新型便携式电子设备的广泛普及给制造商和消费者带来了一个问题:设备之间潜在的电磁干扰(EMI)。至少，电磁干扰是一种讨厌的东西，就像电视画面或接收机上的噪音一样。在最坏的情况下，它会损害关键应用中电子设备的运行。电磁干扰源可能难以捉摸，因此一旦设备处于开发的后期阶段就很难识别。设备设计人员应该主动减少潜在EMI源的数量，从而可能节省大量的故障排除时间。

产生的电磁干扰的数量，以及它是否会产生显著的干扰，并不能直观地量化。量化潜在电磁干扰问题的一种方法是通过诸如CISPR(国际特殊扰动和电气委员会)等机构制定的程序测试最终产品是否符合各种限制。

如果，在这一点上，发现过多的EMI，没有必要恐慌。有许多技术可以在最终设计中显着降低rated和传导EMI，但很少像在开关稳压器的时钟中使用扩频调频(SSFM)那样简单。

开关稳压器越来越多地作为便携式设备的电源DC/DC转换器。开关稳压器在便携式设备中的普及归功于它们的效率，这延长了电池的运行时间，但电流的快速切换使它们成为主要的潜在EMI源。但是，如果开关器的频率通过SSFM调制，那么电磁干扰的能量就会分布在许多频率中，而不是集中在一个频率上。所需要的只是一个产生SSFM信号的时钟，交换器可以与之同步。LTC6902电阻可编程时钟发生器通过随机调制其时钟频率来满足这一需求。

扩频时钟

使用扩频技术减少电磁干扰背后的想法是保持时钟移动。稳定的时钟是相邻设备和一致性测试设备锁定的一个容易的目标，使它们有时间在固定时钟频率或其谐波上积累发射信号能量。

图1显示了光谱的比较。这是LTC6902的方波时钟输出的频谱分析仪视图。没有SSFM，输出的大部分信号能量出现在编程的500kHz。启用SSFM后，输出的时钟频率在400kHz和500kHz之间以随机方式移位(频率变化为100kHz或20%春季)。当应用于开关时，任何特定高频的电磁干扰能量的幅值为单个固定时钟频率的十分之一。这些较低幅度的频率分量减少了潜在干扰的数量。

它是如何工作的

图2是LTC6902的框图。一个单独的外部电阻R(SET)建立一个电流进入SET引脚。该电流将主振荡器块的频率固定到100kHz至20MHz范围内的任何值。在500kHz至10MHz的范围内，该振荡器频率的精度通常为±0.5%。然后主时钟通过可编程分频器和多相电路提供2到4个时钟输出信号。通过引脚将DIV(分频器)输入捆绑到三种电压条件之一(接地，开路或V+)，主振荡器频率被1,10或100的因数除以。使用该分频器可产生从1kHz到20MHz的宽输出时钟频率范围。PH(相位)输入的类似引脚带控制输出时钟信号的相位关系。四个时钟输出引脚可以配置为两相，三相或四相操作。即使没有扩频调制，时钟产生的这种多功能性水平也便于高效的多相开关稳压器设计。

主振荡器还驱动伪随机二进制序列生成器块。当需要扩频时，该块产生时钟输出频率的随机运动。一个9位字的7位驱动一个D-to-A转换器，该转换器控制从主振荡器集电流中减去的电流的大小。主振荡器电流的调制，因此输出频率，产生128个随机值。第二个电阻R(MOD)设置这个频率弹簧的范围。当DAC接收到零标度输入码，并且从I(SET)中减去最大I(MOD)电流时，出现最低输出频率。

控制LTC6902运行的设计方程非常简单。为R(SET)选择的电阻值控制几个特性。主振荡器频率;

R(SET)的值应在10k到2毫欧的范围内，以获得最准确的主振荡器频率。

主振频率依次固定扩频调制频率和频率变化时间间隔;

和

由于最小化EMI是扩频时钟背后的原因，主振荡器不会立即响应频率的每次变化。用于建立工作频率的内部控制回路具有25kHz带宽。这有助于软化过渡和大大减少高频杂散。将R(SET)的值保持在建议的限制之间还可以确保时钟更新速率不超过内置控制环路带宽限制。

R(SET)还控制频率变化模式重复间隔如下:

如前所述，调制模式是一个伪随机二进制序列，每512个时钟频率变化重复一次。图3显示了在MOD引脚处测量的电压。这是D到A转换器的输出电压，因为它调制提供给主振荡器的电流。

当MOD ping四舍五入时，扩频操作被禁用，LTC6902作为多相时钟发生器。R的值(SET)和主振荡器分频因数的选择以及时钟相数决定了输出时钟频率。这也是最大输出频率，确定方法如下:

其中N是主振荡器的分频因子1,10或100,M由输出时钟信号的期望相位设置为1,3或4，分别为两相，三相或四相。通过这三种控制的组合，可以从不同的主振荡器频率中获得所需的最大输出频率，从而产生不同的时钟变化间隔和模式重复时间。

电阻R(MOD)设置伪随机DAC输出信号产生的时钟频率范围。输出频率总是从F(OUTMAX)向下扩展。下弹簧是首选的原因源于输出时钟可能用于频闪逻辑器件。如果在最大时钟速率下满足数据设置和保持时间等设备时序要求，则可以在较低频率下正常工作。R(SET)与R(MOD)的比值控制产生的频率范围。以F的百分比(OUTMAX)表示，输出频率弹簧的范围由以下关系设置:

频率波动的实际范围是F的0%到80% (OUTMAX)。所需频率弹簧的量因应用而异，但很容易通过单个电阻器值进行调整，从而很容易微调EMI性能。

对开关稳压器进行计时

LTC6902最常见的用途是开关稳压器。具有SYNC或CLOCK输入引脚的稳压器可以由外部时钟源控制。一个系统中的多个调节器都可以由同一源驱动，以便同步到相同的频率。这使得通过滤波和频率弹簧更容易控制可控和传导的电磁干扰。

通过使用频率弹簧，可以满足整个系统符合EMI标准。虽然弹簧实际上会在一定频率范围内产生新的信号能量分量，但这些分量的振幅远低于固定频率设计中的峰值。典型的设计如图4所示。LTC6902将LT3430 (2A降压开关稳压器)的SYNC引脚锁定在570kHz。该值是在大于调节器的250kHz内部时钟的频率上任意选择的。稳压器提供5V输出在2A从8V到42V输入电源，效率大于80%。

图5显示了扩频时钟的基本优势。这是开关在全2A负载下的传导输入电流的频谱，有和没有频率弹簧。使用准峰值测量技术对150kHz至30MHz频段的CISPR合规标准进行测量。在没有弹簧的情况下，基频处的能量明显达不到合规限值，如图5a所示。时钟频率的谐波也接近测试极限。相反，图5b显示，通过使用LTC6902扩展频率，基波分量的幅度降低了30dB，低于合规性推荐值。在本例中，spring被设置为17%，导致时钟频率范围从470kHz到570kHz。该系统现在通过了EMI合规。

当使用带有开关调节器的SSFM时，频率变化率是一个重要的考虑因素。尽管尽可能快地改变时钟频率可以减少干扰，但改变开关调节器频率的速度是有限的。重要的是，调节器反馈回路的带宽要足够宽，以允许它快速调整到一个新的时钟频率。如图6所示，如果时钟变化太快，切换器无法响应，则稳压器的输出可能会显得不稳定，这可能导致纹波增加，并在试图调整到新的时钟频率时失去调节。使用较慢的主振荡器频率和正确选择分频因子和输出相位设置可以将LTC6902的输出频率变化率减慢到可管理的水平。

传播抽样

除了改善电磁干扰外，扩频技术还可以最大限度地减少高精度数据采集系统中混叠的影响。图7显示LTC6902为LTC2410 24位得尔塔西格马 ADC提供外部转换时钟输入。LTC2410具有一个内置的非常锐利的4阶Sinc滤波器，可将50/60Hz的干扰输入信号截断超过100dB，从而实现极其精确的直流精度。当外部时钟设置为153.6kHz时，60Hz陷波发生，这也将得尔塔 西格马调制器采样频率设置为15.36kHz。然而，作为采样系统，意味着可能会出现混叠。输入信号内容，如窄带噪声，约12Hz，约15.36kHz将折叠回来，并产生一个接近直流的频率成分，与有效的输入信号无法区分。这可能导致转换错误。

通过LTC6902调制时钟频率，信号混叠成为一个运动目标。在转换器的特定采样率附近的输入信号能量仅在采样率移动到新值之前发生的短时间内被折叠回来。LTC2410的每次转换大约需要120ms。如果时钟以5kHz速率调制，它只在任何给定频率上停留200µs，这是转换时间的一小部分。任何混叠音只会有这个短时间损害完整的转换结果。

图8说明了采样率调制的效果。对于这些测量，将1V(P-P)输入信号应用于转换器并通过采样率扫频，以强制混叠并观察结果。当采样率固定在15.36kHz时，混叠转换误差较大，但仅限于非常接近采样率的频率范围内。这也显示了sinc滤波器的急剧衰减特性。

在12.5kHz到17.5kHz的范围内缓慢调制采样率，混叠的幅度要低得多，但发生在更多的频率上。对于这个测试，LTC6902的主振荡器被设置为165kHz。这使得时钟每20毫秒改变一次，整个模式每10秒重复一次。更多的杂散出现是因为采样率，当它随机移动时，偶尔与输入信号频率匹配，从而迫使频率折回。然而，在固定频率采样率下，杂散的振幅明显低于峰值的振幅。这是因为折回条件是短暂的，持续时间远小于LTC2410的转换时间。

第三个测试让时钟或采样率在相同的频率范围内变化，但以快100倍的速度变化。LTC6902的主振荡器频率为16.5MHz，频率变化率为200µs，模式重复间隔为100ms。除100设置应用于将最大转换器采样率设置为16.5kHz。这种安排降低了混叠误差甚至更多，但杂散出现在整个采样频率范围内。这是因为重复间隔比转换时间短。采样频率保证在每次转换期间至少一次与输入频率匹配，但间隔很短。

高分辨率adc扩频采样在减小混叠引起的测量误差方面具有一定的优势。然而，这样做的代价是，通过扩大可折叠的频率范围，可能会引入误差。

结论

LTC6902是一种易于使用的电阻可编程振荡器，具有可选择的输出相位，可以用作简单的无重叠时钟发生器。然而，它的强大附加功能是它可以随机调制输出频率以实现扩频时钟。扩频时钟是将电源EMI降低到符合标准的简单解决方案，否则应用程序将需要大量且昂贵的重新设计。