用模擬減法消除PWM DAC紋波
發(fā)布時(shí)間:2018-03-19 來源:Stephen Woodward 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】每個(gè)PWM DAC設(shè)計(jì)都需要模擬濾波,以便將需要的直流分量(與 PWM占空比成正比)與不需要的交流紋波分開。選擇足夠大的RC乘積可以實(shí)現(xiàn)任何期望的紋波衰減,但是穩(wěn)定時(shí)間會(huì)受到影響。對(duì)許多應(yīng)用而言,需在電路復(fù)雜度與PWM DAC性能之間進(jìn)行合理折衷。
每個(gè)PWM DAC設(shè)計(jì)都需要模擬濾波,以將需要的直流分量(與PWM占空比成比例)與不需要的交流紋波分開。最簡(jiǎn)單的方法是采用基本的RC低通濾波器,它給出峰峰值紋波幅度(這是針對(duì)50%PWM占空比的最壞情況,其中TPWM=PWM周期時(shí)間,并假設(shè)RC>TPWM):
顯而易見的設(shè)計(jì)取舍是:雖然選擇足夠大的RC乘積可以實(shí)現(xiàn)任何期望的紋波衰減度,但是穩(wěn)定時(shí)間將相應(yīng)地受到影響。例如,如果我們(相當(dāng)邏輯地)選擇穩(wěn)定帶等于紋波幅度這樣一種定義,則:
這種關(guān)系的結(jié)果可以用8位的例子來說明:
這里,即使有相當(dāng)快的32kHz(31µs TPWM),穩(wěn)定時(shí)間仍然是相當(dāng)冗長(zhǎng)的11ms。
顯然,如果穩(wěn)定時(shí)間是個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù),我們就需要做得更好,并找到一個(gè)不會(huì)過于簡(jiǎn)單的濾波方案。我以前寫的一篇設(shè)計(jì)實(shí)例“快速穩(wěn)定的同步PWM-DAC濾波器幾乎沒有紋波”說明了沿這個(gè)思路的極大可能性。
但并不是每個(gè)應(yīng)用都不能容忍冗長(zhǎng)的355TPWM穩(wěn)定時(shí)間或可證明確實(shí)需要這樣一種復(fù)雜的濾波方案。本設(shè)計(jì)實(shí)例解決了這些常見的應(yīng)用問題。如圖1所示,它通過一個(gè)反相器、R2和C2對(duì)基本的R1/C1低通濾波器進(jìn)行了增強(qiáng);反相器、R2和C2一道從所需的直流信號(hào)中抵沖并減去(大部分)不需要的交流分量,從而得到一個(gè)相對(duì)干凈的模擬信號(hào)輸出,其穩(wěn)定時(shí)間比簡(jiǎn)單的RC濾波器短得多。
圖1:PWM DAC紋波消除器的波形和原理圖。
但是,“相對(duì)干凈”是多干凈?“快得多”又是多快?設(shè)置R2=R1和C2=C1,則新電路的紋波和穩(wěn)定時(shí)間值為:
再次參考8位的例子(見圖1):
采用32kHz的周期,速度提高了16倍,紋波-幅度比成倍提高!
對(duì)許多應(yīng)用而言,這是在電路復(fù)雜性的適度增加和PWM DAC性能的顯著提高之間非常有價(jià)值的折衷。
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
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