我國汽車產(chǎn)業(yè)的制造和輸出在世界范圍內(nèi)名列前茅,是有名的汽車生產(chǎn)大國,每年消耗的電子零件非常的多,尤其是石英晶體和晶體振蕩器,一輛汽車使用30~50顆左右,不同的汽車系統(tǒng)和模塊,采用的晶振分類有好幾種.汽車屬于高端的商品,許多晶體制造商專門為汽車研發(fā)專用的石英晶體或振蕩器,普通的Crystal,SPXO,TCXO,VCXO,OCXO,VC-TCXO等系列的都有.近年來,也有廠家研發(fā)出了汽車用的硅擴(kuò)頻振蕩器,可提高汽車的性能和功能.

數(shù)字電子系統(tǒng)以多種方式豐富了我們的生活,但數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)也是傳導(dǎo)噪聲(通過電纜)和輻射電磁干擾(EMI)的來源.由于潛在的噪音問題非常嚴(yán)重,所有當(dāng)今的電子產(chǎn)品都經(jīng)過測試,以確保符合公認(rèn)的EMI標(biāo)準(zhǔn).但這不僅僅與EMI合規(guī)性有關(guān)...擴(kuò)頻(SS)振蕩器的使用對(duì)于在汽車中使用越來越有吸引力,其中不僅通過儀器而且通過駕駛員和乘客看到電子汽車子系統(tǒng)的清潔性能的益處.

汽車優(yōu)勢

SS方法的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其滿足某些FCC和EMI合規(guī)性監(jiān)管要求的功效.EMI兼容性的好處主要取決于測量技術(shù)的帶通規(guī)范.SS技術(shù)確實(shí)使峰值能量的濃度最小化,并且由此產(chǎn)生的能量分布到本底噪聲中確實(shí)減少了對(duì)濾波和屏蔽的需要,但是它們也可以提供其他益處.當(dāng)今汽車中部署的高性能多媒體,音頻,視頻和無線系統(tǒng)越來越多,迫使設(shè)計(jì)人員特別關(guān)注這些子系統(tǒng)敏感的頻率上存在的任何不需要的射頻能量.對(duì)于高質(zhì)量的無線電和無線數(shù)據(jù)系統(tǒng),消除RF能量峰值可以確定系統(tǒng)是否可用.

多年來,無線電一直采用稱為頻率停車的方法來避免電源開關(guān)噪聲的干擾.這種無線電實(shí)際上與電源通信,命令它根據(jù)需要改變其開關(guān)頻率,以將能量峰值移出調(diào)諧器的輸入頻帶.然而,隨著現(xiàn)代汽車中干擾源數(shù)量的增加,您無法始終預(yù)測系統(tǒng)如何協(xié)同工作.使用天線分集系統(tǒng)以及限制新子系統(tǒng)的放置使情況更加復(fù)雜.

SS振蕩器的其他優(yōu)點(diǎn)可以在數(shù)字音頻和工廠安裝的免提接口中找到.這些系統(tǒng)通常使用編解碼器通過向蜂窩電話或其他遠(yuǎn)程信息處理接口提供數(shù)字接口來提高音頻質(zhì)量.使用抖動(dòng)(擴(kuò)頻)石英晶體振蕩器作為編解碼器的時(shí)鐘源消除了在其他靜默間隔期間產(chǎn)生惱人的空閑音調(diào).這種技術(shù)在包含開關(guān)電容編解碼器的多媒體應(yīng)用中也很常見.除了消除空閑音調(diào)之外,SS振蕩器還將能量峰值推入噪聲基底,這降低了(例如)降落在跳頻無線網(wǎng)絡(luò)所使用的信道上的可能性.

實(shí)際上,下一代汽車中的所有子系統(tǒng)都可能包括SS時(shí)鐘技術(shù)可以在性能和EMI合規(guī)性方面提供顯著優(yōu)勢的領(lǐng)域.為此,Maxim/Dallas等供應(yīng)商提供具有可靠啟動(dòng)特性且不受振動(dòng)影響的全硅振蕩器.它們與陶瓷諧振器相比具有成本競爭力,并且覆蓋范圍從千赫茲到超過六十兆赫茲.

一般考慮因素

控制EMI仍然是電子設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn).看看EMI的起源經(jīng)常表明最大的貢獻(xiàn)者是數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘,其原因如下:時(shí)鐘通常具有系統(tǒng)中最高的頻率,通常是周期性的方波,時(shí)鐘走線通常是最長的系統(tǒng)中的痕跡.這種信號(hào)的頻譜由基音和較低幅度的諧波音調(diào)組成,其幅度隨著頻率的增加而減小.

系統(tǒng)中的其他信號(hào)(數(shù)據(jù)和地址總線上的信號(hào))以與時(shí)鐘相同的頻率更新,但它們以不規(guī)則的間隔發(fā)生,并且通常彼此不相關(guān).結(jié)果是寬帶噪聲頻譜的幅度比時(shí)鐘低得多.該頻譜中的總能量遠(yuǎn)大于時(shí)鐘能量,但它對(duì)EMI測試幾乎沒有影響.這些測試著眼于最高的光譜幅度;不是總輻射能量.

您可以通過SAW濾波器,屏蔽和良好的PCB布局來控制EMI.但過濾和屏蔽增加了成本,精確的布局需要時(shí)間.另一種方法是攻擊噪聲源本身-最常見的是時(shí)鐘振蕩器.通過使時(shí)鐘頻率隨時(shí)間變化,您可以輕松降低基波和泛音的幅度.由于時(shí)鐘信號(hào)的能量保持不變,因此擴(kuò)大泛音的變化頻率必然會(huì)降低其幅度.

產(chǎn)生這種時(shí)鐘的簡單方法是用三角波調(diào)制壓控晶振(VCO).隨著三角波振幅增加,得到的光譜變寬.這個(gè)三角波重復(fù)的速度有多快?慢掃描(在可聽范圍內(nèi))可以通過電源耦合到模擬子系統(tǒng).另一方面,掃描速度太快可能會(huì)使數(shù)字電路混亂.

圖1圖3是基于上述方法的時(shí)鐘振蕩器的框圖,其中三角波控制VCO輸出的頻譜展寬.(VCO的中心頻率由DAC和可編程8位分頻器控制,允許您將頻率設(shè)置在260kHz至133MHz之間.)圖1中的IC由2線接口控制,設(shè)置存儲(chǔ)在板載EEPROM.當(dāng)預(yù)編程到所需頻率時(shí),這些設(shè)備可以在獨(dú)立模式下工作,并且它們的頻率可以在飛行中更新-這是低功率應(yīng)用的優(yōu)勢.

圖1.DS1086可編程時(shí)鐘發(fā)生器的核心是由三角波控制的VCO.頻率通過2線接口預(yù)編程并存儲(chǔ)在板載EEPROM中.

圖2將普通晶體振蕩器的頻譜與擴(kuò)頻石英振蕩器的頻譜進(jìn)行比較.設(shè)置三角波幅度以使頻譜擴(kuò)寬4％可將峰值幅度降低至比晶體時(shí)鐘振蕩器低近25dB.

圖2.晶體振蕩器的幅度與DS1086的振幅之間的差異為4％,接近25dB.

當(dāng)使用擴(kuò)頻振蕩器作為微處理器的時(shí)鐘源時(shí),請(qǐng)確保μP能夠應(yīng)對(duì)占空比,上升和下降時(shí)間以及與源中頻率變化相關(guān)的其他參數(shù)的容差.對(duì)于振蕩器用作參考的應(yīng)用(例如,實(shí)時(shí)時(shí)鐘和實(shí)時(shí)測量),變化的頻率可能會(huì)增加相當(dāng)多的誤差.

便攜式消費(fèi)產(chǎn)品可以包括諸如蜂窩電話之類的無線電功能,并且擴(kuò)頻技術(shù)適用于那些產(chǎn)品中的開關(guān)電源.無線電電路(尤其是VCO)容易受到電源噪聲的影響.需要開關(guān)電源以最大化電池壽命,但遺憾的是它們具有與音叉振蕩子類似的噪聲頻譜.該噪聲可以通過直接耦合到無線電電路來限制性能.

具有外部同步引腳的升壓轉(zhuǎn)換器(例如MAX1703)允許您使用擴(kuò)頻時(shí)鐘控制其頻率.將自由運(yùn)行的升壓轉(zhuǎn)換器(圖3)的噪聲頻譜與同步到擴(kuò)頻時(shí)鐘的噪聲頻譜進(jìn)行比較具有指導(dǎo)意義(圖4)).自由運(yùn)行的升壓轉(zhuǎn)換器的泛音一直可見到10MHz,而擴(kuò)頻加寬(圖4)將音調(diào)推入本底噪聲.請(qǐng)注意,該圖中的本底噪聲已經(jīng)上升,因?yàn)榭偰芰渴呛愣ǖ?/span>.