Spread-Spectrum Frequency Modulation
Несколько лет назад, когда я еще работал под руководством своего наставника, была задача управлять двумя параллельными DC-DC конверторами.
Это были мощные, изолированные конверторы, чьи входы стояли в параллель, а выходы - последовательно.
Этим конверторам нужен был внешний клок для работы, а чтоб они не вступили в резонанс на одинаковой частоте, решили поставить специальную микросхему, которая может генерировать два сигнала с одной и той же частотой, но в противофазе.
Помимо всего прочего, в этой микросхемы была такая функция как Spread Spectrum Modulation.
Как я ни пытался вчитаться в даташит, понять что это такое так и не удалось. Какие-то распространяющиеся модуляции, pseudorandom noise, формулы какие-то, снижение ЭМИ, что черт возьми происходит? Решил, что лучше всего один раз увидеть, чем сто раз прочитать, поставил перемычки для выбора разных режимов и при дебаге уже тыкнулся осциллографом.
И вот, когда включатся этот SSFM mode, частота сигнала начинает внезапно туда-сюда скакать. Какой-то очень сильный джиттер. "Ну нахер" - подумал я, отключил, убедился что и без этого норм работает и забыл.
Недавно в замечательном канале о ЭМС/ЭМИ вышел видос как раз про этот spread spectrum, после которого я вдруг сразу всё понял!
Представьте, что вы тестируете своё устройство на ЭМИ и вам надо, чтоб излучение девайса не превышало уровня красной линии с картинки ниже.
Но вот незадача, на какой-то частоте или частотах, вы превышаете этот допустимый лимит. Эти пики - это мощность электромагнитного излучения на определенной частоте. Уровень этих пиков по большей части зависит от частоты, а концентрируются они на как раз на гармониках рабочей частоты. И если их снизить не получается, то на помощь может придти Spread Spectrum Modulation!
Как я писал выше, при включении этой функции, частота начинает скакать туда-сюда. На самом деле она скачет в пределах 10% от основной рабочей частоты.
Т.е. если вы работаете на 100кГц, то "размытие" будет от 90кГц до 110кГц.
За счет такого хождения рабочей частоты туда-сюда, вся энергия, которая раньше вкладывалась в излучение на 100кГц начинает вкладываться в частоты от 90кГц до 110кГц. И поскольку закон сохранения энергии никто не отменял, то вся та же самая энергия сконцентрирована не на 100кГц, а "размазана" по всему диапазону от 90кГц до 110кГц.
Да, становится больше излучения на соседних частотах, но интенсивность проблемных пиков сглаживается, а значит вы проходите ЭМИ тесты и сертифицируете свой продукт.
Если честно, то мне трудно сказать, как такая прыгающая частота сказывается на работе девайса, который от нее клокается. Если вы знаете, то обязательно напишите в коммента.
Но по крайней мере проблему с ЭМИ это может решить.
Источники
[1] Demystifying Spread Spectrum: Is It a Cheat? How It Improves Power Supply Designs for EMC and EMI
[2] The How and Why of Spread-Spectrum Digital Signals
[3] Webinar EMC Insights and Solutions: Key Spread Spectrum Techniques to Reduce EMI