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使用DS1086作為微控制器時鐘以降低EMI

星星科技指導員 ? 來源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-03-01 15:33 ? 次閱讀

DS1086擴頻經(jīng)濟振蕩器?可用于減少輻射發(fā)射 (EMI),而不必通過添加額外的組件(如 EMI 屏蔽、電纜屏蔽或 EMI 濾波器)來增加系統(tǒng)成本。通過對輸出頻率進行抖動,基頻分布在一定頻率范圍內(nèi),從而降低發(fā)射峰值的幅度。本應用筆記將展示DS1086如何與兩個常見的微控制器(8051和PIC)連接。將討論設計注意事項,因為隨著抖動引入系統(tǒng),系統(tǒng)設計人員應了解抖動可能對整個系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。除了降低EMI之外,本文還討論了使用DS1086代替晶體振蕩器的其他優(yōu)點。

擴頻輸出

DS1086能夠降低輻射發(fā)射峰值。輸出頻率可以比編程頻率低2%或4%抖動。雖然抖動使能時輸出頻率會發(fā)生變化,但占空比不會改變。

圖1顯示了無抖動的DS1086信號與使能1086%抖動的DS4信號之間的比較。抖動信號顯示振幅降低約16dB。以94MHz為例(僅用于說明目的),4%抖動信號的范圍為90.24MHz至94MHz,因為頻率總是抖動。2%抖動信號的范圍為92.12MHz至94MHz。

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圖1.時鐘頻譜比較。

三角波發(fā)生器將偏移元件注入主振蕩器以抖動其輸出。抖動速率(參見公式1)基于主振蕩器頻率,用戶可以在66MHz至133MHz范圍內(nèi)編程

poYBAGP-_7qASyZhAAAN9KFDFH4047.gif

主振蕩器頻率為66MHz時,三角波的抖動率為16.1kHz。周期為62.06μs,如圖2所示。三角波的峰值在66MHz和66MHz之間變化 - 4%(63.36MHz)。由于抖動速率很小,因此輸出頻率在周期之間看起來幾乎是固定的。

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圖2.抖動率。

在DS1086中,抖動由預分頻器寄存器中的J0位控制,當SPRD引腳連接高電平時使能。當預分頻器設置為 1 時,會發(fā)生最大頻譜衰減。預分頻器中使用的每2倍,頻譜衰減降低7.2dB。發(fā)生這種情況是因為預分頻器的分頻器功能傾向于在創(chuàng)建較低頻率時平均抖動。然而,最嚴格的頻譜發(fā)射限制是在預分頻器設置為低分頻比的較高頻率上施加的。

使用DS1086作為微控制器時鐘

DS1086用作微控制器時鐘時,可以工作在兩種不同的模式。模式是處理器控制模式和獨立模式。下面將更詳細地介紹這兩種模式以及設計考慮因素,在使用微控制器實現(xiàn)擴頻振蕩器時應解決這些問題。

處理器控制模式

圖3所示為DS1086作為處理器控制模式下8051和PIC微控制器的系統(tǒng)時鐘。該圖還說明了如何在一條公共總線上使用多個DS1086器件。每個微控制器彼此獨立,盡管相同的2線主控制器控制兩個微控制器。

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圖3.DS1086作為8051和PIC微控制器的系統(tǒng)時鐘。

為了使2線主站與DS1086通信,每個DS1086都需要有自己唯一的器件地址。為了限制封裝的大小,沒有外部地址引腳。器件地址由ADDR寄存器中的三個地址位A2、A1和A0設置(見圖4)。設備地址出廠默認值為 000b。DS1086可以設置為000b和111b之間的任何地址。如果多個DS1086器件位于同一條總線上,如圖3所示,它們的地址必須是唯一的。1086系統(tǒng)中的DS8051器件地址為000b,PIC系統(tǒng)中的DS1086器件地址為001b。

REGISTER ADDR BINARY DEFAULT ACCESS
ADDR 0Dh X1 X1 X1 X1 WC A2 A1 A0 11110000b R/W

獨立模式

DS1086可替代晶體振蕩器。圖5所示為DS1086和8051微控制器處于獨立模式。PIC 也可以在獨立模式下使用。在獨立模式下,DS1086可以編程一次,然后通過電阻將SCL和SDA引腳連接高電平。

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圖5.獨立模式。

如果DS1086永遠不會在電路內(nèi)編程,即使在生產(chǎn)測試期間也是如此,則不需要上拉電阻,信號可以直接連接到電源。這簡化了設計,因為所需的組件更少,并且不需要軟件。缺點是DS1086不重新設計硬件就無法輕松編程。

設計注意事項

當使用擴頻振蕩器作為基于微控制器的系統(tǒng)時鐘時,需要解決以下問題:

系統(tǒng)對頻率變化的接受程度如何?

哪些DS1086規(guī)格可能會影響微控制器?

微控制器時鐘的容差是多少?

會進行實時測量嗎?

微控制器對數(shù)據(jù)設置和保持時間的規(guī)格有多嚴格?

微控制器時序計算應該在什么頻率下進行?

同步時鐘會用于時鐘恢復嗎?

與晶體振蕩器相比,DS1086具有優(yōu)勢

使用DS1086代替晶體振蕩器有很多優(yōu)點。由于DS1086具有擴頻輸出,當頻率抖動比編程頻率低2%或4%時,輻射發(fā)射峰會降低。DS1086的輻射發(fā)射(均方根電壓)比晶體振蕩器降低20dB。圖6所示為晶體振蕩器和DS1086(使能4%抖動)的時鐘頻譜幅度差異。

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圖6.DS1086與晶體振蕩器的頻譜比較

用戶還可以輕松即時更改輸出頻率。可編程振蕩器無需購買大量不同頻率的晶體振蕩器。此外,經(jīng)濟振蕩器不需要諧振電路,因為它適用于需要高頻的系統(tǒng)中的晶體振蕩器。

DS1086也不易受到振動的影響,具有關斷模式,封裝尺寸比某些晶體振蕩器更小。DS1086采用8引腳150mil SO封裝。8 引腳 118mil μSOP 是未來的產(chǎn)品。

結(jié)論

DS1086可代替晶體振蕩器用作微控制器的系統(tǒng)時鐘,以降低發(fā)射峰。本應用筆記將DS1086作為兩種常用微控制器(8051和PIC)的時鐘。

審核編輯:郭婷

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