使用抖動(dòng)FPGA設(shè)備

　　有關(guān)實(shí)施擴(kuò)頻時(shí)鐘發(fā)生器的詳細(xì)信息可從FPGA廠商處獲得。 如果系統(tǒng)現(xiàn)有用的FPGA資源，與前面討論的專用IC方法相比，在FPGA中實(shí)施擴(kuò)頻時(shí)鐘發(fā)生器可以節(jié)省成本和空間。

　　以用FPGA實(shí)施的常用擴(kuò)頻時(shí)鐘發(fā)生器框圖為例（圖3）。 大多數(shù)FPGA廠商提供擴(kuò)頻模塊或基原，可以用來從參考時(shí)鐘源產(chǎn)生時(shí)鐘抖動(dòng)信號(hào)。

　　圖3： FPGA擴(kuò)頻時(shí)鐘發(fā)生器框圖。

　　參考時(shí)鐘通常來自分頻器或倍頻模塊，并且頻率與所需的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率相同。 微調(diào)模塊由調(diào)諧/抖動(dòng)命令模塊控制，并使用可配置的頻率階躍和其間可配置的時(shí)間間隔，向上和向下調(diào)節(jié)PLL輸出頻率（CLKOUT）。 PLL內(nèi)核模塊配置詳情可以從FPGA廠商處獲得，但如圖所示，內(nèi)部反饋回路通常為斷開狀態(tài)，微調(diào)模塊則被放置在外部反饋環(huán)路中。

　　連接驅(qū)動(dòng)器

　　PowerXR設(shè)備使用一個(gè)可編程的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率和一個(gè)可編程的分頻器來產(chǎn)生PWM控制器的開關(guān)頻率，fsw。如果對這些設(shè)備進(jìn)行配置，從外部同步時(shí)鐘源操作，時(shí)鐘源的頻率必須在內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的±5％范圍之內(nèi)。

　　數(shù)據(jù)表中提供了一個(gè)表格，有助于確定下分頻的系數(shù)n。例如，對于在300 kHz的操作，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率可能是28.8 MHz， n值為96。在此情況下，d的頻譜衰減 = ±1.1%（即2.2%），fDITHER = 56 kHz為：

　　頻譜衰減 = 10*log［（fsw*d）/（fDITHER/n）］ = 10*log［（300 kHz）*（0.022）/（56 kHz/96） = 10.5 dB。

　　因此，除了所有諧波外，基頻的振幅將衰減約10.5 dB。

　　測試配置

　　在用于收集非抖動(dòng)和抖動(dòng)時(shí)鐘源的排放數(shù)據(jù)的測試設(shè)置中，PowerXR設(shè)備同步至?xí)r鐘發(fā)生器提供的外部時(shí)鐘源（圖4）。 電路中的LX節(jié)點(diǎn)是用于收集非抖動(dòng)和抖動(dòng)排放數(shù)據(jù)的測量點(diǎn)，因?yàn)樗俗罡叩碾妷悍逯岛退邢嚓P(guān)的輻射頻譜分量。

　　圖4： 測試設(shè)置。

　　雖然在LX節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)不是實(shí)際的輻射排放數(shù)據(jù)，因?yàn)樗话總€(gè)頻譜分量的輻射效率，但可將它用于比較非抖動(dòng)和抖動(dòng)時(shí)鐘數(shù)據(jù)之間的相對水平。

　　XRP7714 PowerXR設(shè)備是一個(gè)4通道數(shù)字PWM降壓控制器，但僅啟用通道1并用于收集排放數(shù)據(jù)。 外部同步時(shí)鐘源連接到其中一個(gè)通用I/O （GPIO）端口。

　　PowerXR設(shè)備使用PowerArchitect開發(fā)軟件在I2C端口上配置。該軟件可從Exar網(wǎng)站下載。 如先前所討論的，該設(shè)備針對基于28.8 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的300 kHz PWM開關(guān)頻率進(jìn)行配置。

　　測量的數(shù)據(jù)

　　基線排放數(shù)據(jù)的收集采用了零擴(kuò)展、外加上述±1.1％中心擴(kuò)展的28-MHz ModOUT時(shí)鐘源收。 28.63636-MHz ±1.1%抖動(dòng)時(shí)鐘源的抖動(dòng)頻率范圍是：

　　fmax = （28.63636 MHz）（1.011）/n = （28.63636 MHz）（1.011）/96 = 301.6 kHz

　　fnom = 28.63636 MHz/n = 28.63636 MHz/96 = 298.3 kHz

　　fmin = （28.63636 MHz）（1 – 0.011）/n = （28.63636 MHz）（1 – 0.011）/96 = 295.0 kHz

　　該數(shù)據(jù)表示+1.07%/–1.01% （2.08%）的頻率擴(kuò)展，這與±1.1％（2.2％）的預(yù)期擴(kuò)展非常接近。 與預(yù)期的一樣，基準(zhǔn)頻率在fnom = 295.3 kHz時(shí)進(jìn)行測量。 每個(gè)波形的占空比是50％左右，和VOUT1/VIN = 5 V/10 V = 0.5電壓轉(zhuǎn)換比所預(yù)示的一樣。

　　非抖動(dòng)和抖動(dòng)頻譜的頻域圖像表明所有抖動(dòng)頻譜分量振幅低于相應(yīng)的非抖動(dòng)組件，而且它們的寬度也稍大。 這在疊加波形時(shí)更明顯（圖5）。 頻率介于6.50和9.00 MHz之間。 示波器的噪底性能的限制，妨礙了在更高頻率下的精確測量，但這些情況可作為在更高頻率下預(yù)期行為的很好的例證。

　　圖5： （a） 非抖動(dòng)頻譜。 （b） 抖動(dòng)頻譜。 （c） 兩個(gè)頻譜的重疊。

　　示波器中內(nèi)置的快速傅立葉變換（FFT）功能有局限性，因此導(dǎo)致頻譜分量的振幅、寬度和整體形狀有些失真，但它仍然可用于說明頻率抖動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

　　較大主頻譜分量之間的低振幅頻譜分量是由于占空比恰好不是50％。 當(dāng)一個(gè)時(shí)域的脈沖串有一個(gè)恰好為50％的占空比，所得到的高次頻譜分量是基頻的奇數(shù)倍，而對于非50％的占空比，所得到的頻譜分量是基頻的整數(shù)倍。