频率抖动电路通过扩展时钟频谱来减少导致电磁干扰（ＥＭＩ）的辐射。时钟确定一个计数器的顺序，该计数器驱动一个数字计数值到数模转换器（ＤＡＣ）中。ＤＡＣ输出一个具有大的电压摆幅的锯齿波。减法器按比例缩减电压摆幅以产生一个摆幅缩小的锯齿波，其被用作为一个上限电压。当电流泵对电容器充电和放电超过电压极限时，比较器触发一个设置－重置锁存器以翻转时钟。由于上限电压是来自减法器的缩小的锯齿波，对电容器进行充电的时间量会发生变化，从而抖动时钟周期。通过对减法器里的反馈阻抗进行编程，可以调整抖动程度。减法器能够降低对ＤＡＣ内误差的抖动敏感性，从而有一个不太昂贵且无需精密的ＤＡＣ。
【技术实现步骤摘要】
具有增强抗扰度和进程容忍度的可编程电磁干扰抑制方法
本专利技术涉及电磁干扰(EMI)抑制，特别涉及用于抑制EMI的频率抖动电路。
技术介绍
功率转换器(power converter)可以包括一个大的晶体管，其能够被迅速开启和 关闭。这种迅速的开关会对电源电压以及其它邻近信号产生噪音杂讯。功率转换器的下游 和上游装置能够发出辐射，对其它电子设备造成干扰。例如，一个驱动便携式计算机的噪杂 开关电源可能发出辐射，干扰电视接收机。有意的接收机(Intentional receiver)如电视、 手机、传呼机、和无线装置，经常受无意的发射机(unintentional transmitter)发出电磁 辐射的影响。由于这两种类型的电子设备越来越普遍，干扰就变得更为顾客所关注。电磁干扰(EMI)是电子装置(无意发射机)干扰有意接收机的干扰量的一个度 量。政府机构如联邦通信委员会(FCC)严格规定电子装置可以产生的辐射量或EMI量。技术进步也使EMI问题日益恶化。高速设备的时钟率越快，产生的辐射越多。监 控器和显示器的分辨度越高，在每次屏幕刷新周期就要求更多像素转移到屏幕，从而产生 更高的时钟率和更多的干扰。抑制EMI的传统技术尝试容纳辐射或减少产生的辐射量。同轴导线和屏蔽电缆能 够有效地容纳辐射，但是很贵、笨重、体积大、且不可弯曲。屏蔽电缆的重量和体积使它们不 适用于便携式装置。具有密封接缝的金属基座能够有效抑制台式设备的EMI，但为了保持便 携式装置的轻便，就只能使用塑料。低电压会降低产生的辐射强度，新的3-伏特标准已经有助于降低所有谐波的 EMI。适当的阻抗匹配(impedance matching)和信号中断能够减少振铃和谐波，较短的信 号轨迹也可以降低辐射。PCB上的接地板或与信号线平行的接地线能够有效地屏蔽板上的 信号。滤波能够减少激增和下降时间，并通过波形整型(wave shaping)减少辐射，因为多 数正弦波的谐波比矩形波少。当然，滤波器需要额外的电容器、电阻器、或感应器，从而增加 成本。所有这些技术可以用于各种情况。经常需要较大的物理部件如滤波器来降低噪声和EMI。例如，可以给一个功率转换 器增加一个较大的感应器线圈，和一个同样是大体积的大数值电容器。也可能需要精密的 电容器或电阻器。这些笨重的组件是不尽如人意的，且成本高昂，使集成性变得困难。一种用来降低EMI的新技术是改变或调制时钟频率。这种技术被称为扩频 (spread spectrum)，因为时钟频谱在一个更广的频率范围内被扩展。图1显示一个非调 制时钟信号的辐射强度和频率的函数曲线图。尖峰信号(sharp spike)发生在时钟频率 40MHz的一个谐波上。由于时钟时常在额定频率(rated frequency)上运行，所有辐射能量 都出现在一个狭窄尖峰里，其有很大的幅度。尖峰幅度会超出由FCC设置的EMI限制。高 强度尖峰会对接收机产生干扰。图2是一个调制时钟产生的辐射强度和频率的函数曲线图。时钟频率不是常数， 其随着时间在一个额定频率+5%到-5%范围上变化。因此，时钟在40MHz上运行一个时间周期，但有时也在38MHz和42MHz的其它频率上运行。这种时钟可以通过缓慢改变频率从 38MHz到42MHz、然后缓慢降低频率回到38MHz而产生。一个电压控制振荡器(VCO)适用于 这样一个输入电压，该输入电压在产生38MHz和42MHz振荡的电压之间来回摆动。由于调制时钟仅花费部分时间在40MHz，辐射强度因为在一个相对较长时间上被 平均化，所以得以降低。在所有频率上的总辐射能量与图1非调制时钟的大约相同，但在任 何特定频率上的强度则大幅减少。在任何一个频率上的干扰也被减少，因为接收机通常被 调谐到一个特定频率(即使FM接收机被调谐到一个相对较小范围的频率)。因此，调制时钟频率能够降低在任何一个频率上的最大辐射强度，尽管在所有频 率上辐射的能量没有减少。这样对被调谐到一个固定频率的接收机的降低干扰具有实际效: O调制的长扫描周期-图3图3是在几个扫频周期上一个调制时钟的频率和时间的函数曲线图。时钟的标称 频率是40MHz。时钟被调制+/-5%，从38MHz到42MHz。在一千或两千个时钟周期上，时钟 频率从最小到最大频率进行扫描，使得邻近时钟脉冲有非常小的变动。一个25纳秒周期的 40MHz时钟在一个扫描周期上变化范围是从26. 25ns到23. 75ns，变动量为+/-1. 25ns。一 个37KHz的扫描率有27微秒(us)的扫描周期。扫描周期是27微秒/25纳秒或者1081时 钟周期。因此，两个相邻时钟周期的周期对周期的变化是5纳秒/1081或4. 62皮秒(ps)。 扫描频率通常是15到50KHz。这种使用频率抖动的扩频能够有效地降低EMI。不需要笨重的滤波器组件如大电 容器和电感器。但是，这种频率抖动经常需要转换精确组件如精密电容器以产生小步进或 调整的频率。这些精确电容器或电阻器的匹配是非常困难的。必须使用非常大的电容器或 非常小的电流或电阻器。这种小电流自身就常遭受噪声干扰和渗漏，从而并不尽如人意。期望有一种频率抖动电路，用于降低一个开关电源的EMI。不需要笨重的滤波器或 精密组件的抖动电路是令人期待的。能够与其它小型电路集成在一起的抖动电路是令人期 待的。能够被调谐或编程用于频率抖动程度的抖动电路是令人期待的。能够与振荡器以一 起用于开关电源的抖动电路是令人期待的。能够使用作为时钟产生器的一个模块的抖动电 路也是令人期待的。附图说明图1是一个非调制时钟信号的辐射强度和频率的函数曲线图；图2是一个调制时钟的辐射强度和频率的函数曲线图；图3是一个调制时钟在几个扫频周期时间上的频率和时间的函数曲线图；图4是一个用于调制时钟振荡的频率抖动电路的示意图；图5是一个控制电路的示意图；图6显示一个简单的DAC ；图7是一个用于控制频率抖动的锯齿波电压的波形图；图8是图7波形在时间标度的扩展；图9是一个没有频率抖动的振荡器的频谱示意图；图10是一个具有频率抖动的时钟(如图4电路)的频谱示意图11是一个可编程抖动电路；图12A-C是显示反馈电阻的不同的可编程数值的辐射效果的波形。专利技术详述本专利技术涉及EMI抑制电路的改善。以下描述使本领域技术人员能够依照特定应用 及其要求制作和使用在此提供的本专利技术。对优选实施例的各种修改对本领域技术人员是明 显的，在此定义的一般原理可以实施到其它实施例。因此，本专利技术不是意在受制于所示和所 述的特定实施例，而是属于与在此披露的原理和新颖性特征一致的更广范围内。专利技术人已经意识到数模转换器(DAC)可以被用来调整一个振荡器或其它时钟产 生器的频率。这种频率抖动能够减少或去除笨重的滤波器组件，并能够进行集成形成小型直ο专利技术人还认识到如果放松DAC的解析度要求，就能够放松匹配DAC的精密电阻器 和电容器。通过按比例缩放和减去DAC输出，能够降低DAC解析度。专利技术人还认识到对 DAC之后的减法器进行编程，能够顾及抖动可被编程的程度。图4是一个用于调制时钟振荡的频率抖动电路的示意图。时钟CLK可以用于转换 开关电源里一个较大的场效应晶体管(FET)，或可以用于其它目的。SR锁存器对触发使得 其输出CLK和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抖动时钟产生器，包括：一个振荡器，其产生一个频率随抖动变化的时钟，以减少电磁干扰（ＥＭＩ）；一个控制电路，其接收时钟，用于产生一个数字计数值，其对应时钟随时间发生变化；一个数模转换器（ＤＡＣ），其从控制电路接收数字计数值，ＤＡＣ产生一个具有第一电压摆幅的ＤＡＣ电压；一个减法器，其接收ＤＡＣ电压，用于按比例缩小ＤＡＣ电压的第一电压摆幅以产生一个具有第二电压摆幅的极限电压，第二电压摆幅小于第一电压摆幅；和第一比较器，其从减法器接收极限电压，通过调整时钟的边缘时间来抖动振荡器，由此，ＤＡＣ的第一电压摆幅被减法器缩小，然后抖动振荡器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁志德，吴植伟，关兴杰，苏伟杰，张保华，麦永昌，邝国权，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]
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