使用DS1086作為微控制器時鐘以降低EMI

DS1086擴(kuò)頻經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(yīng)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(shè)計注意事項，因為隨著抖動引入系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)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(kuò)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。

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。

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。

圖2.抖動率。

在DS1086中，抖動由預(yù)分頻器寄存器中的J0位控制，當(dāng)SPRD引腳連接高電平時使能。當(dāng)預(yù)分頻器設(shè)置為 1 時，會發(fā)生最大頻譜衰減。預(yù)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(yù)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(yán)格的頻譜發(fā)射限制是在預(yù)分頻器設(shè)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(dú)立模式。下面將更詳細(xì)地介紹這兩種模式以及設(shè)計考慮因素，在使用微控制器實現(xiàn)擴(kuò)頻振蕩器時應(yīng)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(dú)立，盡管相同的2線主控制器控制兩個微控制器。

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(shè)置（見圖4）。設(shè)備地址出廠默認(rèn)值為 000b。DS1086可以設(shè)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。

獨(dú)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(dú)立模式。PIC 也可以在獨(dú)立模式下使用。在獨(dú)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。

圖5.獨(dú)立模式。

如果DS1086永遠(yuǎn)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(shè)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(shè)計硬件就無法輕松編程。

設(shè)計注意事項

當(dāng)使用擴(kuò)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(jìn)行實時測量嗎？

微控制器對數(shù)據(jù)設(shè)置和保持時間的規(guī)格有多嚴(yán)格？

微控制器時序計算應(yīng)該在什么頻率下進(jìn)行？

同步時鐘會用于時鐘恢復(fù)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(kuò)頻輸出，當(dāng)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。

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(jì)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(guān)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(yīng)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