1、介绍

       随着当今电子系统中处理器速度和数据速率的提高，电磁干扰（EMI）已经成为设计师面临的主要挑战。在一个设备中产生的EMI可能阻碍其附近的其他电子设备的操作。

       时钟发生器通常是系统中EMI的最大贡献者。方波时钟的频谱由基音和高次谐波的收集组成。过滤，屏蔽和良好的PC布局可以限制系统中的EMI，但它们增加了成本并消耗了宝贵的电路板空间。另一种方法是减少时钟产生的噪音。通过随时间缓慢调制时钟频率，基频和谐波频率的峰值能量将被减少。这种减少是有用的，因为FCC使用特定带宽内的峰值功率（通常为100 KHz）来确定EMI。

2、扩频优势

       诸如SiT9001，SiT9002和SiT9003之类的扩频时钟的输出是通过用图1所示的32kHz三角波调制其PLL来进行调节。

扩展配置文件包含多个用户可选参数：

1.传播类型：中心传播或向下传播

2.扩展百分比（或调制限制） 

•中心传播：±0.25％，±0.5％，±1.0％，±2.0％

•跌幅：-0.5％，-1.0％，-2.0％，-4.0％

       如果时钟频率为100 MHz，选择±1.0％的中心点将限制输出为99MHz至101 MHz。类似地，选择-2％的下降幅度将导致输出范围从98MHz至100 MHz。

       三角波被选为调制信号，因为它在频域具有相当平坦的功率密度。图2显示了非扩展时钟和扩频时钟的频谱图。通过有意地将存储在非扩展时钟中的能量在小的频率范围内扩展，可以实现频谱幅度的降低。

图2.非扩展时钟和扩频时钟的频谱图由具有100KHz分辨率带宽的频谱分析仪测量

       为了更好地了解扩频时钟的降噪优势，我们使用频谱分析仪测量125 MHz SiT9001的峰值功率，并且不使能扩展功能。在这个测试中，选择了-2％的下降。图3是频谱分析仪的输出。随着扩展功能的开启，EMI降低到扩展频谱的平均水平为13 dB（标记3 - 标记1），而峰值降低峰值为11 dB（标记3 - 标记2）。

3、扩频时钟中EMI降低的估计

       通常期望能够估计纸张上的EMI降低而不诉诸于此实验室测量。用户可以使用以下公式进行此类估计：
       公式1
       其中S是峰 - 峰扩展百分比，fc是载波频率，RBW是频谱分析仪的分辨率带宽。对于时钟测量，RBW通常设置为100 KHz。
       我们可以验证等式1的结果与测量值的关系。由于SiT9001的运行频率为125 MHz，下降幅度为2％，因此EMI降低：
       EMI reduction = 10 log (0.02 x 125MHz)/100 KHz = 14 dB
       计算值接近13 dB的测量峰值平均值。然而，由于扩频中的波纹，它比11dB的峰 - 峰值高3dB。当使用这些方程估计峰峰值EMI降低时，用户应牢记这一点。

       为了更好地分析上述方程的准确性，我们测量了SiT9001在3种不同向下扩展百分比下的EMI降低，并将其与计算值进行比较。结果如图4所示。虚线表示计算值，而实线是使用Rohde＆Schwarz频谱分析仪测量的峰值与平均值。从图中可以看出，计算值通常保持在测量的±1 dB以内。

4、扩频对时钟谐波的影响

       FCC符合性包括时钟的基频和谐波频率。第2节和第3节描述了扩频对基频的影响，但谐波如何？幸运的是，降低EMI的好处也适用于谐波。

       从等式1可以看出，EMI降低量与频率成正比。为了验证这一点，我们测量了在其基频（100MHz），三次谐波（300MHz）和五次谐波（500MHz）下，具有和不具有2％向下扩展的100MHz SiT9001的频谱。结果如图5和图6所示。

图5. 100 MHz和300MHz的100 MHz SiT9001的频谱图

图6. 100 MHz和500 MHz的100 MHz SiT9001的频谱图

       基频（100 MHz）扩频的EMI降低为12.09 dB，三次谐波（300MHz）增加到16.38 dB，在五次谐波（500 MHz）时增加到17.06 dB。换句话说，扩展频谱降低了时钟输出中所有频率分量的EMI。

5、结论

       SiTime扩频振荡器在其输出端提供出色的EMI降低，使其在噪声敏感的应用中非常有价值。

相关链接：SiTime扩频振荡器选型