一百多年前人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn),一些有害物質(zhì)對(duì)人體的損害,到了近代輻射成為聞之色變的放射性有害物質(zhì).眾所周知,智能手機(jī),電腦,部分家電都是帶有輻射的,只是比較微弱,是因?yàn)?a href="http://www.nliguihua5.com.cn/NDKcrystal/" target="_blank">晶振廠家安裝了可以降低輻射的元件,擴(kuò)頻晶體振蕩器是其中一種.輻射發(fā)射發(fā)生在具有不斷變化的電信號(hào)輻射發(fā)射的任何電子設(shè)備中.如果PC主板的時(shí)鐘以一定的頻率運(yùn)行,它將以主振蕩器的頻率為中心輻射射頻能量.
在20世紀(jì)80年代和90年代,從微波爐到手機(jī)的電子設(shè)備激增.這些設(shè)備之間的交叉干擾成為一個(gè)問題.微波爐干擾了心臟起搏器,而有線調(diào)制解調(diào)器干擾了無繩電話.同樣,計(jì)算機(jī)監(jiān)視器輻射足夠的射頻能量,干擾其附近的大多數(shù)其他電子設(shè)備.美國聯(lián)邦通信委員會(huì)和其他監(jiān)管機(jī)構(gòu)(如歐洲的電磁兼容性(EMC)機(jī)構(gòu))對(duì)所有電子產(chǎn)品中的這些排放做出了更嚴(yán)格的規(guī)定.在美國,FCC Part68規(guī)定了工業(yè)和商業(yè)電子設(shè)備.第68部分,A類涉及工業(yè)環(huán)境中使用的設(shè)備,而第68部分,B類涉及消費(fèi)品.本文僅關(guān)注B類電子產(chǎn)品.
定義:
輻射敏感性是指一塊電子設(shè)備對(duì)來自外部RF能源的接口的敏感性.輻射發(fā)射是由電腦或監(jiān)視器等電氣設(shè)備無意輻射的射頻能量,這可能對(duì)另一部電氣設(shè)備產(chǎn)生一些影響.EMC(電磁兼容性):電子設(shè)備成為“良好的電磁鄰居”的能力:它既不會(huì)引起電磁干擾,也不會(huì)受到電磁干擾(在適用標(biāo)準(zhǔn)的限制范圍內(nèi)).請(qǐng)參閱:術(shù)語定義
EMI(電磁干擾):來自電磁輻射的無用噪聲.
如果測(cè)量來自PC主板的輻射RF能量,則存在石英晶體振蕩器中心頻率的輻射尖峰(圖1).消費(fèi)品的FCC要求(FCC第68部分,B類)要求在任何給定頻率下輻射發(fā)射必須低于規(guī)定的最大值.

圖1.典型晶體振蕩器發(fā)射與FCC最大值的比較.
具有諷刺意味的是,標(biāo)準(zhǔn)并沒有減少輻射能量的總量,只能減少任何一個(gè)頻率可能輻射的峰值能量.
減少輻射的傳統(tǒng)老式方法涉及遏制.個(gè)人計(jì)算機(jī)使用其接地的鋼制機(jī)柜作為屏蔽來攔截和消散主板輻射的能量.封閉式電子設(shè)備中使用的塑料柜通常涂有金屬層并接地以達(dá)到相同的目的.隨著電子產(chǎn)品的激增和變得越來越小,遏制技術(shù)變得越來越難以實(shí)現(xiàn).電子設(shè)備的更高時(shí)鐘速度包括更高的諧波頻率,迫使設(shè)計(jì)人員使用諸如屏蔽,EMI濾波和仔細(xì)的電路布局等技術(shù)來減少輻射發(fā)射.隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的萎縮,這種方法變得昂貴且難度更大.需要一種新方法來減少這些峰值輻射.通過擴(kuò)散或抖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率,輻射發(fā)射可以在窄頻譜上“模糊”,從而減少任何一個(gè)頻率的峰值輻射發(fā)射.這簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工程師的任務(wù)并降低了制造產(chǎn)品的成本.在過去幾年中,使用擴(kuò)頻晶體振蕩器來減少峰值輻射,從PC主板到打印機(jī)的各個(gè)環(huán)節(jié)都得到了普及.
擴(kuò)頻的歷史
在第二次世界大戰(zhàn)期間,美國海軍遇到了無線電控制魚雷的問題,這些魚雷被調(diào)諧到與發(fā)射無線電相同頻率的高強(qiáng)度射頻信號(hào)“卡住”.這是輻射敏感性的一個(gè)例子.1942年8月11日,Hedy Keisler Markey和George Antheil被授予美國專利號(hào)2,292,387,用于解決這一問題的“秘密通信系統(tǒng)”.該設(shè)備使用一種機(jī)制在發(fā)射機(jī)上的頻率之間快速切換(這種技術(shù)類似于現(xiàn)在稱為跳頻的技術(shù)).魚雷中接收器上的類似裝置在相同頻率之間切換并捕獲發(fā)射信號(hào).控制魚雷的信號(hào)從未保持在任何單獨(dú)的頻率,足以被單一頻率的外部RF信號(hào)干擾.
利用擴(kuò)頻技術(shù)減少輻射排放
雖然術(shù)語擴(kuò)頻用于減少消費(fèi)電子產(chǎn)品中輻射發(fā)射的技術(shù),但應(yīng)用與無線電話等設(shè)備中的應(yīng)用不同.在無繩電話中,發(fā)射器和接收器的工作頻率一致地掃過一個(gè)頻帶,減少了任何一個(gè)頻率的外部輻射的影響.利用擴(kuò)頻技術(shù)在諸如PC之類的消費(fèi)產(chǎn)品中的無意發(fā)射機(jī)中進(jìn)行RF降低,涉及掃描在頻帶上驅(qū)動(dòng)PC的時(shí)鐘.因此,任何輻射發(fā)射都在該頻帶上擴(kuò)展,并且在任何一個(gè)頻率上僅輻射少量的總能量.這將該頻率的峰值能量降低到FCC規(guī)定的水平以下.
上述方法使用施加到有源石英晶振的信號(hào),該信號(hào)根據(jù)信號(hào)電平移動(dòng)頻率.在最簡(jiǎn)單的形式中,三角形信號(hào)被施加到振蕩器電路,振蕩器電路根據(jù)三角形幅度改變振蕩器的頻率(圖2).實(shí)際上,所應(yīng)用信號(hào)的形狀可能與此三角形示例略有不同.

圖2.振蕩器抖動(dòng).

圖3.時(shí)鐘頻譜抖動(dòng)比較.
圖3圖1顯示了抖動(dòng)DS1086振蕩器的輻射發(fā)射輸出,與前面所示的晶體振蕩器相比.圖表顯示DS1086具有0％抖動(dòng)輸出和4％抖動(dòng)輸出.該圖表演示了振蕩器頻率的“擴(kuò)展”如何將任何特定頻率的峰值輻射發(fā)射降低到FCC規(guī)定的水平以下.選擇抖動(dòng)信號(hào)的頻率使其遠(yuǎn)低于抖動(dòng)的OSCillator的頻率.因此,由振蕩器驅(qū)動(dòng)的電子設(shè)備不受快速頻率變化的影響.它還被選擇為高于可聽頻率范圍,使得電路中的無功元件(例如電容器和電感器)不會(huì)產(chǎn)生可聽噪聲.上圖顯示了晶體振蕩器的輻射能量譜,Econ Oscillator上的“0％”擴(kuò)散和Econ Oscillator上的4％擴(kuò)散.可獲得2％的差價(jià)但未顯示.由于Econ Oscillator架構(gòu)固有的抖動(dòng)特性,“0％”擴(kuò)展實(shí)際上約為½％到1％的擴(kuò)展.
DS1086
DS1086是一款Econ Oscillator,旨在激發(fā)振蕩器輸出中的抖動(dòng),減少從打印機(jī)到游戲機(jī)的系統(tǒng)輻射.該器件由可編程的66MHz至133MHz時(shí)鐘頻率發(fā)生器組成,可通過2線接口以10kHz的增量進(jìn)行調(diào)諧.這與預(yù)分頻器一起將主振蕩器頻率除以2X.(其中x=0到8),提供從260kHz到133MHz的廣泛頻率選擇.輸入引腳提供對(duì)門控時(shí)鐘輸出,打開和關(guān)閉抖動(dòng)以及禁用主振蕩器的控制.可選擇三種抖動(dòng)選項(xiàng):“0％”,2％和4％.與其他制造商生產(chǎn)的低EMI振蕩器不同,DS1086有源晶振不需要外部晶振或時(shí)鐘參考,因此可以實(shí)現(xiàn)最小的占位面積,低EMI時(shí)鐘(圖4).它采用8引腳SO封裝.

圖4.DS1086 Spread Spectrum Econ Oscillator.
與其他EconOscillators一樣,DS1086使用精確控制的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和校準(zhǔn)的壓控振蕩器(VCO)來產(chǎn)生其中心頻率輸出.通過將三角波電壓信號(hào)加到VCO輸入中,將頻率抖動(dòng)注入輸出頻率.三角波的幅度決定了輸出時(shí)鐘中的抖動(dòng)百分比.根據(jù)應(yīng)用,可以設(shè)置為0％,2％或4％.請(qǐng)注意,0％抖動(dòng)選擇具有約1％的抖動(dòng),這是所有EconOscillators架構(gòu)所固有的.與晶體振蕩器相比,即使是具有這種特性的標(biāo)準(zhǔn)EconOscillators,其輻射頻譜也會(huì)降低10dBm,而無需任何額外的電路.
消費(fèi)電子產(chǎn)品的FCC輻射發(fā)射合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)使電路設(shè)計(jì)者的工程工作變得越來越困難.更快的時(shí)鐘速度包括更高的諧波頻率,迫使設(shè)計(jì)人員使用屏蔽,EMI濾波和仔細(xì)的電路板布局來減少輻射.通過將頻率調(diào)制(FM)或“抖動(dòng)”添加到系統(tǒng)時(shí)鐘的中心頻率,輻射發(fā)射可以在窄頻譜上擴(kuò)展,從而減少任何一個(gè)頻率的峰值輻射發(fā)射,滿足FCC要求.這簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)人員的工程任務(wù),可以大幅降低成品的成本.在過去幾年中,擴(kuò)頻時(shí)鐘振蕩器的使用已經(jīng)普及.時(shí)鐘的特性是頻率相對(duì)精確的短期穩(wěn)定性,通常在200ppm至300ppm的量級(jí).長期頻率穩(wěn)定性掃描頻率值,范圍為石英振蕩器中心頻率的½％至4％.

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擴(kuò)頻晶體振蕩器可以降低產(chǎn)品輻射的原理

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