专利名称：调制电源扩展频谱的制作方法
技术领域：
本发明涉及抑制电子电路中、尤其是电子通信电路中的噪声，更特别地涉及抑制 通过空气传播的EMI(电磁干扰)噪声信号。
背景技术：
通常将电子电路中的噪声描述为经由普通信号返回(signalreturn)或接地路 径、普通电源、和通过空气的EMI传播。 众所周知的保护措施包括地平面，其中信号返回具有导致极少电压噪声的极低 阻抗；电源连接上的滤波器，其阻止信号经由电源在电路之间传播；以及精细的布局规则 和用来减少EMI的屏蔽。对于EMI，现有技术教导了屏蔽和布置电路和电路模块以便使互 感、电容路径和EMI的生成和接收最小化。 在现代电子学中，电子电路包括以极高的速度运行计算机和通信系统(PC、手持式 设备等)的数字时钟(在本文中与振荡器同义地使用)和逻辑电路。这些高频信号还具有 陡沿，并一起产生可能表现出RF接收机的选择范围内的RF(射频)谐波的EMI噪声，其具 有足以负面影响RF接收机的性能的能量。 图1示出每个具有到电源、VDD、和地平面2的单独滤波器的CLK CKT(时钟电路) 和逻辑电路LOGIC CKT A的现有技术电路设计。这些电路实际上代表任何电子电路。VDD 还具有对宽频率频谱上的信号频率呈现出低阻抗的Cl和C2旁路电容器。所述单独滤波器 每个具有各个串联电感器Ll和L2以及各个旁路电容器C3和C4，其对经由VDD连接向或从 CLK CKT和LOGIC CKTA传播的信号进行滤波。然而，EMI信号5可以如所示地经由空气传 播在此时总是发生高速频率或快速边沿。这些EMI信号可以包括RF天线4将接收的RF谐 波。由CKTRY B接收到的这些谐波增加噪声并因此降低接收机的灵敏度。
在手持式电子装置中，屏蔽常常不是实用的选择，且布局因素不能消除EMI生成 及其来自与RF接收机的耦合的RF谐波。无论在设计中如何注意，此类RF接收机由于EMI 而经受增加的噪声和降低的灵敏度。
发明内容
本发明解决了 EMI RF谐波到RF接收机的耦合。恰恰与现有技术的隔离教授内容 相反，本发明主动调制或改变时钟和时钟相关信号的频率。特别地，时钟相关信号包括用时 钟选通出的数据。当时钟频率改变时，时钟的谐波也改变或在频谱上扩展。以这种方式，由 天线接收到的时钟的任何谐波的幅值将减小，因为谐波频率随着时钟频率而变。因此，作为 在RF接收机处接收到的有害恒频EMI RF谐波的替代，谐波幅值将被减小，因为变化的谐波 频率将其自身从天线的选择范围中去除。因此，RF接收机的性能提高。
在另一实施例中，改变时钟的占空因数也可以使EMI RF谐波含量在频谱上扩展， 并因此减少在RF接收机处接收到的EMI RF谐波。 本发明提供由本发明方法产生的多个好处。 一个好处是可以需要极少或没有附加电子装置或电路，因为基准时钟和逻辑驱动器可能已经存在。另一个好处是可以以允许更 容易地驱动时钟处的功率节点(power node)的反向方式(如下所述)来使用电源与时钟 和其它逻辑电路之间的无源滤波器。所需的可能仅是无源滤波器元件值的某些改变和将缓 冲输出连接到时钟电路功率节点。 说明性地，大部分时钟具有在某种程度上取决于到振荡器的电源连接的幅值的频 率。在本发明的一个实施例中，缓冲器以可以从基准时钟(在系统的其它地方生成)导出 的频率驱动并改变时钟的功率节点处的电压。这改变时钟频率并因此使EMI RF谐波在频 谱上扩展。意想不到的是，LC滤波器(图1和图2A)提供促进功率节点的电压驱动的阻抗。 实际上，对于给定的应用，可以启发式地确定LC和驱动函数的值。 在一个实施例中，时钟电路包括环形振荡器。在此类电路中，频率在环形振荡器供 电电源改变时改变。其它振荡器，例如VCO(电压控制振荡器)时钟及其它时钟电路，被设 计为频率与电源变化无关。然而，这些时钟电路不是完全与电源变化无关且仍然可以得益 于本发明。 图2B的VCO时钟电路提供控制端子20，在这里外部电容器可以被连接以修整频 率。例如电容器或电阻分压器(图2D)等通过缓冲器25从REF CLK到控制端子20的耦合 将信号加到改变时钟频率的控制端子20上。这可以实现与驱动电压节点相同的有益效果。
在本发明的又一实施例中，可以延长或縮短时钟的占空因数，其中此类改变还可 以使EMI RF谐波含量在频谱上扩展。 本领域的技术人员应认识到虽然具体实施方式
部分继续参考说明性实施例、附 图、以及使用方法进行说明，但本发明并不意图局限于这些实施例和使用方法。相反，本发 明具有广泛的范围且意图仅按照随附权利要求的阐述来限定。
以下发明说明参考附图，在附图中 图1是现有技术电路的电路方框图； 图2A、2B、2C和2D是示出本发明的实施例的电路方框图； 图3是时序图； 图4是通过改变时钟电路的电源电压来调制时钟频率的图形表示；以及 图5A和5B示出由于本发明而得到的EMI噪声的减少。
具体实施例方式
图2A示出从DC直流电源VDD供电的逻辑电路。由电感器L3和电容器C5对VDD 线进行滤波。L3通常包括围绕电压连接的铁氧体磁珠(ferrite bead)。此类磁珠在本领 域中是公知的。振荡器0SC8被连接在滤波的功率节点V1与地之间。在这种情况下，OSC 8 产生驱动其它逻辑13的时钟CLK 0UT。 OSC 8还从移位寄存器10选通出(strobe out)数 据，每次一个数据位。CLK OUT和DATA OUT两者将共享公共时序，两者可以具有快速边沿， 且两者可以是EMI 5的源。 图2A还具有驱动缓冲器12的REF CLK 14。缓冲器12吸收(sink)来自VI的改 变VI的电压值(并因此改变CLK OUT的频率)的电流II。改变频率使EMI 5及其谐波在频谱上扩展。可能已接收到来自EMI的RF谐波的任何RF接收器将由于频谱扩展而接收到 较低幅值。 图2B示出本发明的另一实施例。这里，振荡器是VC0，具有节点20，节点20被设 计为用于外部频率设定电容器C6。如所示，REFCLK可以被缓冲25并经由电容器C7耦合到 节点20，电容器C7的大小被确定为在节点20处产生电压信号。此电压信号通常将以类似 于驱动图2A的功率节点VI的方式调制VC0输出频率。 图3示出来自图2A的电路的CLK OUT和DATA OUT的时序图。这里，CLK OUT 30 用CLK OUT信号的前沿34从移位寄存器10选通出数据DATA OUT 32。 CLK OUT的后沿36 可以被接收器用来在接收到的数据信号中进行选通。很明显，CLK OUT 30和DATA 0UT32的 时序共享某些公共时序。 在图2C的另一实施例中，单稳态触发器(one shot) 22产生脉冲24。电容器C8通 过电容器C8上的电压来确定脉冲宽度，该电压上升直至其触发比较器(未示出)。在图2C 中，REF CLK被缓冲25，其不与0SC频率同步，并且其具有接近或慢于0SC频率的频率。通 过C9的耦合将是随机的且脉冲宽度CLK OUT A 24将是随机的。如前面所示，单稳态触发 (one shot)CLK OUT A的随机脉冲宽度输出可以用于另一电路的时钟，在所述另一电路处 其将生成EMI 5。然而，CLK OUT A可以被馈送到OR电路23以产生CLK OUT。 OR电路23 的输出将是OSC输出信号或单稳态触发(one shot)脉冲中的较长的一个。脉冲宽度的改 变使占空因数改变，因此EMI 5的谐波含量(harmonic content)改变。图2D示出图2C的 电路，除Rl和R2的电阻分压器将经缓冲25的REF CLK耦合到在CLK OUT A 24处产生随 机单稳态触发(one shot)脉冲宽度的单稳态触发(one shot)定时电容器C8。
图4示出图2A中的将VI从Via变到Vlb、变到Vic的效果，其中0SC频率分别从 Fa变到Fb、变到Fc。在下文参考的一个示例中，从Fa到Fc的变化约为9MHz，但是如上所 述，对于其它应用，可以启发式地确定实际数目。 图5A和5B示出使用本发明的有益效果。这是从时钟信号的EMI到在通信电子装 置中使用的RF频率1. 9385GHz的干扰痕迹。图5A示出来自恒频时钟信号的约10dBm幅值 的干扰信号。图5A的痕迹是中心频率周围的100MHz范围的扫描。图5B示出当使时钟频 率在频谱上扩展时的相同内容，其中不存在可感知的干扰信号。在这种情况下，图2A上的 VI处的缓冲25REF CLK频率信号约为0. 2伏峰峰值，且OSC频率变化(图4中的Fa至Fc) 约为9MHz 。 应理解的是本文中提出了上述实施例作为示例且可以对其进行许多修改和替换。 因此，应仅按照如随附的权利要求书所阐述的内容的限定来广泛地考虑本发明。
权利要求
一种使EMI信号的谐波含量在频谱上扩展的逻辑电路，该逻辑电路包括振荡器，其产生时钟；所述振荡器具有功率节点，其中，所述振荡器频率与功率节点上的电压水平有关；耦合到所述功率节点的参考时钟，其中，所述参考时钟改变所述功率节点上的电压，这改变所述振荡器的频率，其中，改变所述振荡器的频率使EMI信号的谐波含量在频谱上扩展。
2. 权利要求1的逻辑电路，其中，所述振荡器是电压控制振荡器。
3. 权利要求2的逻辑电路，其中，所述电压控制振荡器提供用于外部电容器的控制节 点，其中，所述电容器上的电压确定所述电压控制振荡器频率。
4. 权利要求3的逻辑电路，其中，所述参考时钟耦合到所述控制节点而不是所述功率 节点，并且其中，所述参考时钟改变所述控制节点上的电压使得改变所述电压控制振荡器 的频率并使EMI信号的谐波含量在频谱上扩展。
5. 权利要求4的逻辑电路，其中，所述参考时钟经由电容分压器或电阻分压器耦合到 所述控制节点。
6. 权利要求1的逻辑电路，还包括射频接收器，该射频接收器接收EMI信号的扩展频谱 谐波含量，其中，射频接收器的选择性之内的任何谐波信号具有与未扩展EMI信号的谐波 含量相比减小的能量。
7. —种使EMI信号的谐波含量在频谱上扩展的逻辑电路，该逻辑电路包括 产生第一时钟的振荡器；单稳态触发电路，其具有控制节点、耦合到所述第一时钟的输入端、以及输出时钟，输 出时钟包含响应于所述第一时钟的一系列脉冲，其中，所述控制节点上的电压确定脉冲的 宽度，并且所述第一时钟确定输出时钟频率；耦合到所述控制节点的参考时钟，其中，所述参考时钟改变所述控制节点上的改变所 述脉冲宽度的电压，其中，改变所述脉冲宽度使EMI信号的谐波含量在频谱上扩展。
8. —种用于使EMI信号的谐波含量在频谱上扩展的方法，该方法包括步骤 将电源向时钟上的功率节点进行滤波；其中，所述时钟频率与所述功率节点上的电压水平有关；由参考时钟驱动所述功率节点，所述参考时钟改变所述功率节点上的电压，功率节点 上的电压改变所述时钟的频率，其中，改变时钟的频率使该时钟所产生的EMI信号的谐波 含量在频谱上扩展。
全文摘要
调制电源扩展频谱，一种系统减小从由包括时钟的数字电子系统生成的EMI接收到的RF信号。在本发明中，说明性地，通过驱动时钟的功率节点来故意改变或调制生成信号并选通出数据的时钟频率。时钟功率节点与电源之间的典型滤波电路用来得到这样的优点，即，滤波器阻抗允许缓冲器更容易地驱动时钟功率节点，因为电源的低阻抗被滤波电路隔离。时钟频率的改变使EMI RF谐波在频谱上扩展，以便由RF接收器接收到的任何谐波将是短暂的并因此具有小幅值。
文档编号H03K5/00GK101729044SQ20091020769
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月29日 优先权日2008年10月29日
发明者J·莫拉, S·普林蒂斯 申请人:快捷半导体有限公司