【解决方案】使用展频技术降低辐射骚扰

在产品研发阶段，硬件工程师通常会对产品做辐射骚扰测试，在辐射骚扰测试失败的情况下，可以考虑使用展频技术来降低辐射骚扰。结合ZLG致远电子的核心板产品，本文将对底板的辐射干扰超标提供一些方法及参考。

 

 展频技术

展频，即扩展频谱技术。展频技术是常用的无线通信技术。将单点能量分散到频带内，EMI干扰就减小了。其原理类似于图 1 所示的例子，让水压（频谱能量）一定的水从一个小孔（固定频率）中喷出，这和让它从淋浴喷头的多个小孔（分散频率）中喷出的效果是不同的。后者的水压得到了分散，水的喷出力度（辐射噪声）会变小很多。

图1 展频原理（图片来自网络,侵权删除）

 

 工作原理

原本的时钟信号每个周期都是一样的，周期时间长度也一样，为Tclk。对Tclk进行微调，比如先将每个时钟周期比上一个时钟周期的时间加长一点点，累计n个周期之后,再将每个时钟周期比上一个时钟周期缩短一点点，再累计n个周期,如此循环。

这样时间一定的话,包含总的时钟周期的个数是不变的,但是里面的时钟信号的每个周期都是不一样的，如下图 2所示：

图2 时钟波形（图片来自网络,侵权删除）

参考芯片手册《IMX6ULLRM.pdf》， system PLL支持展频功能。用于最小化辐射发射的应用。system PLL输出时钟经过展频，使能量分布在更宽的带宽上，从而减少峰值辐射发射。展频由CCM_ANALOG_PLL_SYS_SS 寄存器配置，使能后，PLL2输出频率会按照STEP域定义的频点往下变化，直到STOP定义的频率，然后掉头升回到以前频率。如下图 3公式所示：

图3 芯片手册截图

IMX6ULL的参考时钟Fref=24MHz。最大的展频范围是24MHz。

 

 工作原理

ZTP800系列示教器(移动HMI) 为机器人人机交互而生，满足机器人在注塑行业、冲压行业、车床行业、搬运码垛、喷涂、玻璃机、压铸机、包装设备、3C设备、锂电池设备、纺织、流水线工作站、非标自动化装备等不同工艺应用场景下的人机交互需求。硬件参数如图 4所示：

图4 硬件参数

ZTP800系列示教器搭配M6Y2C核心板及8寸TFT大屏幕, 可实现丰富、清晰的人机交互窗口，提升产品档次，并方便实现机器人的手动操作、示教编程、运行等人机对话功能。
 

M6Y2C是一款工业控制核心板,采用NXP Cortex-A7 800MHz主频的处理器，以先进的电源管理架构带来更低功耗。标配8路UART、2路USB OTG、2路CAN-Bus、2路以太网等接口；标配128/256MB DDR3和128/256MB NAND Flash、硬件看门狗；通过严格EMC和高低温测试，确保核心板在严酷的环境下稳定工作。

ZTP800系列示教器在辐射骚扰测试中，有多个频点超标。经过亮屏与灭屏的对比测试，确定是LCD时钟引起的辐射超标，测试结果如图 5所示：

图5 超标频点

 

 技术实现

1. 固定LCDIF父时钟

展频只有528M_PLL能实现。因此，需要展频的设备时钟，需固定父时钟为528M_PLL。在arch/arm/mach-imx/clk-imx6ul.c文件中，添加父时钟定义语句，如下：
 

clk_set_parent(clks[IMX6UL_CLK_LCDIF_PRE_SEL], clks[IMX6UL_CLK_PLL2_BUS]);

2. 设定展频寄存器

设定调制频率（Modulation frequency）为60K。根据公式推算出 (ssc_stop/ssc_step)=24000K/(2*(60K))=200。在双变量的情况下，先约束其中一个，设置 ssc_step=6，那么ssc_stop=1200。设定展频范围（spectrum spread range）=24Mhz，那么(DENOM/ ssc_stop)=1 ，DENOM=1200。将上面计算出的值，代入图 6中的两个寄存器中。

图6 寄存器

两个寄存器的值可以转换成16进制。如下：
CCM_ANALOG_PLL_SYS_SS=0x4B08006
CCM_ANALOG_PLL_SYS_DENOM=0x4B0

 

 测试结果

展频前，LCD_CLK波形，如图 7所示：

图7 展频前

展频后，LCD_CLK波形，如图 8所示：

图8 展频后

辐射骚扰测试结果，之前超标的频点都降低了辐射值，结果通过。如图 9所示：

图9 辐射骚扰测试结果