Auswertung der PRFMFD-Performance
Der PRFMFD-Schaltkreis wurde mit 63 Logikgattern eines Cyclone II 2C20 FPGAs von Altera implementiert. Das sind gerade einmal 0,3% der verfügbaren Ressourcen. Ein einzelner Pin stellt den Streuspektrum-Ausgang dar. Zu Testzwecken wird ein festverdrahteter Kippschalter verwendet, um den Ausgang zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Der Streuspekt-rum-Ausgang des FPGA wird an zwei verschiedene Automotive-Buck-Schaltnetzteil-ICs von ON Semiconductor angelegt: den NCV8851-1, einen synchronen 0,5MHz-Controller und den NCV890201, einen nicht synchronen 2MHz-NMOS-Wandler. Zwei verschiedene Nennfrequenzen und Bandbreiten werden verwendet, abhängig vom SYNC-Frequenzbereich des Netzteil-ICs: 32 Frequenzen zwischen 219 und 481kHz oder vier verschiedene Frequenzen zwischen 1,92 und 2,5MHz. Aus den Bildern 4 und 5 geht hervor, dass die Leistungsfähigkeit über das gesamte Spekt-rum schwankt. Die Ergebnisse lassen sich jedoch zusammenfassen. Die pseudo-zufällige Modulation des NCV8851-1 sorgt für eine Verbesserung von 10dB/µV beim 170kHz-Grundsignal und von etwa 5dB/µV über das Spektrum. Die pseudo-zufällige Modulation des NCV890201 erzielt eine Verbesserung um 8dB/µV beim 2MHz-Grundsignal und um 10 bis 18dB/µV über das Spektrum. Die Differenz zwischen der unteren und oberen Grenze der Spitze-Spitze-Ausgangsspannung, die in verschiedenen Experimenten gemessen wurde, beträgt nur 240mV. Die Worst-Case-Restwelligkeit beträgt 800mV. Im Vergleich zu einer Worst-Case Spitze-Spitze-Ausgangsspannung beim Festfrequenzbetrieb ergeben sich 720mV. Dies zeigt, dass kein wesentlicher Anstieg bei der Welligkeit im pseudo-zufälligen Streuspektrum-Betrieb stattfindet.
Fazit
Pseudo-zufällige Streuspektrum-Modulation in Automotive-Cockpit-Anwendungen lässt sich in vorhandene, übrige FPGA-Systemressourcen implementieren – zusammen mit Schaltnetzteil-ICs wie ON Semiconductors NCV8851-1 und NCV890201. Die Lösung benötigt nur minimale FPGA-Systemressourcen und I/O und kann Spektralemissionen erheblich reduzieren, ohne dabei die Welligkeit der Ausgangsspannung zu erhöhen.
