CN101257305B

CN101257305B - 用于降低电磁干扰的方法及装置

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Publication number: CN101257305B
Application number: CN2007100849846A
Authority: CN
Inventors: 张健能
Original assignee: BenQ Corp
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2027-02-26
Also published as: CN101257305A

Abstract

本发明提供一种用于降低电磁干扰的装置，其中包含一接收模块、一第一比较模块以及一展频模块。该接收模块用于接收一第一信号与一第二信号。该第一信号具有一第一频率，该第二信号具有一第二频率。该第一比较模块用于比较该第一频率与该第二频率。该展频模块由该第一比较模块的一比较结果操控。如果该第一频率高于该第二频率，则该展频模块将该第一频率向上展频，并将该第二频率向下展频。

Description

用于降低电磁干扰的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种信号处理方法及信号处理装置，特别涉及一种用于降低电磁干扰的方法及装置。

背景技术

在现代的电子系统中，随着电路运作速度的增快，时钟信号所造成的高频电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)成为不可忽视的问题。另一方面，为了提升系统的工作频率及增加有效的工作时间，电路设计者通常希望时钟信号的上升时间愈短愈好。然而一信号的升缘(rising edge)愈陡，该信号中就包含愈多会造成电磁干扰的高次谐波成分。

目前被用于降低电磁干扰的方法有几种：将易受干扰的电路加以屏蔽、控制时钟信号的波形、控制时钟信号的升缘的斜率、错开各组信号的输出时间、以及展频技术。上述几种方案中以展频技术最有效、最易于实现，也最不会受到工艺变异的影响。

展频技术的概念是对时钟信号的频率做微量的调变，使经调变后的信号的能量平均分散到可控制的小范围内，以降低各谐波在频谱上相对应的能量峰值。由于每一个谐波的峰值都会受到衰减，展频技术可有效地降低时钟信号产生的电磁干扰。

现有的展频技术又可进一步被分为中央展频(center-spread)、向上展频(up-spread)以及向下展频(down-spread)。假设一时钟信号具有一中心频率F_C。若经过展频量为1％的中央展频，该时钟信号的频率会分布在F_C±0.005*F_C之间。易言之，该时钟信号的中心频率仍为F_C。若经过展频量为1％的向上展频，该时钟信号的频率则会分布在F_C与(F_C+0.01*F_C)之间。相对地，若经过展频量为1％的向下展频，该时钟信号的频率会分布在F_C与(F_C-0.01*F_C)之间。

集成电路芯片中通常会存在着多种不同频率的时钟信号。然而，现有技艺仅针对各个时钟信号分别进行展频，并未考虑展频之后该等时钟信号在频谱上相近的能量是否会彼此迭加。

请参阅图1(A)与图1(B)，此二图示出了一邻近频率的能量迭加的范例。在此范例中，一第一时钟信号的中心频率为F₁，一第二时钟信号的中心频率为F₂。如图1(A)所示，在展频之前，第二时钟信号即邻近于第一时钟信号。如图1(B)所示，经展频之后，F₁与F₂两个频率所对应的能量峰值皆较展频之前的峰值低。但是，由于F₁与F₂过于接近，这两个信号经展频后的能量会有一部分彼此重迭，反而造成重迭部分的能量大幅上升。

此外，现有技艺亦未考虑谐波的能量迭加的问题。举例来说，假设一第一时钟信号的中心频率为12MHz，一第二时钟信号的中心频率为20MHz。这两个频率的最小公倍频为60MHz。此最小公倍频为该第一时钟信号的第五谐波的频率，亦为该第二时钟信号的第三谐波的频率。一般而言，愈高次谐波的能量愈小。然而，第五谐波与第三谐波皆为低次谐波。因此，虽然该第一时钟信号并未与该第二时钟信号相邻，这两个信号经展频后的谐波的能量仍会彼此迭加，造成严重的电磁干扰。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于降低电磁干扰的方法及装置。根据本发明的方法及装置选择性地调整展频的方式，藉此避免邻近频率的能量迭加或谐波的能量迭加的问题。

根据本发明的一具体实施例为一种用于降低电磁干扰的信号处理方法。该方法首先接收一第一信号与一第二信号。该第一信号具有一第一频率，该第二信号具有一第二频率。接着，该方法比较该第一频率与该第二频率。如果该第一频率高于该第二频率，则该方法将该第一信号的该第一频率向上展频，以产生一第三信号，并且将该第二信号的该第二频率向下展频，以产生一第四信号。

根据本发明的另一具体实施例为一种用于降低电磁干扰的信号处理装置，其中包含一接收模块、一第一比较模块，以及一展频模块。该接收模块用于接收一第一信号与一第二信号。该第一信号具有一第一频率，该第二信号具有一第二频率。该第一比较模块用于比较该第一频率与该第二频率。该展频模块由该第一比较模块的一比较结果操控。如果该第一频率高于该第二频率，则该展频模块将该第一频率向上展频，并将该第二频率向下展频。

本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1(A)与图1(B)示出了一邻近频率的能量迭加的范例。

图2(A)示出了根据本发明的第一较佳具体实施例的信号处理方法的流程图。

图2(B)示出了根据本发明的第二较佳具体实施例的信号处理方法的流程图。

图2(C)示出了根据本发明的第三较佳具体实施例的信号处理方法的流程图。

图3(A)与图3(B)示出了一利用根据本发明的信号处理方法展频的范例。

图4(A)示出了根据本发明的第四较佳具体实施例的信号处理装置的方块图。

图4(B)示出了根据本发明的第五较佳具体实施例的信号处理装置的方块图。

图4(C)示出了根据本发明的第六较佳具体实施例的信号处理装置的方块图。

附图符号说明

S201-S208B：流程步骤

40：信号处理装置 41：接收模块

42：第一比较模块 43：展频模块

44：第一计算模块 45：第二比较模块

46：第二计算模块 47：第三比较模块

具体实施方式

根据本发明的第一具体实施例为一种用于降低一电子装置中的电磁干扰的信号处理方法。请参阅图2(A)，图2(A)示出了该方法的流程图。该方法首先执行步骤S201，接收一第一信号与一第二信号。该第一信号具有一第一频率，该第二信号具有一第二频率。接着，该方法执行步骤S202，比较该第一频率与该第二频率。如果该第一频率高于该第二频率，则该方法执行步骤S203，将该第一信号的该第一频率向上展频，以产生一第三信号，并且将该第二信号的该第二频率向下展频，以产生一第四信号。相对地，如果该第一频率低于该第二频率，则该方法执行步骤S204，将该第一频率向下展频，并将该第二频率向上展频，以产生该第四信号。在步骤S203或步骤S204之后，该方法执行步骤S205，输出该第三信号与该第四信号至该电子装置。

请参阅图3(A)与图3(B)，此二图示出了一利用上述方法展频的范例。图3(A)为该第一信号与该第二信号的频谱。如图3(A)所示，该第一频率(F₁)高于该第二频率(F₂)。因此，上述实施例中的方法是将该第一频率向上展频，并将该第二频率向下展频。图3(B)为该第三信号与该第四信号的频谱。如图3(B)所示，由于该第一频率与第二频率被展频的方向不同，第三信号与该第四信号的频谱不会彼此重迭。藉此，上述实施例中的方法可避免邻近频率的能量迭加的问题。

根据本发明的第二具体实施例亦为一种用于降低一电子装置中的电磁干扰的信号处理方法。请参阅图2(B)，图2(B)示出了该方法的流程图。此实施例与前述第一具体实施例的主要差别在于本方法进一步包含步骤S206A、S206B以及S207。

如图2(B)所示，步骤S206A-S206B是介于步骤S201与步骤S202之间。步骤S206A计算该第一频率与该第二频率间的一频率差。步骤S206B则判断该频率差是否小于一第一限制值。易言之，步骤S206B判断该第一信号与该第二信号是否彼此相邻。如果步骤S206B的判断结果为否，表示该第一信号与该第二信号应不致发生能量迭加的问题。因此，该方法接着执行步骤S207，直接输出该第一信号与该第二信号至该电子装置。相对地，如果步骤S206B的判断结果为是，该方法即继续执行步骤S202-S205。

举例来说，如果第一频率为42MHz、第二频率为43MHz，则该频率差为1MHz。假设在未采用根据本发明的方法前，该第一信号与该第二信号原本皆被施以中央展频，并且展频量为3％。经此中央展频后，该第一信号的频率是分布于41.37-42.63MHz，该第二信号的频率则是分布在42.36-43.65MHz。显然，这两个信号经展频后的能量会有一部分彼此重迭，反而造成重迭部分的能量大幅上升。根据上述的实施例，若该第一限制值为2MHz，则该第一信号须被向下展频，并且该第二信号须被向上展频。经向下展频后，该第一信号的频率将分布于40.74-42MHz，该第二信号的频率则将分布于43-44.29MHz。藉此，即可解决邻近频率的能量迭加的问题

根据本发明的第三具体实施例亦为一种用于降低一电子装置中的电磁干扰的信号处理方法。请参阅图2(C)，图2(C)示出了该方法的流程图。此实施例与前述第二具体实施例的主要差别在于本方法进一步包含步骤S208A和S208B。如图2(C)所示，步骤S208A-S208B介于步骤S201、S202与S206A之间。

步骤S208A根据该第一频率与该第二频率计算一最小公倍频。该最小公倍频为该第一频率的M倍频，并且为该第二频率的N倍频，其中，M与N为正整数。步骤S208B则是判断M与N是否皆小于一第二限制值。如先前所述，愈高次谐波的能量愈小。因此，两高次谐波的能量迭加造成的电磁干扰不大。如果步骤S208B的判断结果为否，表示该第一信号与该第二信号应不致发生谐波的能量迭加的问题。因此，如果步骤S208B的判断结果为否，该方法继续执行步骤S206A，进一步判断该第一信号与该第二信号是否具有邻近频率的能量迭加的问题。如果步骤S208B的判断结果为是，则该方法继续执行步骤S202-S205。将该第一信号与该第二信号分别向上/向下展频之后，这两个信号的各次谐波皆会被相对应地向上/向下展频。因此，将该第一信号与该第二信号分别向上/向下展频即可解决谐波的能量迭加的问题。

举例来说，如果第一频率为30MHz、第二频率为45MHz，则该最小公倍频为90MHz。此最小公倍频为该第一信号的第三谐波的频率，亦为该第二信号的第二谐波的频率。换句话说，在此范例中，M等于3，N等于2。根据上述的实施例，若该第二限制值为7，则该第一信号须被向下展频，并且该第二信号须被向上展频。

在实际应用中，将被输入该电子装置的时钟信号可能多于两个。假设除了第一信号与第二信号之外，具有一第五频率的一第五信号亦将被输入至该电子装置。根据本发明，若上述的该最小公倍频为该第五频率的P倍频，并且P为小于该第二限制值的一正整数，则本发明会将该第五信号的至少一升缘(rising edge)延迟。错开两信号的升缘亦可达到避免能量迭加的问题。

假设第一频率为30MHz、第二频率为45MHz，该第五频率为33MHz，并且该第二限制值为7。由于33MHz的2-7倍频皆非30MHz或45MHz的倍频，第五信号并不会与第一/第二信号发生谐波的能量迭加的问题。因此，根据本发明的方法仅需将该第一信号与该第二信号分别向上/向下展频，并直接将该第五信号中央展频即可。

根据本发明的第四具体实施例为一种用于降低电磁干扰的信号处理装置。请参阅图4(A)，图4(A)示出了该信号处理装置40的方块图。信号处理装置40包含一接收模块41、一第一比较模块42与一展频模块43。

接收模块41用于接收一第一信号与一第二信号。该第一信号具有一第一频率，该第二信号具有一第二频率。第一比较模块42则是用于比较该第一频率与该第二频率。展频模块43是由第一比较模块42的一比较结果操控。如果该第一频率高于该第二频率，则展频模块43将该第一信号的该第一频率向上展频，以产生一第三信号，并且将该第二信号的该第二频率向下展频，以产生一第四信号。相对地，如果该第一频率低于该第二频率，则展频模块43将该第一信号的该第一频率向下展频，以产生该第三信号，并且将该第二信号的该第二频率向上展频，以产生该第四信号。

根据本发明的第五具体实施例亦为一种用于降低电磁干扰的信号处理装置。如图4(B)所示，在此实施例中，信号处理装置40进一步包含一第一计算模块44和一第二比较模块45。第一计算模块44用于计算该第一频率与该第二频率间的一频率差。第二比较模块45则用于比较该频率差与一第一限制值。如果该频率差小于该第一限制值，则第二比较模块45操控第一比较模块42比较该第一频率与该第二频率。

根据本发明的第六具体实施例亦为一种用于降低电磁干扰的信号处理装置。相较于上述的第五具体实施例，如图4(C)所示，此实施例进一步包含一第二计算模块46和一第三比较模块47。第二计算模块46用于根据该第一频率与该第二频率计算一最小公倍频。该最小公倍频为该第一频率的M倍频，并且为该第二频率的N倍频，其中M与N为正整数。第三比较模块47则用于比较M、N与一第二限制值。如果M与N皆小于一第二限制值，则第三比较模块47操控第一比较模块42比较该第一频率与该第二频率。

如上所述，由于根据本发明的方法及装置是选择性地调整展频的方式，因此可避免邻近频率的能量迭加或谐波的能量迭加的问题。

藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排在本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims

1.一种用于降低一电子装置中的电磁干扰的方法，包含：

(a)接收一第一信号与一第二信号，该第一信号具有一第一频率，该第二信号具有一第二频率；

(b)比较该第一频率与该第二频率；

(c)如果该第一频率高于该第二频率，则将该第一信号的该第一频率向上展频，以产生一第三信号，并且将该第二信号的该第二频率向下展频，以产生一第四信号；以及

(d)输出该第三信号与该第四信号至该电子装置，

(e)如果该第一频率低于该第二频率，则将该第一信号的该第一频率向下展频，以产生该第三信号，并且将该第二信号的该第二频率向上展频，以产生该第四信号。

2.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包含：

(f1)在步骤(b)之前，计算该第一频率与该第二频率间的一频率差；以及

(f2)如果该频率差小于一第一限制值，则执行步骤(b)。

3.如权利要求2所述的方法，其中，该第一频率与该第二频率分别为F₁和F₂，该第一限制值为(0.5*F₁*S₁+0.5*F₂*S₂)，S₁代表该第一信号的一第一展频量，S₂代表该第二信号的一第二展频量。

4.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包含：

(g1)在步骤(b)之前，根据该第一频率与该第二频率计算一最小公倍频，该最小公倍频为该第一频率的第M次谐波，并且为该第二频率的第N次谐波，其中，M与N为正整数；以及

(g2)如果M与N皆小于一第二限制值，则执行步骤(b)。

5.如权利要求4所述的方法，该方法进一步包含：

(g3)如果M与N皆大于或等于该第二限制值，则计算该第一频率与该第二频率间的一频率差；以及

(g4)如果该频率差小于一第一限制值，则执行步骤(b)。

6.如权利要求4所述的方法，其中，一第五信号具有一第五频率，该最小公倍频为该第五频率的第P次谐波，P为小于该第二限制值的一正整数，并且在步骤(g2)中，该第五信号的至少一升缘被延迟。

7.一种用于降低电磁干扰的装置，包含：

一接收模块，用于接收一第一信号与一第二信号，该第一信号具有一第一频率，该第二信号具有一第二频率；

一第一比较模块，用于比较该第一频率与该第二频率；以及

一展频模块，该展频模块由该第一比较模块的一比较结果操控，如果该第一频率高于该第二频率，则该展频模块将该第一信号的该第一频率向上展频，以产生一第三信号，并且将该第二信号的该第二频率向下展频，以产生一第四信号，如果该第一频率低于该第二频率，则该展频模块将该第一信号的该第一频率向下展频，以产生该第三信号，并且将该第二信号的该第二频率向上展频，以产生该第四信号。

8.如权利要求7所述的装置，该装置进一步包含：

一第一计算模块，用于计算该第一频率与该第二频率间的一频率差；以及

一第二比较模块，用于比较该频率差与一第一限制值，如果该频率差小于该第一限制值，则第二比较模块操控该第一比较模块比较该第一频率与该第二频率。

9.如权利要求8所述的装置，其中，该第一频率与该第二频率分别为F₁和F₂，该第一限制值为(0.5*F₁*S₁+0.5*F₂*S₂)，S₁代表该第一信号的一第一展频量，S₂代表该第二信号的一第二展频量。

10.如权利要求7所述的装置，该装置进一步包含：

一第二计算模块，用于根据该第一频率与该第二频率计算一最小公倍频，该最小公倍频为该第一频率的第M次谐波，并且为该第二频率的第N次谐波，其中，M与N为正整数；以及

一第三比较模块，用于比较M、N与一第二限制值，如果M与N皆小于一第二限制值，则该第三比较模块操控该第一比较模块比较该第一频率与该第二频率。

11.如权利要求10所述的装置，该装置进一步包含：

一第一计算模块，如果M与N皆大于或等于该第二限制值，则该第一计算模块计算该第一频率与该第二频率间的一频率差；以及

一第二比较模块，用于比较该频率差与一第一限制值，如果该频率差小于该第一限制值，则该第二比较模块操控该第一比较模块比较该第一频率与该第二频率。

12.如权利要求10所述的装置，其中一第五信号具有一第五频率，该最小公倍频为该第五频率的第P次谐波，P为小于该第二限制值的一正整数，并且该展频模块将该第五信号的至少一升缘延迟。