鐘中增加的抖動。

百萬分率(PPM)誤差：百萬分率(PPM)誤差參數用來測量時鐘信號精度。由于擴展百分比，時鐘頻率將不同于標稱頻率，因此，PPM誤差將會增大。對于PPM誤差規格非常嚴格的應用來說，需要確保使用擴頻后PPM誤差仍在限制范圍內。

擴展已知鎖相環：假設應用中采用單個時鐘驅動多個時鐘接收芯片，那么零延遲緩沖器就可以用來滿足時鐘接收負載。如果最初生成的時鐘信號有擴頻，需要通過讓其經過時鐘接收端以充分減少電磁干擾來驗證零延遲緩沖器支持擴展。如果零延遲緩沖器不支持擴展，輸入擴展將會在時鐘緩沖器輸出出現偏移。這被稱為跟蹤偏移，如果應用對偏移規格要求較為嚴格(例如：同步應用)，那么它就需要被關注。

為專門應用選擇擴展參數

增加擴展百分比，峰值能量會相應減少，但峰值降低速率并不是常數。如表1所示，當擴展百分比為±2%時，峰值減少8.08dB((-13.37)-(-5.29)dB)。當擴展百分比增加到±2.5%時，峰值減少8.82dB((-14.11)-(-5.29)dB)。因此，對于進一步的±0.5%擴展增量，可以觀察到小于1dB的峰值降低。

擴展類型(向下擴展/中心擴展)：這取決于時鐘接收端的最高工作頻率。如果時鐘接收端支持正常頻率的±容限，可以使用中心擴展或向下擴展。中心擴展可以使標稱頻率在兩個方向上發生變化，例如，25MHz經過±1%擴展，可以從24.75MHz到25.25MHz變化。向下擴展只向下變化標稱頻率，可以確保最大頻率一直為標稱頻率，例如，25MHz經過-1%擴展，將會從24.75MHz到25MHz變化。在正常頻率為最高頻率的情況下，向下擴展是正確的選擇。