使用DS1086作为微控制器时钟以降低EMI

DS1086扩频经济振荡器™可用于减少辐射发射 （EMI），而不必通过添加额外的组件（如 EMI 屏蔽、电缆屏蔽或 EMI 滤波器）来增加系统成本。通过对输出频率进行抖动，基频分布在一定频率范围内，从而降低发射峰值的幅度。本应用笔记将展示DS1086如何与两个常见的微控制器（8051和PIC）连接。将讨论设计注意事项，因为随着抖动引入系统，系统设计人员应了解抖动可能对整个系统产生的影响。除了降低EMI之外，本文还讨论了使用DS1086代替晶体振荡器的其他优点。

扩频输出

DS1086能够降低辐射发射峰值。输出频率可以比编程频率低2%或4%抖动。虽然抖动使能时输出频率会发生变化，但占空比不会改变。

图1显示了无抖动的DS1086信号与使能1086%抖动的DS4信号之间的比较。抖动信号显示振幅降低约16dB。以94MHz为例（仅用于说明目的），4%抖动信号的范围为90.24MHz至94MHz，因为频率总是抖动。2%抖动信号的范围为92.12MHz至94MHz。

图1.时钟频谱比较。

三角波发生器将偏移元件注入主振荡器以抖动其输出。抖动速率（参见公式1）基于主振荡器频率，用户可以在66MHz至133MHz范围内编程。

主振荡器频率为66MHz时，三角波的抖动率为16.1kHz。周期为62.06μs，如图2所示。三角波的峰值在66MHz和66MHz之间变化 - 4%（63.36MHz）。由于抖动速率很小，因此输出频率在周期之间看起来几乎是固定的。

图2.抖动率。

在DS1086中，抖动由预分频器寄存器中的J0位控制，当SPRD引脚连接高电平时使能。当预分频器设置为 1 时，会发生最大频谱衰减。预分频器中使用的每2倍，频谱衰减降低7.2dB。发生这种情况是因为预分频器的分频器功能倾向于在创建较低频率时平均抖动。然而，最严格的频谱发射限制是在预分频器设置为低分频比的较高频率上施加的。

使用DS1086作为微控制器时钟

DS1086用作微控制器时钟时，可以工作在两种不同的模式。模式是处理器控制模式和独立模式。下面将更详细地介绍这两种模式以及设计考虑因素，在使用微控制器实现扩频振荡器时应解决这些问题。

处理器控制模式

图3所示为DS1086作为处理器控制模式下8051和PIC微控制器的系统时钟。该图还说明了如何在一条公共总线上使用多个DS1086器件。每个微控制器彼此独立，尽管相同的2线主控制器控制两个微控制器。

图3.DS1086作为8051和PIC微控制器的系统时钟。

为了使2线主站与DS1086通信，每个DS1086都需要有自己唯一的器件地址。为了限制封装的大小，没有外部地址引脚。器件地址由ADDR寄存器中的三个地址位A2、A1和A0设置（见图4）。设备地址出厂默认值为 000b。DS1086可以设置为000b和111b之间的任何地址。如果多个DS1086器件位于同一条总线上，如图3所示，它们的地址必须是唯一的。1086系统中的DS8051器件地址为000b，PIC系统中的DS1086器件地址为001b。

 

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

 

独立模式

DS1086可替代晶体振荡器。图5所示为DS1086和8051微控制器处于独立模式。PIC 也可以在独立模式下使用。在独立模式下，DS1086可以编程一次，然后通过电阻将SCL和SDA引脚连接高电平。

图5.独立模式。

如果DS1086永远不会在电路内编程，即使在生产测试期间也是如此，则不需要上拉电阻，信号可以直接连接到电源。这简化了设计，因为所需的组件更少，并且不需要软件。缺点是DS1086不重新设计硬件就无法轻松编程。

设计注意事项

当使用扩频振荡器作为基于微控制器的系统时钟时，需要解决以下问题：

系统对频率变化的接受程度如何？

哪些DS1086规格可能会影响微控制器？

微控制器时钟的容差是多少？

会进行实时测量吗？

微控制器对数据设置和保持时间的规格有多严格？

微控制器时序计算应该在什么频率下进行？

同步时钟会用于时钟恢复吗？

与晶体振荡器相比，DS1086具有优势

使用DS1086代替晶体振荡器有很多优点。由于DS1086具有扩频输出，当频率抖动比编程频率低2%或4%时，辐射发射峰会降低。DS1086的辐射发射（均方根电压）比晶体振荡器降低20dB。图6所示为晶体振荡器和DS1086（使能4%抖动）的时钟频谱幅度差异。

图6.DS1086与晶体振荡器的频谱比较

用户还可以轻松即时更改输出频率。可编程振荡器无需购买大量不同频率的晶体振荡器。此外，经济振荡器不需要谐振电路，因为它适用于需要高频的系统中的晶体振荡器。

DS1086也不易受到振动的影响，具有关断模式，封装尺寸比某些晶体振荡器更小。DS1086采用8引脚150mil SO封装。8 引脚 118mil μSOP 是未来的产品。

结论

DS1086可代替晶体振荡器用作微控制器的系统时钟，以降低发射峰。本应用笔记将DS1086作为两种常用微控制器（8051和PIC）的时钟。

审核编辑：郭婷