引言

　　設計人員可以通過控制器的開關頻率抖動，減少一個脈沖寬度調制（PWM）控制器的電磁干擾（EMI）分布中頻譜分量的峰值幅度。時鐘抖動擴頻技術并非意在取代傳統的EMI降低技術，但它們與傳統技術的結合使用，可以減少系統中的EMI分布。它們還可以利用減少通過某些排放標準所需的屏蔽和濾波量來降低成本。

　　我們采用外部擴頻抖動時鐘源，既有IC也有FPGA，來驅動PWM降壓轉換器，結果如下所述。 如果FPGA時鐘源已存在于系統中，由于不需要添加額外的組件，因此它將是一個更好的選擇。

　　專用IC擴頻抖動的時鐘源為Exar g公司的PowerXR設備提供時鐘脈沖。PowerXR讓設計師可以靈活地選擇一個PWM控制器開關頻率，以及自如地實現外部時鐘源的同步。

　　原理

　　在常見的PWM控制器中，時鐘波形是一個方波，其頻譜由基本開關頻率、fsw和高階奇次諧波組成（圖1a）。 通過三角波調制基頻進行擴頻，可以在更寬的頻帶上分散基頻和高次諧波中集中的能量，從而減少峰值排放（圖1b）。 由于寬頻能量保持恒定，擴頻還能增加噪底。

　　圖1： （a） 非抖動時鐘的頻譜。 （b） 抖動時鐘頻譜（藍色）。

　　例如，如果fsw = 300千赫，所得到的高次諧波將是900千赫、1.5兆赫、2.1兆赫等。隨著高次諧波振幅的減少，基本開關頻率的振幅將是最高的。

　　實際輻射分量的振幅將取決于輻射傳輸效率以及其它諸多因素的影響，包括頻率、布局和路徑長度。 但振幅一般會隨著頻率的增加而減少，其中有一個或多個頻率的輻射可能比其他的更有效。

　　在兩個邊界頻率之間調制基本開關頻率稱為時鐘抖動。 PWM控制器基本開關頻率的抖動會在一個相當窄的頻帶內改變基本開關頻率。 例如，如果fsw = 300千赫，則此頻率的±1.5％對稱抖動（簡稱為中心抖動）加上三角波的抖動作用，將產生從295.5千赫至304.5千赫的PWM控制器開關頻率范圍。

　　所得到的抖動頻譜顯示了各種頻譜分量振幅的減少及其各自頻寬的增加。 同時，由于寬頻能量保持恒定，還出現了噪底的增加。

　　抖動頻率fDITHER通常介于20和40千赫之間。 雖然更復雜的調制波形不無可能，但事實證明簡單的三角形波形產生效果最好。 同時，經證明，時鐘抖動導致了頻譜分量振幅減少，這可以通過以下公式來說明：

　　頻譜衰減［dB］=10*log［（fsw*d）/（fDITHER/n）］

　　其中：

　　fsw = PWM控制器開關頻率（介于PowerXR設備的300 kHz和1.5 MHz之間）

　　d = 基本開關頻率的抖動百分比（通常介于±0.25%和±5%之間）

　　fDITHER = 抖動調制率（通常介于20 kHz和60 kHz之間）

　　n = 系統時鐘分頻器

　　增加d和減少fDITHER的效果一樣。

　　專用擴頻時鐘發生器

　　一些廠家生產專用的IC時鐘抖動擴頻時鐘發生器。 在常見設備中，IC的參考時鐘源來自外部晶振（XTAL）或外部時鐘源（CLKIN）（圖2）。

　　圖2： 專用IC擴頻時鐘發生器框圖。

　　根據晶振或外部時鐘源頻率，可編程的相位鎖定回路（PLL）可產生范圍從幾MHz到超過100 MHz時鐘源。

　　許多外部擴頻控制線通常可用于控制相對于參考時鐘源頻率的抖動范圍。 這些控制線也可決定時鐘頻譜將是中心抖動、向下抖動，或相對于參考時鐘源頻率的向上抖動。

　　所支持的參考頻率的確切范圍將取決于IC，但它通常涵蓋的范圍很廣，足以支持驅動器所需的系統時鐘頻率。因為晶振制造商很多，因所以找到一個比較接近所需系統時鐘頻率的產品輕而易舉。

　　例如，如果所需的PowerXR系統時鐘頻率為28.8 MHz（300 kHz PWM開關頻率），則合適的晶振可能是Abracon ABLS-28.63636MHZ-B4-FT，可以產生28.63636 MHz的頻率，， 符合PowerXR系統時鐘頻率0.57%的范圍 這可可以允許參考時鐘源頻率±1.1％左右的中心抖動，同時保持在PowerXR設備要求的所需±5％同步范圍內。