随着电子技术朝着高功率密度、高频率、小型化方向发展,功率IC的电磁干扰问题(electromagnetic interference,简称EMI)日益显著。如何提高集成电路的电磁兼容性是当今的研究重点之一。扩频电路是抑制电路EMI的一种有效方式。扩频电路降EMI的基本思想是通过频率调制,把集中在开关频率及谐波频率上的能量分散到周围频段,由此降低电路辐射EMI峰值。本文提出数字电流扩频概念,将其分为周期函数调制数字电流(Periodic Carrier Frequency Modulation Digital Current,简称PDC)扩频模式和随机函数调制数字电流(Random Carrier Frequency Modulation Digital Current,简称RDC)扩频模式进行讨论,进而提出并且分析了这两种扩频电路的模型和其MOSFET级电路,将这两种数字电流扩频电路分别应用于开关电源控制芯片和D类音频放大器,所提数字电流扩频电路相比其它扩频电路,具有结构简单,尺寸小,功耗低,鲁棒性好等优点。本文主要创新工作包括:1)提出PDC扩频电路模型。PDC扩频电路通过周期性改变状态机输出,使电流相应离散变化,从而改变振荡器输出频率实现扩频。本模型中,电路由可变电流产生器、状态机和振荡器组成。同时,还研究了PDC扩频技术中所用的调制波形、调制系数、调制波频率、平均占空比等参数的选择对降低电路传导EMI的影响。调制系数的大小与状态机级数直接相关,状态机级数越多,调制系数越大,扩频效果越好。2)根据所提PDC扩频电路模型,设计PDC扩频MOSFET级电路。将PDC扩频电路应用于开关电源控制芯片,验证所提PDC扩频模型与电路的正确性,测试结果表明所提PDC扩频电路相比其它扩频电路,具有小面积,低功耗等优势。3)提出RDC扩频电路模型。RDC扩频电路通过随机改变状态机输出,使电流离散变化,从而改变振荡器输出频率以达到扩频目的。本模型中,电路由可变电流产生器、随机信号产生器和振荡器组成。推导出RDC扩频模式下开关电压功率谱的表达式,引入随机度的概念。开关电压功率谱的幅值大小不仅与随机度大小有关还与占空比D的大小相关。占空比为0.5时,开关电压功率谱峰值最高。4)根据所提RDC扩频电路模型,设计RDC扩频MOSFET级电路。将RDC扩频电路应用于D类音频放大器,测试结果表明所提RDC扩频电路相比其它扩频电路,具有小面积,低功耗等优势,验证了所提RDC扩频电路的正确性。RDC扩频电路中随机信号产生器由D触发器连接成m序列构成。
