EMI

EMI对电子设计者是一大挑战，而数位系统脉波通常是此杂讯的最主要产生源。此乃因其频率通常是系统内所有信号最高者且为周期性方波，故其频谱包含一具有最大振幅的基频及振幅随之衰减的谐波。系统内其它信号，如资料及地址汇排等，会以与此脉波相同频率来更新，但这些信号非周期性且无关联性，所以其频谱唯一宽频带且振幅很低。虽其频带总能量比此脉波大很多，但其对EMI测试无影响。此乃因EMI是受频带最高振幅影响而非总幅射能量。

《图一 DS1806方块图》

＜注：核心为一由三角波控制的VCO，其频率可藉由双线介面（2-wire interface）来设定储存在其EEPROM内。 ＞

有些方法可控制EMI，如滤波、屏障及好的PCB布局。滤波及屏障会增加材料价格，而好的PCB布局则费时。另一方法则是对杂讯源着手，其通常是脉波振荡器。一般可用变频脉波来降低基频及泛音（overtones）的振幅，因整体能量不变故变频脉波必须降低其振幅以扩展其泛音。而最简单的方法去产生此变频脉波就是用一三角波对电压控制振荡器（VCO）作调变。频谱的展宽会随三角波振幅而增加。而此三角波频率该多快？如果太慢（如在音频范围），则会藉由电源耦合至类比子系统，固其频率应比其高。但太高则可能对数位电路造成影响。

《图二 石英振荡器与DS1806以4%展宽时的频谱比较。其振幅差异约25dB。》

脉波振荡器

Dallas依上技术研发出DS1086脉波振荡器。其方块图如(图一)所示。此电路的核心为一由电压控制延迟线所控制的振荡器，此也出现在Dallas的Econ振荡器。此方波电压控制振荡器（VCO）由一三角波所控制，且其中心频率由一数位类比转换器（DAC）所控制且可调频介于66MHz至133MHz。此VCO后端接一8位元可程式除频器，故输出中心频率可由260KHz至133MHz而不需外加计时元件。此三角波有三种不同振幅准位，其分别对应于频谱展宽的0％、2％及4％。(图二)为DS1806与一般石英振荡器的频谱比较图。 DS1806的4％展宽可将最大振幅降低25dB。

DS1806由双线介面（2-wire interface）控制，且其设定可储存在EEPROM内。其可独立操作如已设定在所需频率。在省电应用时，也可在操作中更换频率。如用DS1806当作微处理器的时脉源时，必须考虑其频率误差量及其振荡器的工作周期，上升/下降时间和其它参数是否可与此微处理器搭配。在一些用振荡器作为参考源的应用上，如Real Time Clocks及即时量测，此变频式会增加误差。想进一步了解如何搭配使用微处理器及DS1806，请参照参考资料[2]。

《图三 MAX1703升压转换器的频谱。其基频300KHz为其自激切换频率，其泛音可达10MHz。》

交换式电源转换器

另一展频技术的应用为交换式电源转换器。现今的手提消费产品，如手机及PDA等，皆内含无线电功能。此无线电电路很容易受电源器上的杂讯干扰，尤其是VCO，故需低杂讯电源。但为了增长电池寿命，必须使用交换式电源器，但其杂讯频谱与时脉振荡器类似，且其基频为交换频率。此杂讯可能耦合至此无线电电路而限制其性能。

MAX1703为一单电池升压转换器，其有一脚位可与外部讯号同步，可从(图三)、(图四)比较出MAX1703以自有频率及与一展频脉波同步操作时所产生的杂讯频谱的差异。由图三可知MAX1703以自有频率操作时，仍可见其输出频谱及泛音直至10MHz。而由图四可知展频的展宽会压使泛音低至杂讯底层内，但图四内的杂讯底层会比图三高，此乃因其能量固定所导致。

《图四 MAX1703与一展频脉波同步操作时所产生的频谱。其尖波被移除但噪声底层上升。》

结语

最后必须强调展频技术并不能取代传统降低EMI的滤波、屏障及好的PCB布局等技术。好的PCB布局才可保证数位及类比系统的正常工作，然而展频脉波仍可帮助EMI认证及降低滤波与屏障所需的材料费用。

＜参考资料：

[1] Chapters 10 and 11 in Ott, H. W., Noise Reduction Techniques in Electronic Systems, 2nd ed. Wiley-Interscience, New York, 1988.

[2] Application Note 232, “Using the DS1086 as a Microcontroller Clock to Reduce EMI”, 2003. See Maxim’s homepage, http://www.maxim-ic.com＞