扩频时钟技术(Spread+Spectrum+Clock+Technology)对降低电磁干扰(EMI)的作用及实现方法
SSC扩频时钟
SSC扩频时钟展开全文SSC，全称Spread Spectrum Clocking，即扩频时钟。
由于信号的能量过于集中在其载波频率位置，导致信号的能量在某一频点位置处的产生过大的辐射发射。
为了有效地降低EMI辐射，芯片厂家在设计芯片时也给容易产生EMI的信号增加了SSC扩频时钟的功能，频率变化的时钟，其频谱能量被分散在一定频谱范围上。
当前PCIE、SATA、SAS、USB3.0等高速芯片都支持SSC的功能。
采用SSC的功能可以有效的降低信号所产生的EMI。
配图来源于网络，侵删说到扩频，会想到分频和倍频，也有过混淆的情况。
分频和倍频说的是CPU与总线、外设之间工作频率的关系。
为什么会有分频、倍频？是因为有些外部设备达不到CPU的工作频率，一般情况下，CPU 的工作频率永远是高于外部设备的，为了协调CPU与外部设备的工作时序，就只有进行分频和倍频处理。
CPU的频率，即主频为外频与倍频两者的乘积。
SSC不仅对时钟振荡频率（基波）有抑制作用，对高次谐波（准确地说是基频的奇次谐波）的峰值也有抑制作用。
SRIS - Separate Refclk Independent SSC. 独立参考扩频；SRNS - Separate Refclk with No SSC。
独立参考无扩频；SRNS允许600ppm，而SRIS允许5600ppm（其中SSC允许5000ppm，TX/RX允许600ppm）；一般芯片支持SRIS也会支持SRNS。
+0%~-0.5%这个说的是扩频类型。
扩频类型有三种：中心扩频，向上扩频还有向下扩频。
由于中心和向上扩频都会产生超过系统时钟的频率，会对系统造成影响，所以一般使用向下扩频。
30KHz~33KHz这个说的是被调制信号频率范围内的变化速度。
调制频率太快，后级的PLL电路可能跟踪不上，应远小于源时钟的频率，以免引起时序问题（建立/保持时间等）；调制频率太慢，会产生人耳可识别的声音的频率范围（20Hz~20KHz）音噪。
ssc扩频时钟原理
ssc扩频时钟原理
SSC（Spread Spectrum Clocking）扩频时钟是一种用于减小电磁干扰（EMI）的技术。
其原理是通过在时钟信号中引入一个随机的扩频码序列来改变时钟频率，使电磁能量在频域上分布更宽，从而降低峰值频谱功率密度，减小电磁辐射峰值。
以下是SSC扩频时钟的原理：
1. 首先，将要传输的基本时钟信号称为本地时钟（Local Clock）。
它是一个稳定的，高精度的信号源。
2. 然后，生成一个扩频码序列。
扩频码序列是一个长周期的伪随机序列，可以通过特定的算法生成。
3. 将扩频码序列与本地时钟信号进行异或运算。
这样就可以改变时钟频率。
4. 将扩频时钟信号发送到需要的设备。
总结来说，SSC扩频时钟的原理就是通过引入一个伪随机扩频码来改变时钟频率，从而减小电磁干扰。
这种技术可以在高速数据传输和敏感电子设备中广泛应用，以帮助减少电磁辐射和提高抗干扰能力。
扩频时钟（SSC）简介
SSC是英文Spread Spectrum Clocking的缩写，中文意思为“扩频时钟”，当下的绝大多数高速芯片，如PCIE、SATA、SAS、USB3.0等都支持SSC功能。
那么SSC究竟是干什么的呢？SSC的主要目的是减小EMI辐射。
EMI一直是高速系统设计的难点，在传统设计中，主要通过滤波、接地、屏蔽等方法来减小EMI辐射，这些方法都是通过改变/切断EMI辐射路径来达到减小EMI辐射的目的，往往设计成本比较高，另外还有一种更好的治本方法，那就是在EMI源头上做文章，减小EMI的产生，SSC技术就是其中一种。
学过信号与系统课程的同学都知道，对于固定频率的时钟，所有能量都集中在其基频上，其频谱很窄，但幅度很高，对外辐射能量很大，而对于频率变化的时钟，其能量会分散在一定频率范围上。
如上图所示，SSC时钟频谱平均分布在一定范围内，幅度很小，不会产生太大的EMI辐射。
一般用扩展率δ来衡量时钟扩展的深度，假设扩展前时钟频率为fc，频率扩展范围为Δf，则有：向下方向扩频率：δ = -Δf /fc *100%中心方向扩频率：δ = ±1/2Δf/fc *100%向**向扩频率：δ = Δf/fc*100%扩频率不能太小，也不能太大，太小了达不到预期效果，太大了不能满足总线的时序要求，引起系统误码，大多数高速芯片的SSC扩频率在0.5%左右。
扩频的方法如下：假设有某时钟Y(t) = Asin2πfct，用w(t)波形来对基频时钟进行扩频，则扩频后的时钟Y’(t) = Asin2π(fc+w(t))t，未经扩频的时钟频谱是位于fc的一条谱线，幅度为:A2/2，由于该频谱只是一条谱线，其幅度与频谱带宽B 无关。
但是，扩频时钟的频谱幅度取决其带宽B。
由于扩频时钟的功率在Δf频带内分布相当均匀，其幅度为:A2B/(2Δf)，这样，我们可以得到EMI抑制率S为：S = 10log((A2/2)/( A2B/(2Δf))) = 10log(Δf/B)，单位为dB。
扩频时钟SSC技术,即展频
扩频时钟SSC是抖动吗？2017-08-26 RF和EMC小助手数字电路的抖动通常是我们不希望的，因为抖动会造成采样位置的偏差，可能会引起数据传输错误，因此一般情况下会希望信号里的抖动越小越好。
但是，事情没有绝对的，在有些场合下，出于一些特殊的目的，人们可能会在数字总线上有意增加一些抖动，其中最典型的抖动就是SSC（Spread Spectrum Clocking），即扩频时钟。
SSC引入的目的是降低系统的EMI（Electromagnetic Interference）辐射（desense因此就被降低了）。
在很多消费电子的应用中，总线的速率越来越高，因此系统的EMI问题也越来越严重。
为了控制电子设备的EMI对其它设备和人体的影响，很多产品在上市销售前都必须通过严格的EMI测试，比如FCC/CE等认证中都需要进行EMI相关的测量。
要减小系统的EMI问题，通常有几种方法：滤波的方法：由于EMI的大小和信号跳变沿有关，边沿越陡EMI辐射越大，所以通过在总线上串联一些电阻或并联一些电容可以减缓信号的跳变沿从而减小EMI辐射。
很多数字总线如USB、PCI-E、HDMI、MIPI等对于信号的最快上升时间都有一定的限制性要求，以在保证信号能够通过眼图测试的情况下尽可能减缓信号的跳变沿。
但是由于现在数字总线速率越来越高，数据比特宽度越来越窄，比如对于一个5Gbps的信号来说，其数据比特宽度只有200ps，因此信号的上升沿不可能太缓。
屏蔽的方法：如果电路板上的辐射太大，可以通过增加屏蔽措施的方法来控制对外界的EMI辐射，比如对于一些辐射比较大的电路部分额外增加屏蔽壳。
但是额外的屏蔽措施对于系统的重量、体积、成本增加很多，同时对于很多消费类电子产品来说增加屏蔽壳会使接口连接变得非常不方便，因此一般只是对一些比较关键的电路（比如射频或者开关电源电路）进行特殊屏蔽。
SSC扩频时钟的方法：扩频时钟的方法是在数字系统的时钟源头进行轻微的调频，从而降低EMI辐射的峰值功率。
Spread Spectrum(频展)
当主板上的时钟震荡发生器工作时，脉冲的极值（尖峰）会产生EMI（电磁干扰）。频率范围设定功能可以降低脉冲发生器所产生的电磁干扰，所以脉冲波的尖峰会衰减为较为平滑的曲 ，这样可以优化系统的性能表现和稳定性。但是如果您被电磁干扰问题困扰，请将此项设定为Enabled，这样可以减少电磁干扰。注意，如果您超频使用，必须将此项禁用。因为即使是很微小的峰值漂移（抖动）也会引入时钟速度的短暂突发，这样会导致您超频的处理器锁死。可选项为：Enabled，+/0.25%，0.5%，+/0.5%，+/0.38%。�
信号完整性基础系列之十二——扩频时钟(SSC)及其测量方法
信号完整性基础系列之十二——扩频时钟（SSC）及其测量方法汪进进美国力科公司深圳代表处扩频时钟(SSC)就是频率按一定规律变化的时钟。
SSC是英文Spread Sp ectrum Clocking 的简称，在PC和通信行业都有广泛应用。
根据傅立叶变换原理，固定频率的时钟，其频谱能量集中在基波频率上，不易通过FCC，CISPR，VDE等认证，而频率变化的时钟，其频谱能量被分散在一定频谱范围上，峰值能量能减小2-18dB，如图一所示。
扩频方法在通信行业被用做一种信号编码的方法，这种方法原理上具有减小EMI的优势，所谓CDMA（Code Division Mu ltiple Access）手机辐射小就是这个道理，因此电信运营商将CDMA称为“绿色通信”。
扩频之后频谱的总能量没有减少，但由于FCC等规定的是电子设备发射的最大EMI不能超标，如图二所示，所以说SSC是降低EMI的有效方法。
虽然EMI的减少可通过PCB布线，滤波，屏蔽等多种手段，但现在新的FFC要求PC主板能“开箱”通过EMI测试，通过外壳屏蔽的方法已不能满足这种要求，SSC成了降低EMI的必要手段。
现在的主板芯片供应商都会支持芯片的扩频时钟功能。
PCI-E,SATA,SAS,等几乎所有的高速芯片都支持SSC。
当前热门的U SB3.0一致性测试中更是特别强调了SSC的测量。
图一SSC带来的频谱变化图二FCC的规定EMI的减少量和频率变化的调制程度有关。
频率变化范围越大，EMI降低越大。
但频率变化范围太大又会使PC系统时序设计带来困难。
在Intel的Pen tium? 4处理器中，建议这种频率变化要小于时钟频率的0.8%。
对于 100MHz 的时钟，如果按±0.8%来调制，频率的摆动范围就是99.2MHz-100.8MHz。
但是如果要设计一个100MHz作为参考时钟的系统，调制后时钟频率工作到100.8M Hz时，处理器可能会工作到超出额定频率，带来不可预知的问题，所以在实际系统中，一般都采用负向调制以保证总线时序上的最小周期要求。
展频技术——精选推荐
展频技术时钟展频技术能有效降低EMI，深⼊讲解展频发⽣器！卧龙会IT技术百家号08-1311:24随着技术的发展，数字信号的时钟频率越来越⾼，电路系统对于信号的建⽴、保持时间、时钟抖动等要素提出越来越⾼的要求。
EMI，即电磁⼲扰，是指电路系统通过传导或者辐射的⽅式，对于周边电路系统产⽣的影响。
EMI会引起电路性能的降低，严重的话，可能导致整个系统失效。
在实际操作中，相关机构颁布电磁兼容的规范，确保上市的电⼦产品满⾜规范要求。
时钟信号常常是电路系统中频率最⾼和边沿最陡的信号，多数EMI问题的产⽣和时钟信号有关。
降低EMI的⽅法有许多种，包括屏蔽、滤波、隔离、铁氧体磁环、信号边沿控制以及在PCB中增加电源和GND层等等。
在应⽤中可以灵活使⽤以上⽅法，其中屏蔽是相对简单的机械学⽅法，成本较⾼，不适⽤于⼿持和便携式设备；滤波和信号边沿控制对于低频信号有效，不适合当前⼴泛应⽤的⾼速信号。
另外，使⽤EMI/RFI滤波器这些被动元器件，会增加成本；通过LAYOUT技巧降低EMI显然⽐较费时，⽽且因设计的不同，⼿段也不尽相同。
展频时钟（Spread Spectrum Clocking）是另⼀种有效降低EMI的⽅法，本⽂将简要描述展频时钟发⽣器（Spread Spectrum Clock Generator, SSCG）是如何降低EMI的。
概述时钟展频通过频率调制的⼿段将集中在窄频带范围内的能量分散到设定的宽频带范围，通过降低时钟在基频和奇次谐波频率的幅度（能量），达到降低系统电磁辐射峰值的⽬的。
⼀般数字时钟有很⾼的Q值，即所有能量都集中在很窄的频率范围内，表现为相对较⾼的能量峰值。
在频谱图上容易看到在中间频率上有很⾼的峰值，在奇次谐波位置有较低的峰值；SSCG通过增加时钟带宽的⽅法降低峰值能量，减⼩时钟的Q值。
图1⽰意SSCG的⼯作原理。
图1. SSCG降低EMI⽰意图时钟展频通过特定⽅式调制原始时钟信号。
Linear和Hershey Kiss（不是好时之吻巧克⼒哦）是常⽤的调制⽅式。
扩频通信中直接扩频系统的同步技术
摘要扩频通信作为一种新型的通信体制，具有很多独特的优点，在军用和民用领域中都得到了广泛的应用。
扩频通信中一个关键性的问题就是扩频信号的同步，包括捕获和跟踪两个步骤，同步性能的优劣直接影响到整个扩频通信系统的性能。
因此，对直扩系统同步的研究具有很大的实用价值。
本文深入研究了扩频通信中直接扩频系统的同步技术，包括伪随机(PN)序列的捕获、跟踪和载波同步。
在伪随机(PN)序列的捕获中研究了串并结合的大步进方法。
研究了伪码串行-载波并行、伪码并行-载波串行、伪码串行-载波并行、伪码并行-载波并行4种捕获方法。
在特定的参数下，设计出直扩通信系统，并在高斯信道条件下，仿真得出了直扩系统的误码率性能曲线，在此基础上运用了伪码并行-载波串行的方法进行仿真分析，从MATLAB仿真结果可以看出捕获方案确实可行。
关键词：扩频通信；同步；捕获；跟踪AbstractAs a new type of communications system,spread spectrum communications has many unique advantages, and has been widely used in both military and civilian fields. The synchronization of spread specturn signal, including acquisition and tracking, is the key problem of spread specturn communication. The performance of synchronizing has direct impact on the whole spread spectrun communication system. As a result, it’s very important to discuss this problem.This paper researches into synchronization techniques of direct-sequence spread spectrum systems, which include PN code acquisition, PN code tracking and carrier recovery. we studied PN acquisition scheme, large step acquision scheme. This paper discusses four capture methods about serial PN code, serial carrier, parallel PN code, serial carrier, serial PN code, parallel carrier, and parallel PN code, parallel carrier. Incertain parameters, design of direct sequence spread spectrum communication system, and in the Gauss channel conditions, simulation of the curve of the BER performance of DSSS system, on the basis of using the parallel PN code, carrier serial simulation, simulation results can be seen from the MATLAB capture scheme is feasible.Keywords: S pread Spectrum Communications; Synchronization; Acquisition; Tracking目录1 绪论 (1)2直接序列扩频通信的理论基础 (4)2.1扩频通信的理论基础 (4)2.1.1基本理论 (4)2.1.2扩频通信的特点 (5)2.2直接序列扩频通信系统 (6)2.3伪随机序列 (9)2.3.1m序列 (10)3 直接序列扩频系统的同步 (12)3.1同步机理 (12)3.2信号捕获 (12)3.3 信号跟踪 (17)3.3.1 载波跟踪技术 (17)3.3.2 锁相环原理 (18)3.3.3 锁频环原理 (20)3.3.4 锁相环与锁频环的性能比较 (21)4直扩系统的仿真分析 (23)4.1设计参数 (23)4.2 直扩通信系统的原理框图 (23)4.3直扩通信系统的仿真分析 (24)4.4 直扩系统的抗干扰性能分析 (30)5 同步仿真分析 (31)5.1同步参数设计 (31)5.2 PN码的自相关性仿真 (31)5.3 捕获 (32)5.4 跟踪 (36)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A 英文原文 (43)附录B 中文翻译 (55)附录C 程序 (64)1 绪 论扩频通信是建立在ClaudeE.Shannon 信息论基础之上的一种新型现代通信体制。
1.5GHz全数字低抖动扩频时钟发生器的研究与实现
金属屏蔽盒，用来减小ＥＭＩ对其他电路或其它系统的影响； 摆率控制技术，控制信号的上升和下降时间，使得信号的上升和下降变化趋缓，从而减小 电路中电流的变化率； 低压差分时钟技术，电源电压降低，电磁辐射的能量也相应地减小： 特殊的板级布线技术，这主要是在制作ＰＣＢ板时注意的地方； 扩频时钟技术，将中心频率处的能量分散到中心频率附近的具有一定宽度的频带上，这样 有助于减小中心频率处的峰值能量。
Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ
ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ（ＥＭＤ ｂｅｃｏｍｅｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ
ｉｓ
ｓｅｒｉｏｕｓ．Ｔｈｅ
Ｃｌｏｃｋ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＳＳＣＧ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ａｎ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｏｎ－ｃｈｉｐ ｌｏｗ－ｃｏｓｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔＯ ｄｉｍｉｎｉｓｈ
ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ ｄｅｌａｙ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｓｔ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｉｎ ｄｉｇｉｔａｌ ｌｏａｄ Ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
ＣＭＯＳ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ
ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｎｅａｔｉｓ
ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，
扰【１０。１１１（ＥＭＩ，Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）。
当前，数据处理与传输的速率达到Ｇｂｐｓ的水平，
ＥＭＩ的危害变得越来越严重。首先，ＥＭＩ会
对信息技术设备造成不容忽视的影响，由于电磁环境的干扰和系统内部的相互串扰，严重威胁着计 算机和数字系统工作的稳定性、可靠性和安全性。其次，对车载接受、监控和定位等电子控制系统 来说，如果收到外界电磁环境的干扰，则可能会使得系统不能正常工作，甚至造成失控事故，如气 囊的保护失灵、定位错误等。同时，ＥＭＩ还会对人体产生一定的危害，电磁辐射引起的人体病变症 状有：头晕、乏力、记忆力减退、心悸、多汗和脱发睡眠障碍等。 在信息技术高速发展的今天，国际上掀起了一个电磁兼容（ＥＭＣ，Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ） 要求法规化、电磁兼容技术标准国际化及推行电磁兼容强制性认证的热潮。目前我国已制定了六十 多项ＥＭＣ国家标准，例如，基础标准为ＧＢ４３６５．１９９５电磁兼容术语，ＧＢ／Ｔ６１１３．１９９５无线电干扰 和抗扰度测量设备规范等。为了将产品的电磁兼容性要求纳入国家强制性产品认证范围，２００１年１２ 月，国家发布《强制性产品认证管理规定》，英文名称为“Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｐｕｌｓｏｒｙ Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”，英文缩 写为“ＣＣＣ”，简称为“３Ｃ”认证，３Ｃ认证对电子产品的安全性能、电磁兼容性等方面都作了详细 的规定。 为了适应电子产品的电磁兼容性要求，电子产品通常会采用多种方法来减小ＥＭＩ的影响，主要 的方法包括以下几种［１２－１４］：
信号完整性系列之十二—— 扩频时钟(SSC)及其测量方法
频时钟就是频率按一定规律变化的时钟。
SSC是英文Spread Spectrum Clocking 的简称，在PC和通信行业都有广泛应用。
根据傅立叶变换原理，固定频率的时钟，其频谱能量集中在基波频率上，不易通过FCC，CISPR，VDE等认证，而频率变化的时钟，其频谱能量被分散在一定频谱范围上，峰值能量能减小2-18dB，如图一所示。
扩频方法在通信行业被用做一种信号编码的方法，这种方法原理上具有减小EMI的优势，所谓CDMA（Code Division Multiple Access）手机辐射小就是这个道理，因此电信运营商将CDMA称为“绿色通信”。
扩频之后频谱的总能量没有减少，但由于FCC等规定的是电子设备发射的最大EMI不能超标，如图二所示，所以说SSC是降低EMI的有效方法。
虽然EMI的减少可通过PCB布线，滤波，屏蔽等多种手段，但现在新的FFC要求PC主板能“开箱”通过EMI 测试，通过外壳屏蔽的方法已不能满足这种要求，SSC成了降低EMI的必要手段。
现在的主板芯片供应商都会支持芯片的扩频时钟功能。
PCI-E,SATA,SAS,等几乎所有的高速芯片都支持SS。
当前热门的USB3.0一致性测试中更是特别强调了SSC 的测量。
图一 SSC带来的频谱变化图二 FCC的规定EMI的减少量和频率变化的调制程度有关。
频率变化范围越大，EMI降低越大。
但频率变化范围太大又会使PC系统时序设计带来困难。
在Intel的Pentium® 4处理器中，建议这种频率变化要小于时钟频率的0.8%。
对于 100MHz 的时钟，如果按±0.8%来调制，频率的摆动范围就是99.2MHz-100.8MHz。
但是如果要设计一个100MHz作为参考时钟的系统，调制后时钟频率工作到100.8MHz 时，处理器可能会工作到超出额定频率，带来不可预知的问题，所以在实际系统中，一般都采用负向调制以保证总线时序上的最小周期要求。
什么是扩频技术
扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）简称扩频通信，其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。
扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制，在收端以相关解调技术收信，这一过程使其具有诸多优良特性。
1.什么是扩频技术扩频技术，它是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。
扩频技术包括以下几种方式：直接序列扩展频谱，简称直扩（DS），跳频（FH），跳时（TH），线性调频（Chirp）。
此外，还有这些扩频方式的组合方式，如FH/DS、TH/DS、FH/TH等。
在通信中应用较多的主要是DS、FH和FH/DS。
2.扩频技术分类1、直扩系统（DS）就是采用高码速率的直接序列（Direct Sequence）伪随机码在发端进行扩频，在收端采用相同的伪码（ＰＮ）进行相关解扩。
2、跳频系统（ＦＨ）就是采用跳频（FrequencyHopping）方式进行扩频，形象地说是采用特定的伪码控制的多频率移频键控。
3、跳时系统（ＴＨ）就是采用跳时（TimeHopping）方式进行扩频，形象地说是采用特定的伪码控制的多时片的时移键控。
4、混合系统就是直扩，跳频和跳时的相应组合即DS/FH/TH混合系统。
3.扩频技术的优缺点优点(1)抗干扰性能好，它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力，有利于电子反对抗。
如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波，可以使多径干扰消除，这对军用和民用移动通信是很有利的。
(2)隐蔽性强、干扰小，因信号在很宽的频带上被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。
信号淹没在白噪声之中，难以发现信号的存在，再加上扩频编码，就更难拾取有用信号。
扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽，从而降低了系统在单位频宽内的电波“通量密度”，这对空间通信大有好处。
采用扩频技术的EMI解决方案
13Vol.29 No.1以往的EMI 解决方案都是如图1（a）所示那样，采用加入扼流圈、屏蔽罩等抑制干扰组件的方式来实现。
但是，伴随着电子产品的高性能化和多功能化，电路的工作频率不断升高，采用以往的EMI 解决方案达不到要求的案例也越来越常见。
因此，SSCG 作为高效的EMI 解决方案而广受关注。
在图1（b）所示的使用案例中， SSCG 被设置在ASIC 或CPU 的时钟输入端与时钟源（晶振等）之间。
如果用一句话来概括，SSCG 就是一种EMI 抑制元器件，它让时钟慢慢地一点点地变化来分散输出时钟的能量。
其原理类似于图2所示的例子，让水压（频谱能量）一定的水从一个小孔（固定频率）中喷出，这和让它从淋浴喷头的多个小孔（分散频率）中喷出的效果是不同的。
后者的水压得到了分散，水的喷出力度（辐射噪声）会变小很多。
EMI抑制效果显著SSCG不仅对时钟振荡频率（基波）有抑制作用，对高次谐波的峰值也有抑制作用。
此外，如果把SSCG作为ASIC或CPU的时钟源，SSCG不仅对ASIC或CPU自采用扩频技术的EMI 解决方案作为EMI 解决方案，扩频时钟发生器（SSCG）正在受到业界的关注。
SSCG 不仅具有高度的电磁干扰（EMI）抑制效果，还有助于产品的小型化并能有效缩短开发时间。
富士通的SSCG 采用自主研发的数控技术实现了对时钟频率的理想控制，取得了很好的EMI 抑制效果。
* SSCG ：Spread Spectrum Clock GeneratorTECHNICAL ANALYSIS前 言图2 SSCG 减轻EMI 的示意图SSCG的效果SSCG＝OFFSSCG＝ON何谓SSCG图1 以往的EMI 解决方案及SSCG 使用案例14Vol.29 No.1身的EMI辐射噪声有抑制作用，对ASIC 或CPU的输出信号也有效，从而抑制整个系统的EMI。
图3所示为SSCG输出的基波和高次谐波的频谱波形。
小型化使用S S C G可以大幅降低无用的辐射，从而减少旁路电容、扼流圈、磁珠以及屏蔽罩等其他抑制干扰组件的使用，有助于实现产品的小型化。
信号完整性系列之十二—— 扩频时钟(SSC)及其测量方法
频时钟就是频率按一定规律变化的时钟。
SSC是英文Spread Spectrum Clocking 的简称，在PC和通信行业都有广泛应用。
根据傅立叶变换原理，固定频率的时钟，其频谱能量集中在基波频率上，不易通过FCC，CISPR，VDE等认证，而频率变化的时钟，其频谱能量被分散在一定频谱范围上，峰值能量能减小2-18dB，如图一所示。
扩频方法在通信行业被用做一种信号编码的方法，这种方法原理上具有减小EMI的优势，所谓CDMA（Code Division Multiple Access）手机辐射小就是这个道理，因此电信运营商将CDMA称为“绿色通信”。
扩频之后频谱的总能量没有减少，但由于FCC等规定的是电子设备发射的最大EMI不能超标，如图二所示，所以说SSC是降低EMI的有效方法。
虽然EMI的减少可通过PCB布线，滤波，屏蔽等多种手段，但现在新的FFC要求PC主板能“开箱”通过EMI 测试，通过外壳屏蔽的方法已不能满足这种要求，SSC成了降低EMI的必要手段。
现在的主板芯片供应商都会支持芯片的扩频时钟功能。
PCI-E,SATA,SAS,等几乎所有的高速芯片都支持SS。
当前热门的USB3.0一致性测试中更是特别强调了SSC 的测量。
图一 SSC带来的频谱变化图二 FCC的规定EMI的减少量和频率变化的调制程度有关。
频率变化范围越大，EMI降低越大。
但频率变化范围太大又会使PC系统时序设计带来困难。
在Intel的Pentium® 4处理器中，建议这种频率变化要小于时钟频率的0.8%。
对于 100MHz 的时钟，如果按±0.8%来调制，频率的摆动范围就是99.2MHz-100.8MHz。
但是如果要设计一个100MHz作为参考时钟的系统，调制后时钟频率工作到100.8MHz 时，处理器可能会工作到超出额定频率，带来不可预知的问题，所以在实际系统中，一般都采用负向调制以保证总线时序上的最小周期要求。
EMC展频技术
關於展頻的研究原理：展頻－spread spectrum clock：現如今最爲先進有效的EMI抑制手段，對於峰值測量有很好的效果，原理是將單頻率點的能量分散開至某一個展頻範圍內的能量，從而降低單點的峰值能量。
相關參數：Spread type: down-spreading; center-spreading; up-spreading;Spread rate:展頻寬度與中心頻率的比值；對展頻率的定義如下：（frequency range is爲展頻率〃）Down spreading:；Center spreading：Up spreading:；Modulation rate：調製率用於決定時鐘頻率的展頻周期，在調製周期內頻率經歷再回到〃Modulation waveform:通常爲三角形的鋸齒波形狀，一般頻率在30K（大於audio頻率）到60K範圍內〃下圖爲引入展頻後的效果圖（figure 3）：Note:關於三種不同展頻方式有一點需要說明，當採用up spreading and center spreading時，有可能會有産生over timing現象，即超頻危險。
引入SSC後的EMI Reduction評估：作爲應用工程師，那麽應該明白展頻的相關參數和她的EMI抑制能力有什麽關係呢？事實上，在頻域EMI強度反映在頻譜上分佈的能量，所以這裏先分析頻譜，同時爲了簡化問題，從此只是分析clock的基頻而暫時不考慮高次諧波問題。
首先對於爲進行展頻的CLK，時域下可以表述爲：對展頻時鐘：以上倆運算式可以看出，在頻域中爲展頻時鐘就一個單根頻率，也可以說是一個頻率點，且在該點出的能量爲,由於爲調製的時鐘的頻譜即爲一個單點，所以它的能量與頻譜儀的RBW(解析帶寬)是沒有關係的;而對作展頻時鐘來說，式中的w(t)即爲調製波形的時域運算式，它的頻譜能量是與RBW有關係的，由於時鐘能量幾乎均勻的分佈與該段展頻內，所以經過展頻後，該點的能量爲：其中的B爲該頻譜儀的RBW（解析帶寬）。
展频技术(SpreadSpectrum)介绍和应用
展频技术(Spread Spectrum)介绍和应用展频技术(Spread Spectrum)介绍和应用电子元件知识5月8，扩展频谱(Spread Spectrum)技术是一种常用的无线通讯技术，简称展频技术，展频技术的无线局域网络产品是依据FCC(Federal Communications Committee，即美国联邦通讯委员会)规定的ISM(Industrial Scientific, and Medical工业、医疗、科学)，频率范围开放在902M~928MHz及2.4G~2.484GHz两个频段，所以并没有所谓使用授权的限制。
跳频技术跳频技术(FHSS)跳频技术(Frequency-Hopping Spread Spectrum; FHSS)在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。
FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。
直接序列展频技术直接序列展频技术(DSSS)直接序列展频技术(Direct Sequence Spread Spectrum; DSSS)是将原来的讯号「1」或「0」，利用10个以上的chips来代表「1」或「0」位，使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。
而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips，一个较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰，而一个较低Spreading Ration可以增加用户的使用人数。
基本上，在DSSS的Spreading Ration是相当少的，例如在几乎所有 2.4GHz的无线局域网络产品所使用的Spreading Ration皆少于20。
EMC(电磁干扰)展频时钟技术
电磁干扰(EMI)是一种会通过导致意外响应或完全工作实效从而影响电气/电子设备性能的能量。
EMI是由辐射电磁场或者感应电压和电流产生的。
当前高速数字系统中的高时钟频率和短边率也会导致EMI问题。
传导和发射EMI的一个重要产生源是连接交流电源线的电气设备，例如电脑和开关电源，以及带有电动马达的电气设备，例如冰箱、空调和电单车等。
一旦电气设备的EMI传导到一个电路里，里面的线缆就会像一根天线一样，将传导EMI以RFI(无线电干扰)的形式“广播”到整个电路中。
图1：时钟域里的Hershey Kiss展频时钟频率概图。
EMI可能影响不大，也可能导致灾难性的故障，所以对EMI的有效控制是非常重要的。
电磁兼容性(EMC)是指系统能在指定环境下运行而不会传导或发射过量电池干扰的能力。
EMI标准和相关成本EMC标准的宗旨是为了确保电子设备不会影响其它电子设备的运行甚至导致设备的故障。
各国针对“电视、广播、便携式娱乐设备、电子游戏和互联网设备”等消费电子设备的EMI 屏蔽功能的要求各有不同。
目前为止已经有各种各样的组织发布了EMI规范。
在美国，FCC发布了针对A?级和B级电子设备的第15部分J章规范。
A?级和A层规范针对的是工业设备，而B级和B层规范则适用于消费电子产品。
EMI规则减少了电子设备之间的干扰，解决了健康和安全方面的问题。
图2：频率域里的展频时钟频率概图。
如何控制EMI，一般要考虑以下几个因素：1) PCB设计－“灵敏元件、电源和地面层的隔离”2) 电路电流－“EMI辐射会随电流增大而增加”3) 频率，包括回转率－“EMI辐射会导致频率升高”4) 带宽5) 电路回路区域－“保持在最小”6) 屏蔽/过滤－“结合合理的设计、过滤、屏蔽和其它技巧，来以最低成本的方法将EMI控制在所需等级”7) 展频时钟－“合适的展频数量和调制频率”8) 抖动应用系统中时钟的中心频率，以便将辐射能量扩展到多个频段，而不是让所有能量辐射到一个频率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章扩频时钟技术
第二章扩频时钟技术
§２．１起源与发展历史
扩频技术在相当长的一段时期内已经被广泛应用于通讯领域，但是直到最近十年，这项技术才被应用于其它领域。
比如为了降低电磁辐射干扰（ＥＭＩ）而采用
扩频技术故意地在时钟发生器中引入抖动（ｒｉｆｌｅｒ）。
很多年前，在第二次世界大战
前夕，当时的一位著名的好莱坞女演员ＨｅｄｙＬａｍｍａｒｒ（图２—１）利她的丈夫
ＧｅｏｒｇｅＡｎｔｈｅ“——当时美国的一位先锋派作曲家，在一次晚餐中突然想到了一个有趣的方案可以在很远的距离控制武装鱼雷艇，并且通讯传输不会被敌人发现或
者干扰。
他们很有先见地将这项发明申请了专利。
虽然直到１７年之后专利失效也没有将这个想法付诸实现，并且他们也没有从中得到一分钱好处。
但是这项发明的基本思想却成为了后来的扩频通讯技术的基础。
图２—１历史上第一个提出扩频概念的人
ＨｅｄｙＬａｍｍａｒｒ和ＧｅｏｒｇｅＡｎｔｈｅｉｉ的发明让人感到更加不可思议的是，当时还没有发明数字电路，但是它却包含了一些关键的数字电路的概念。
虽然这两位扩频技术的先驱被人们忽略了多年，但是随着这项技术的不断应用，人们最终又发
打频ｔｔ，ｔ９ｔ，技术对降低ＩＵ诎十扰们作』ＩＩ段Ｊ［０：现力法
图２一１４所示为基于这种方法的扩频部分的一种实现框图。
Ｐ为每段折线上：所墩的点数，ｑ为用ＰＷＭ方式近似小数分频值ＩＩｔ的脉冲数。
ｄｊ利ｄ２分）ｊ０为所存线段上的点的垂直＾Ｕ距。
Ｎｂａｓｏ是不进行护频叫…．纠：路分频器的分频值。
ＮｄＪｖ是扩频时环路分频器的实际分频值。
扩频部分的仿真结果如图２一１５所示，环路分频器的Ｎ’值在￥１１－穹１；的阳个数字之间采用ＰＷＭ方式来回切换以达到近似一个小数的分频值。
图２—１５扩频时钟的仿真截图（以模拟方式显示的Ｎ值）
虽然这种方法省去了查找表，并且可以较为精确地实现任意分频值。
但是由于ＰＷＭ方式实际上是一个数字量化的过程，必然存在量化误差。
而且带内误差信号所造成的噪声无法被ＰＬＬ滤除，因此对最终的扩频时钟性能会造成一定影响。