物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵特性是它們能夠通過(guò)低能量無(wú)線鏈路傳遞數(shù)據(jù)。需要傳輸和接收的數(shù)據(jù)的敏感性意味著需要采取措施來(lái)保護(hù)鏈路。除了使用加密通信之外，還可以通過(guò)限制網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率以及使用使比特難以與隨機(jī)噪聲區(qū)分的編碼方案來(lái)降低竊聽(tīng)風(fēng)險(xiǎn)。

因此， RF靈敏度在增強(qiáng)安全性方面起著重要作用，因?yàn)樗试S使用較低的功率電平并采用更高級(jí)的編碼方案。然而，對(duì)接收靈敏度的要求對(duì)設(shè)備內(nèi)可容許的噪聲水平提出了嚴(yán)格的要求。低能量無(wú)線電接收器通常容易受到集中在特定頻率上的窄帶噪聲的影響，特別是因?yàn)閰f(xié)議通常使用窄帶信道，因此避免干擾更加困難。

雖然可以調(diào)諧時(shí)鐘因此，內(nèi)部干擾的主要原因是避免產(chǎn)生干擾特定RF傳輸頻帶的諧波，因此對(duì)靈活性的需求使得在實(shí)踐中難以實(shí)現(xiàn)。諸如Weightless之類的白空間無(wú)線電系統(tǒng)要求RF子系統(tǒng)具有頻率捷變性 - 因此接收器有時(shí)需要應(yīng)對(duì)本地產(chǎn)生的干擾。因此，抑制電路設(shè)計(jì)中的電磁干擾（EMI）變得越來(lái)越重要。

任何電子系統(tǒng)中EMI的關(guān)鍵來(lái)源是電源子系統(tǒng)。大多數(shù)在負(fù)載點(diǎn)（POL）提供穩(wěn)定電源軌的設(shè)計(jì)已經(jīng)從使用模擬低壓差（LDO）穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)向?yàn)殚_(kāi)關(guān)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器提供穩(wěn)定的電源軌。雖然開(kāi)關(guān)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器提供高效率，最大化可從單個(gè)電池充電恢復(fù)的能量，但它們的開(kāi)關(guān)行為可能是噪聲的主要來(lái)源。主要來(lái)源是用于驅(qū)動(dòng)脈沖寬度PWM轉(zhuǎn)換電路的時(shí)鐘。

PWM控制方法對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，并從參考電壓中減去該值，以建立一個(gè)小的誤差信號(hào)。將該誤差信號(hào)與由振蕩器驅(qū)動(dòng)的常規(guī)斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，該振蕩器通常以固定頻率運(yùn)行。比較器輸出一個(gè)操作電源開(kāi)關(guān)的數(shù)字輸出。當(dāng)電路輸出電壓改變時(shí)，誤差信號(hào)也改變，從而導(dǎo)致比較器閾值改變。因此，輸出脈沖寬度也會(huì)改變。此占空比變化然后移動(dòng)輸出電壓以將誤差信號(hào)減小到零，從而完成控制環(huán)路。

來(lái)自PWM的常規(guī)脈沖，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器在每個(gè)周期中打開(kāi)或關(guān)閉，具體取決于方向斜坡信號(hào)的輸入噪聲會(huì)在輸入級(jí)的線路和中性節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生輸入噪聲。這種噪聲在開(kāi)關(guān)頻率的諧波中表現(xiàn)出來(lái)，因此可以很容易地達(dá)到用于發(fā)送和接收的RF范圍。降低耦合到下游電路的噪聲的一種方法是使用EMI濾波器。然而，這些增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本和重量，在小型物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備的情況下，這通常是不可接受的。

增加組件的一種越來(lái)越流行的替代方案是改變PWM-基于轉(zhuǎn)換器本身。盡管需要在合理的規(guī)則基礎(chǔ)上產(chǎn)生脈沖，但是用于平滑電源軌上的電壓的輸出上的電容意味著不需要在精確的時(shí)間提供能量脈沖。相反，可以調(diào)制驅(qū)動(dòng)PWM電路的時(shí)鐘信號(hào)，使得與該時(shí)鐘相關(guān)的干擾擴(kuò)展到更寬的帶寬。

近20年前，該技術(shù)被首次作為降低EMI的手段進(jìn)行了探索，惠普工程師Cornelis Hoekstra在該公司的技術(shù)期刊中對(duì)此進(jìn)行了記錄，主要是為了解決高次諧波的影響。更難以屏蔽，并且可能對(duì)RF信號(hào)和接收質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。 Hoekstra的論文已成為所謂的擴(kuò)頻時(shí)鐘的標(biāo)準(zhǔn)參考。

Hoekstra對(duì)高次諧波的影響更大：“頻率偏差的絕對(duì)值隨諧波次數(shù)線性增加，因此光譜在高次諧波處，能量分布在更大的范圍內(nèi)，而測(cè)量光譜能量的濾波器寬度是固定的。“

HP嘗試的第一個(gè)方案基于非常簡(jiǎn)單的方波調(diào)制。電路中的結(jié)果-lag和過(guò)沖意味著時(shí)鐘頻率不會(huì)簡(jiǎn)單地在兩個(gè)離散值之間移動(dòng)，而是不是從一個(gè)頻率直接移位。盡管該方案簡(jiǎn)單，但它成功地?cái)U(kuò)展了峰值，因此設(shè)備可以通過(guò)惠普當(dāng)時(shí)關(guān)注的FCC輻射發(fā)射測(cè)試。

< p>圖1：通過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)散諧波。

后來(lái)擴(kuò)頻調(diào)制的嘗試主要集中在更復(fù)雜的時(shí)鐘控制技術(shù)上，使用正弦波，三角波調(diào)制以及隨機(jī)調(diào)制。這些技術(shù)現(xiàn)已從主系統(tǒng)時(shí)鐘延伸到DC/DC轉(zhuǎn)換器和噪聲敏感應(yīng)用中使用的其他電源系統(tǒng)。

圖2 ：由正弦調(diào)制器調(diào)制的正弦波頻譜。

凌力爾特公司的LTC6909擴(kuò)頻振蕩器設(shè)計(jì)用于DC/DC轉(zhuǎn)換器，如LTM4601，可在峰值時(shí)提供EMI改善頻率高達(dá)10 dB。對(duì)于需要消耗大量功率的系統(tǒng)，LTC6909可以產(chǎn)生多達(dá)8個(gè)相位同步輸出，以驅(qū)動(dòng)多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器。相位同步通過(guò)確保每個(gè)轉(zhuǎn)換器在整個(gè)時(shí)鐘周期的不同部分期間切換來(lái)確保輸出紋波最小化。

使用LTC6909時(shí)，當(dāng)啟用擴(kuò)頻模式時(shí)，使用濾波的偽隨機(jī)噪聲調(diào)制主時(shí)鐘信號(hào)。調(diào)制產(chǎn)生近似平坦的頻譜，以設(shè)定頻率為中心，帶寬等于中心頻率的約20％。用于選擇擴(kuò)頻模式的MOD引腳的狀態(tài)確定調(diào)制速率，從fout/16到fout/64。振蕩器針對(duì)500 kHz至10 MHz之間的輸出頻率進(jìn)行了優(yōu)化。

圖3：LTC6909電源調(diào)制器的框圖。

德州儀器（TI）的TPS8267x是一款完整的600 mA DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器，適用于集成了差分的低功耗應(yīng)用。頻譜調(diào)制器。該封裝還包括開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，電感器以及輸入和輸出電容器，適用于微型SIP器件，適用于對(duì)空間敏感的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

該轉(zhuǎn)換器工作在5.5 MHz的穩(wěn)定開(kāi)關(guān)頻率，通過(guò)擴(kuò)頻支持，該器件可替代低噪聲線性穩(wěn)壓器，以實(shí)現(xiàn)更高的功率轉(zhuǎn)換效率。擴(kuò)頻架構(gòu)將開(kāi)關(guān)頻率改變了標(biāo)稱開(kāi)關(guān)頻率的約±10％，使用三角波調(diào)制頻率。

擴(kuò)頻技術(shù)可以擴(kuò)展到DC/DC轉(zhuǎn)換器以外的物聯(lián)網(wǎng)需要隔離電源軌的儀器。 Maxim Integrated MAX13253是一款1 A推挽式變壓器驅(qū)動(dòng)器，具有自己的內(nèi)部振蕩器，采用+3 V至+5.5 V單電源供電。變壓器的次級(jí)到初級(jí)繞組比定義了輸出電壓，允許選擇幾乎任何隔離輸出電壓和電流隔離。

集成振蕩器使用引腳可選擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)一對(duì)n溝道電源開(kāi)關(guān) - 光譜振蕩。通過(guò)使用壓擺率控制，可以進(jìn)一步降低EMI。

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用變得越來(lái)越普遍，對(duì)能效的關(guān)注以及射頻靈敏度變得越來(lái)越重要，我們可以期待諸如傳播之類的技術(shù)。頻譜功率控制有待進(jìn)一步探索。