谈展频技术解决高频辐射带来的EMC难题

高频辐射是解决EMC问题的一大难点，昌晖仪表在本文分享展频技术解决高频辐射带来EMC难题的一些经验和研究成果，图文结合介绍展频技术的应用。

尤其是对于车载设备，根据GB/T 18655标准，车载设备辐射骚扰需要测试到最高2.5Ghz频段，然而一些常规的手段一般都是针对于中低频进行处理，高频却很难有确切有效的解决办法：

①例如常规的滤波电容，其滤波性能主要取决于自身的插损特性，想要对高频率滤波，那么其插损的有效频带必须可以覆盖到高频才会有效，而要达到该要求，其自身的ESL须要做到很小才可以，有公式为依据： ESL越大其谐振频率越低，对高频的滤波效果就越差。而ESL取决与电容自身的物理特性，是由制作的工艺以及其封装外形所决定的。

图1   电容插入损耗曲线图

②又比如常规的滤波器共模电阻，同样因为其自身的特性，频率得到高频时，电感自身的寄生电容又不可忽视，器件呈容性，共模阻抗会降低，导致其对高频噪声很难起到有效的衰减作用。

图2    滤波器工模电阻特性曲线

以上两例可以看出，常规的EMC器件在中低频或许是杀手锏，但往往对高频束手无策。这就会造成很尴尬的局面： 找到了问题点，却偏偏解决不掉。由此一项新的技术被开发出来，即展频技术，其原理通俗来说可以用一句话来概括：把时钟的尖峰在频域上拉宽，因为能量守恒，其尖峰能量自然会下降。

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应用展频技术往往会担心影响到产品的性能，其实大可不必，有图为证：

图3    时钟信号展频前时域图

图4    时钟信号展频后时域图

从频域上可以看到中心频率在展频后没有发生偏移，但其能量得以分散。从时域上看时钟信号无论幅值又或是波形都没有变化。有的时钟能量较强，其高次谐波会达到GHz级别，因此造成的现象就是往往高频段超标都是一些间隔频率相等的单支噪声，这些单支点一般是某一时钟的倍频信号高次谐波。

然而展频技术还有一个优点，那就是处理高频时钟谐波，越是高频的时钟谐波信号，其能量被展开的就越宽。

下面展示一个24Mhz时钟的各个谐波展开情况。

24Mhz时钟的各个谐波展开

144Mhz时钟的各个谐波展开

240Mhz时钟的各个谐波展开

480Mhz时钟的各个谐波展开

960Mhz时钟的各个谐波展开

上图分别为24Mhz、144Mhz、240Mhz、480Mhz、960Mhz时钟的各个谐波展开情况，即24Mhz的基频、6次、10次、20次、40次谐波，可以看到，原本时钟单支尖峰能量被分散到具有边带谐波的频谱，并且越是高频展开效果越好，即降噪效果越明显。

由此，在高频频段，展频不仅可显著降低时钟的高能量干扰，还可以为其他敏感模块提供稳定清洁的电磁环境，对提高WIFI、蓝牙、GPS等高频率工作的模块的灵敏度有着重要的作用。面对如今日益复杂的电磁环境，展频技术的应用意义重大。