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扩频时钟(SSC)简介

已有 6842 次阅读| 2012-9-15 16:42 |个人分类:电子设计备忘录

SSC是英文Spread Spectrum Clocking的缩写，中文意思为“扩频时钟”，当下的绝大多数高速芯片，如PCIE、SATA、SAS、USB3.0等都支持SSC功能。那么SSC究竟是干什么的呢？

SSC的主要目的是减小EMI辐射。EMI一直是高速系统设计的难点，在传统设计中，主要通过滤波、接地、屏蔽等方法来减小EMI辐射，这些方法都是通过改变/切断EMI辐射路径来达到减小EMI辐射的目的，往往设计成本比较高，另外还有一种更好的治本方法，那就是在EMI源头上做文章，减小EMI的产生，SSC技术就是其中一种。学过信号与系统课程的同学都知道，对于固定频率的时钟，所有能量都集中在其基频上，其频谱很窄，但幅度很高，对外辐射能量很大，而对于频率变化的时钟，其能量会分散在一定频率范围上。

如上图所示，SSC时钟频谱平均分布在一定范围内，幅度很小，不会产生太大的EMI辐射。

一般用扩展率δ来衡量时钟扩展的深度，假设扩展前时钟频率为fc，频率扩展范围为Δf，则有：

向下方向扩频率：δ = -Δf /fc *100%

     中心方向扩频率：δ = ±1/2Δf/fc *100%
     向**向扩频率：δ = Δf/fc*100%
     扩频率不能太小，也不能太大，太小了达不到预期效果，太大了不能满足总线的时序要求，引起系统误码，大多数高速芯片的SSC扩频率在0.5%左右。

扩频的方法如下：假设有某时钟Y(t) = Asin2πfct，用w(t)波形来对基频时钟进行扩频，则扩频后的时钟Y’(t) = Asin2π(fc+w(t))t，未经扩频的时钟频谱是位于fc的一条谱线，幅度为:A²/2，由于该频谱只是一条谱线，其幅度与频谱带宽B无关。但是，扩频时钟的频谱幅度取决其带宽B。由于扩频时钟的功率在Δf频带内分布相当均匀，其幅度为:A²B/(2Δf)，这样，我们可以得到EMI抑制率S为： S = 10log((A²/2)/( A²B/(2Δf))) = 10log(Δf/B)，单位为dB。