無論是IC，模塊還是機箱，開關DC/DC電源和穩(wěn)壓器通常都比線性電源更受歡迎，并且有充分的理由。通常，它們的效率更高，從而降低了功耗和成本，延長了運行時間并減少了散熱。 (注意：有些情況下線性電源可能更有效，特別是當輸入/輸出電壓差很小時。)

但是，開關電源存在問題，這會影響許多設計。由于其固有的內部開關動作，它們比線性電源產生更多噪聲。噪聲頻率是基礎開關頻率的函數，通常在100 kHz和幾MHz之間，具體取決于設計和應用，并包括多個諧波。

在捕獲低電平傳感器信號的設計中，此噪聲可能是不可接受的，必須使用額外的濾波來保持噪聲遠離敏感的前端。在其他設計中，例如消費產品和汽車，噪音不是系統(tǒng)性能本身的問題，但EMI的輻射噪聲意味著該設備將無法通過相關的監(jiān)管標準，如CISPR252[CISPR是法語的縮寫IEC委員會的名稱，稱為國際無線電干擾特別委員會]。然而，由于占位面積，BOM成本，耗散或功率使用的原因，回到線性電源可能是不可接受的。幸運的是，開關電源控制IC的供應商已經設計出一種方法來最小化噪聲問題。首先，它們正在減慢和管理轉換器時鐘和定時信號的轉換速率和轉換，以減少一些發(fā)射。然而，它們也走得更遠：一些設計已經采用了通信頻譜管理，編碼和安全性中使用的技術來減輕噪聲問題。這種擴頻方法是在沒有為用戶分配固定頻率或時隙的設備中使用的頻率和跳時系統(tǒng)的基礎。其他設計使用三角波進行調制，從而將時鐘頻率掃描到標稱值以上和以下的適度范圍內。

問題和原理

重要的是要清楚EMI的基本參數。三個基本因素是頻譜，能量和幅度：

頻譜是顯而易見的：它是關注EMI的那些頻率或頻帶。

能量是總EMI在感興趣的范圍內;請注意，能量是功率的時間積分。

幅度是在頻譜中特定點測量的能量值。

當EMI源，如切換時轉換器產生EMI能量，這種能量以兩種方式離開：沿低阻抗路徑傳導(主要通過導線和PC板跡線)，以及通過空氣或真空輻射電磁能量。通常，當導線充當天線時，傳導EMI會變成輻射EMI。

通過使用鐵氧體磁珠可以減少傳導EMI能量，而屏蔽可以衰減輻射能量。這些技術在許多情況下都是有效的，但每種技術都有電路板空間，裝配工作和物料清單的成本。然而，即使在衰減時，EMI對于各種情況仍然可能太高。這就是擴頻的來源。基本思想是采用開關轉換器時鐘的固定頻率，并將其轉換為非固定頻率。這并不意味著電路只是將其改為另一個固定頻率，而EMI則不那么重要。通過調制開關頻率，峰值能量降低并分配到其他頻率及其諧波。

有兩種方法可以實現頻率擴展。在最簡單的方法中，三角波形控制時鐘，將其掃描到標稱值附近(圖1)

圖1：三角波形(顯示)或梯形波形可用于調制切換臺的時鐘，從而通過頻段掃描其工作頻率，而不是以固定頻率工作。

在更復雜但更有效的方法中，時鐘頻率隨機抖動，盡管其標稱或平均頻率保持與應用擴展之前相同。這種時鐘頻率的抖動并不是真正隨機的;相反，它是通過使用控制(調制)時鐘頻率的偽隨機碼序列來完成的(圖2)。然而，為此目的，這種時鐘變化是“足夠隨機的”。由此產生的總頻譜擴展通常在標稱頻率的1%到10%之間(±0.5到±5%)，但可能更多。

圖2：先進的，但更多復雜的方法使用偽隨機數字序列來抖動時鐘，從而在整個跨度內均勻分布寬帶工作范圍(由National Instruments提供)。

對于噪聲影響電路敏感部分的應用，擴頻可以將EMI頻率移到關注頻段之外。這可以解決許多在線問題，但它并非萬能的，因為EMI能量仍可能使敏感的前端過載，并將其推入非線性模式甚至飽和。但是，擴頻的真正的價值在于使產品能夠通過法規(guī)遵從性閾值。原因是這些閾值指定了頻譜中特定點的最大EMI能量，以及頻譜的規(guī)定頻帶內的任何位置。通過測量這些點的振幅來確定該能量。擴頻擴展了頻譜上的EMI能量，因此任何給定頻段的值都會降低，希望低于規(guī)定限值。請注意，總EMI能量沒有變化，因為沒有衰減。

IC供應商嵌入功能IC供應商已經將擴頻時鐘調制功能集成到一些開關IC和模塊中，以及時鐘控制器作為一個或多個功率調節(jié)器IC的系統(tǒng)時鐘。

凌力爾特公司提供LTC6902，這是一款精密，低功耗，易于使用的振蕩器，專門用于驅動時鐘輸入。一個或多個開關穩(wěn)壓器，采用單相或多相拓撲結構(圖3)

圖3：凌力爾特公司的LTC6902時鐘振蕩器專為單相和多相電源而設計;請注意驅動DAC的9位偽隨機序列發(fā)生器，后者又控制時鐘頻率。

振蕩器標稱頻率范圍可以在5 kHz至20 MHz的寬范圍內，并由單個外部電阻設置。該IC還提供可選的基于偽隨機的擴頻調制模式，其跨度也由外部電阻設置。在此模式下，EMI能量的峰值幅度最多可降低20 dB(圖4)。

圖4：在典型設置中，擴頻模式降低EMI在開關頻率上的尖峰達到20 dB，因為它將能量擴展到更寬的頻段。

如果您在汽車環(huán)境中工作，通常使用開關模式穩(wěn)壓器，您知道它們必須設計減輕他們固有的嘈雜性。這并不總是容易的，特別是因為汽車中電子設備的功率和數量正在增長。為了提供幫助，凌力爾特創(chuàng)建了一個視頻，解釋了如何在其LT3795 LED驅動器中采用擴頻調頻，通過使用三角形擴頻實現高功率汽車LED驅動轉換，強大的短路保護和降低EMI調頻。在這種情況下，LED驅動器的擴頻調頻專門設計用于與LED驅動器配合使用，并在LED以全功率運行時以及在PWM調暗以實現亮度控制時防止可能的LED閃爍。

TPS8267x德州儀器(TI)的IC系列包括一系列完整的600 mA，DC/DC降壓電源器件，適用于低功耗應用(圖5)。

圖5：德州儀器(TI)的TPS8267x系列低功耗DC/DC IC采用基本三角波形，以標稱時鐘頻率為中心調制20%范圍內的時鐘。

頻率抖動方案采用三角形分布和調制方式調制頻率。 IC包括開關穩(wěn)壓器，電感器和輸入/輸出電容器;使用它不需要其他組件。擴頻架構將開關頻率改變了標稱開關頻率的大約±10%，從而顯著降低了輸入和輸出電源上的峰值輻射和傳導噪聲(圖6)。

圖6：使用TPS8267X系列的擴頻模式，輻射噪聲的非調制峰現在分布在明確定義的諧波頻段上。

替代視圖《 br》開關DC/DC穩(wěn)壓器的擴頻時鐘可以降低整個頻譜中給定頻段的傳導噪聲和輻射EMI，從而提高電路性能并使最終產品滿足法規(guī)要求。設計工程師對使用擴頻技術有兩種看法：有些人認為它是解決難題的有效方法，特別是面對“任意”的EMI發(fā)射標準;其他人認為這是一種“作弊”，它不能解決根本問題，只是掩飾它并可能使其成為電路和頻譜其他部分的問題。

你所處的問題取決于你項目的優(yōu)先事項，預算和時間緊縮。開關轉換器的擴頻時鐘廣泛且成功使用，但它無法解決所有EMI問題，必須謹慎使用并仔細考慮技術情況?？傊?，開關電源通常比開關電源效率高得多。較舊的線性電源，但它們有一個不可避免的缺點：它們會產生開關噪聲。這種噪聲有兩個后果：它會影響電路性能，并且還會導致產品不符合最大產生EMI的各種監(jiān)管標準。為了克服這個問題，一些切換器使用擴頻技術。本文研究了敏感模擬前端和輻射EMI的開關噪聲問題，在電源噪聲環(huán)境中使用擴頻，使用它可以(并且不能)實現的內容，并提出了兩個有代表性的組件，實現擴頻拓撲，但方式卻截然不同。