EMI

EMI對電子設計者是一大挑戰，而數位系統脈波通常是此雜訊的最主要產生源。此乃因其頻率通常是系統內所有信號最高者且為周期性方波，故其頻譜包含一具有最大振幅的基頻及振幅隨之衰減的諧波。系統內其它信號，如資料及地址匯排等，會以與此脈波相同頻率來更新，但這些信號非周期性且無關聯性，所以其頻譜唯一寬頻帶且振幅很低。雖其頻帶總能量比此脈波大很多，但其對EMI測試無影響。此乃因EMI是受頻帶最高振幅影響而非總幅射能量。

《圖一　DS1806方塊圖》

＜註：核心為一由三角波控制的VCO，其頻率可藉由雙線介面（2-wire interface）來設定儲存在其EEPROM內。＞

有些方法可控制EMI，如濾波、屏障及好的PCB佈局。濾波及屏障會增加材料價格，而好的PCB佈局則費時。另一方法則是對雜訊源著手，其通常是脈波振盪器。一般可用變頻脈波來降低基頻及泛音（overtones）的振幅，因整體能量不變故變頻脈波必須降低其振幅以擴展其泛音。而最簡單的方法去產生此變頻脈波就是用一三角波對電壓控制振盪器（VCO）作調變。頻譜的展寬會隨三角波振幅而增加。而此三角波頻率該多快？如果太慢（如在音頻範圍），則會藉由電源耦合至類比子系統，固其頻率應比其高。但太高則可能對數位電路造成影響。

《圖二　石英振盪器與DS1806以4%展寬時的頻譜比較。其振幅差異約25dB。》

脈波振盪器

Dallas依上技術研發出DS1086脈波振盪器。其方塊圖如(圖一)所示。此電路的核心為一由電壓控制延遲線所控制的振盪器，此也出現在Dallas的Econ振盪器。此方波電壓控制振盪器（VCO）由一三角波所控制，且其中心頻率由一數位類比轉換器（DAC）所控制且可調頻介於66MHz至133MHz。此VCO後端接一8位元可程式除頻器，故輸出中心頻率可由260KHz至133MHz而不需外加計時元件。此三角波有三種不同振幅準位，其分別對應於頻譜展寬的0％、2％及4％。(圖二)為DS1806與一般石英振盪器的頻譜比較圖。DS1806的4％展寬可將最大振幅降低25dB。

DS1806由雙線介面（2-wire interface）控制，且其設定可儲存在EEPROM內。其可獨立操作如已設定在所需頻率。在省電應用時，也可在操作中更換頻率。如用DS1806當作微處理器的時脈源時，必須考慮其頻率誤差量及其振盪器的工作周期，上升/下降時間和其它參數是否可與此微處理器搭配。在一些用振盪器作為參考源的應用上，如Real Time Clocks及即時量測，此變頻式會增加誤差。想進一步了解如何搭配使用微處理器及DS1806，請參照參考資料[2]。

《圖三　MAX1703升壓轉換器的頻譜。其基頻300KHz為其自激切換頻率，其泛音可達10MHz。》

交換式電源轉換器

另一展頻技術的應用為交換式電源轉換器。現今的手提消費產品，如手機及PDA等，皆內含無線電功能。此無線電電路很容易受電源器上的雜訊干擾，尤其是VCO，故需低雜訊電源。但為了增長電池壽命，必須使用交換式電源器，但其雜訊頻譜與時脈振盪器類似，且其基頻為交換頻率。此雜訊可能耦合至此無線電電路而限制其性能。

MAX1703為一單電池升壓轉換器，其有一腳位可與外部訊號同步，可從(圖三)、(圖四)比較出MAX1703以自有頻率及與一展頻脈波同步操作時所產生的雜訊頻譜的差異。由圖三可知MAX1703以自有頻率操作時，仍可見其輸出頻譜及泛音直至10MHz。而由圖四可知展頻的展寬會壓使泛音低至雜訊底層內，但圖四內的雜訊底層會比圖三高，此乃因其能量固定所導致。

《圖四　MAX1703與一展頻脈波同步操作時所產生的頻譜。其尖波被移除但雜訊底層上升。》

結語

最後必須強調展頻技術並不能取代傳統降低EMI的濾波、屏障及好的PCB佈局等技術。好的PCB佈局才可保證數位及類比系統的正常工作，然而展頻脈波仍可幫助EMI認證及降低濾波與屏障所需的材料費用。

＜參考資料：

[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＞