DS1086L為3.3V擴(kuò)頻振蕩器，用于符合電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)（如FCC part 15或CISPR 22）的應(yīng)用。理想情況下，這種架構(gòu)的峰值功率衰減始終與抖動(dòng)跨度和輸出頻率與抖動(dòng)頻率之比成正比。本應(yīng)用筆記討論了由于功率譜測(cè)量方式而產(chǎn)生的這些參數(shù)的實(shí)際限制。

介紹

DS1086L為3.3V擴(kuò)頻振蕩器，用于關(guān)注符合電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)（如FCC part 15或CISPR 22）的應(yīng)用。DS1086L的輸出為占空比為50%的方波，通過(guò)三角波進(jìn)行頻率調(diào)制，產(chǎn)生具有較低峰值功率水平的平坦寬帶頻譜。

理想情況下，在這種架構(gòu)下，峰值功率衰減始終與抖動(dòng)跨度和輸出頻率與抖動(dòng)頻率之比成正比。本應(yīng)用筆記討論了由于功率譜測(cè)量方式而產(chǎn)生的這些參數(shù)的實(shí)際限制。

功率譜中的抖動(dòng)跨度和頻率

用三角波調(diào)制方波的頻率會(huì)產(chǎn)生一個(gè)帶寬，該帶寬由基頻周圍的單個(gè)譜線組成。調(diào)制頻率（fD）確定譜線的間距（見(jiàn)圖1b），抖動(dòng)跨度（D%）確定信號(hào)關(guān)于基頻的帶寬。圖1所示為低于原始輸出頻率的所有附加譜線，與DS1086L的下調(diào)方案一致。

圖1.非抖動(dòng)和抖動(dòng)振蕩器的頻譜分量。

抖動(dòng)振蕩器功率譜中的峰值功率衰減源于抖動(dòng)振蕩器和非抖動(dòng)振蕩器向給定負(fù)載提供相同數(shù)量的功率。一個(gè)無(wú)抖動(dòng)振蕩器（圖1a）在一個(gè)頻率下提供所有信號(hào)功率。抖動(dòng)信號(hào)（圖1b）的功率通過(guò)多條譜線傳遞，每條譜線的功率水平較低。增加抖動(dòng)百分比（圖1c）和降低抖動(dòng)頻率（圖1d）都會(huì)增加譜線的數(shù)量，從而降低任何一條譜線的功率。

計(jì)算與窄帶源相比的預(yù)期峰值功率衰減的公式如下：

僅當(dāng)抖動(dòng)頻率足夠高，每個(gè)測(cè)量帶寬只有一條譜線時(shí)，此公式才準(zhǔn)確。這種現(xiàn)象描述如下，圖2對(duì)此進(jìn)行了說(shuō)明。

圖2.理想的抖動(dòng)頻率和在較低頻率下抖動(dòng)的影響。

測(cè)量帶寬的影響

分辨率帶寬是用于單個(gè)測(cè)量點(diǎn)的濾波器帶寬，顯示在頻譜分析儀的屏幕上。它通常是分析儀上混頻器之后的帶通濾波器，用于選擇將呈現(xiàn)給檢測(cè)器的頻率范圍。選擇較窄的帶寬可提高分析儀識(shí)別相鄰頻率的能力。

擴(kuò)頻振蕩器測(cè)量期間使用的分辨率帶寬對(duì)測(cè)量的水平有深遠(yuǎn)的影響，原因有兩個(gè)。第一個(gè)原因是用于測(cè)量的分辨率帶寬決定了什么是窄帶信號(hào)，什么是寬帶信號(hào)。如果具有100Hz帶寬且其頻率在1kHz帶通濾波器范圍內(nèi)的信號(hào)，則分析儀可以通過(guò)一次測(cè)量輕松檢測(cè)整個(gè)信號(hào)的功率電平。這使得100Hz信號(hào)相對(duì)于分析儀的電流設(shè)置很窄。如果信號(hào)的帶寬變?yōu)?0kHz，同時(shí)保持相同的功率電平，則分析儀將僅讀取每次測(cè)量的部分功率，因?yàn)闊o(wú)法在一個(gè)分辨率帶寬內(nèi)測(cè)量整個(gè)信號(hào)。因此，DS1086L抖動(dòng)百分比應(yīng)設(shè)置得足夠高，使被測(cè)信號(hào)比分辨率帶寬寬，否則不會(huì)因?yàn)樾盘?hào)被認(rèn)為是窄帶而測(cè)量到EMI改善。EMI相對(duì)于非抖動(dòng)信號(hào)會(huì)衰減，但它不會(huì)因此進(jìn)行測(cè)量，這在嘗試符合EMC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)很重要。

分辨率帶寬和抖動(dòng)之間的第二個(gè)關(guān)系是，如果降低抖動(dòng)頻率會(huì)增加衰減，則抖動(dòng)頻率必須大于分辨率帶寬。這種情況是正確的，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)測(cè)量帶寬內(nèi)存在多條譜線時(shí)，測(cè)量帶寬內(nèi)所有譜線的功率將加起來(lái)產(chǎn)生與帶寬內(nèi)一條譜線相同的功率（圖 2）。因此，一旦抖動(dòng)頻率低于分辨率帶寬，進(jìn)一步降低衰減公式確定的抖動(dòng)頻率就不再有任何衰減優(yōu)勢(shì)。應(yīng)該注意的是，本聲明并不意味著抖動(dòng)頻率不應(yīng)低于分辨率帶寬。

通常，關(guān)注的測(cè)量帶寬是滿足FCC第15部分B類標(biāo)準(zhǔn)所需的帶寬。第15部分要求使用30kHz測(cè)量帶寬檢測(cè)9MHz以下的頻率，并使用30kHz測(cè)量帶寬測(cè)量1MHz至120GHz之間的頻率。DS1086L的抖動(dòng)頻率在4.1kHz至32.5kHz之間，具體取決于抖動(dòng)速率設(shè)置和主振蕩器頻率。對(duì)于30MHz以上的測(cè)量，每次測(cè)量總是有多條譜線，因此使用任何特定的抖動(dòng)頻率設(shè)置都沒(méi)有明顯的好處。較低的抖動(dòng)頻率設(shè)置仍然有一個(gè)不明顯的好處，即它們可以減少由內(nèi)部帶寬限制引起的輕微峰值，這些峰值可以在擴(kuò)頻帶寬的邊緣看到。對(duì)于低于30MHz的頻率，降低抖動(dòng)頻率可提供更大的衰減，直到抖動(dòng)頻率低于9kHz測(cè)量帶寬。

擴(kuò)頻振蕩器對(duì)諧波測(cè)量的影響

正弦波在頻域中顯示為單個(gè)譜線（增量函數(shù)），其幅度等于信號(hào)的功率。具有相同頻率的方波具有與相應(yīng)正弦波相同的頻率出現(xiàn)的基頻分量，但振幅僅為方波功率的64%。其余功率分布在奇次諧波處，幅度為 1/n 滾降，其中 n 是 n千奇諧波。

擴(kuò)頻振蕩器可以看到與測(cè)量諧波成分相關(guān)的額外優(yōu)勢(shì)。調(diào)頻方波的奇次諧波帶寬等于諧波數(shù)乘以基頻處方波帶寬（見(jiàn)圖3）。更寬的帶寬是譜線分離的結(jié)果，這減少了每個(gè)測(cè)量帶寬的譜線數(shù)量。當(dāng)使用120kHz FCC測(cè)量帶寬檢查振蕩器時(shí)，這種現(xiàn)象尤其重要。如前所述，當(dāng)使用1086kHz測(cè)量帶寬時(shí)，DS120L總是有多條譜線接近基頻，但是當(dāng)譜線在諧波處分離時(shí)，峰值功率會(huì)降低到1/n以下。諧波滾降約為1/n3/2直到譜線分開(kāi)得足夠遠(yuǎn)，以至于每個(gè)測(cè)量帶寬只有一條譜線。

圖3.抖動(dòng)振蕩器諧波的頻譜含量。

非抖動(dòng)信號(hào)（如低抖動(dòng)晶體振蕩器）不能從帶寬變寬現(xiàn)象中受益的原因是帶寬比測(cè)量帶寬窄得多。當(dāng)查看 3RD或 5千諧波，與3kHz測(cè)量帶寬相比，5倍或120倍信號(hào)帶寬仍然是窄帶，因此在一次測(cè)量中仍可檢測(cè)到所有能量。

結(jié)論

DS1086L為擴(kuò)頻振蕩器，能夠改變抖動(dòng)范圍和抖動(dòng)頻率。改變抖動(dòng)范圍和頻率可用于優(yōu)化基頻及其諧波下的測(cè)量EMI性能。為了建設(shè)性地改變這些參數(shù)，除了應(yīng)用的時(shí)序需求外，還必須了解EMI測(cè)量帶寬的影響。

審核編輯：郭婷