控制文章是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中的PWM輸出電壓電壓是通過一種簡單、簡單、易組合的方式組成的。大多數(shù)MCU不帶DAC，FPGA輸出方式更能通過使用一個(gè)內(nèi)部管腳通過PWM方式用于外圍的低通濾波器重構(gòu)DAC。由于組合方式不同，PWM的頻率和頻率的平衡關(guān)系，以及RC，RC輸出信號(hào)中選擇不同的不同，如何用最少的資源最大程度地抑制輸出信號(hào)中的紋波？

這篇文章介紹了一種方法。

譯文如下：

PWM DAC的紋波抑制電路。

如果我們正在使用模擬信號(hào)，如果我們正在使用雙極性信號(hào)，我們將需要一個(gè)模擬電平來設(shè)置偏移量，或者我們可能需要一個(gè)模擬電平來設(shè)置閾值，這是很常見的。在這些情況下，理論表明我們將需要一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器或 DAC。DAC 是集成電路，可根據(jù)我們從 FPGA 或 DSP 等數(shù)字 IC 發(fā)送的數(shù)字值輸出模擬電壓。市場(chǎng)上有很多類型的 DAC，根據(jù)我們需要的速度，或者模擬值所需的精度，我們會(huì)選擇適合我們所有要求的正確 DAC。

如果我們可以獲得的模擬信號(hào)是低頻信號(hào)或直流信號(hào)，我們可以使用的最便宜的方法來自通信領(lǐng)域，并且基于調(diào)制信號(hào)以便從數(shù)字信號(hào)中獲得， 一個(gè)模擬信號(hào)。我們將使用的調(diào)制稱為脈沖寬度調(diào)制 （PWM）。

當(dāng)我們調(diào)制信號(hào)時(shí)，我們會(huì)在原始信號(hào)中添加大量諧波。在下一個(gè)頻譜中，我們可以看到使用 PWM 調(diào)制 50Hz 信號(hào)和 2000Hz 方波信號(hào)時(shí)的諧波。

為了獲得FPGA產(chǎn)生的PWM信號(hào)的直流電平，我們通常會(huì)使用一個(gè)RC濾波電路。該電路僅由兩個(gè)組件構(gòu)成，一個(gè)電阻器和一個(gè)電容器。該電路是一階濾波器，因此我們知道，衰減僅為 20dB/dec。在PWM頻率遠(yuǎn)高于截止頻率的情況下，PWM產(chǎn)生的所有諧波都會(huì)被衰減，只剩下低頻信號(hào)，顯然是直流電平。如果 PWM 信號(hào)的頻率接近濾波器的截止頻率，PWM 的諧波將通過濾波器到達(dá)輸出端，在輸出信號(hào)中產(chǎn)生紋波。隨著 PWM 信號(hào)的頻率相對(duì)于截止頻率增加，紋波的峰峰值比將降低。

在這一點(diǎn)上，解決方案很簡單，我們只有兩種不同的解決方案。第一個(gè)是將 PWM 頻率提高到濾波器的截止頻率以上數(shù)十倍，但這還有另一個(gè)問題，即分辨率。我將在下圖中向您展示。

如果我們希望有n位的分辨率，斜坡的計(jì)數(shù)的總量用來產(chǎn)生PWM信號(hào)將至少有2 ^ n個(gè)點(diǎn)。有了這些數(shù)據(jù)，我們可以得到PWM frecuency為2 ^ N時(shí)的時(shí)鐘的周期用于產(chǎn)生斜坡。如果我們需要增加PWM信號(hào)的周期，我們有兩個(gè)選擇，第一個(gè)，提高時(shí)鐘頻率，這是不可能在許多情況下，因?yàn)闀r(shí)鐘將是所有區(qū)域相同的情況下，我們使用的是FPGA，以及第二個(gè)，減少計(jì)數(shù)的，該斜坡具有以完成其對(duì)應(yīng)與分辨率的損失量。

由于在許多情況下增加 PWM 頻率似乎不是一個(gè)好的選擇，為了提高產(chǎn)生的直流信號(hào)的質(zhì)量，我們可以設(shè)計(jì) RC 濾波器，以盡可能多地降低截止頻率，確保感興趣的頻帶沒有衰減。這個(gè)選項(xiàng)在很多情況下會(huì)很有趣，但是會(huì)降低濾波器的截止頻率，也會(huì)增加建立時(shí)間，而且這個(gè)障礙會(huì)導(dǎo)致我們正在生成的偏移量的變化會(huì)延遲，所以信號(hào)可以是剪輯。

為了克服這些限制，EDN 網(wǎng)頁發(fā)布了一個(gè)非常有趣的解決方案。該解決方案基于添加與原始信號(hào)相反的第二個(gè) PWM 信號(hào)，并將該信號(hào)通過高通濾波器。然后，將添加新信號(hào)和原始信號(hào)并使用低通濾波器進(jìn)行濾波。想法是將紋波的倒數(shù)添加到濾波后的信號(hào)中，以減少輸出信號(hào)中的紋波。

為了測(cè)試這個(gè)解決方案，我設(shè)計(jì)了一個(gè)產(chǎn)生 2 kHz PWM 信號(hào)的 PWM 模塊。在頂部模塊中連接了 2 個(gè)不同的 PWM 信號(hào)，一個(gè)是模塊的輸出信號(hào)，另一個(gè)是取反。使用雙輸出，如果可以的話，我們可以節(jié)省逆變器。在我們無法將 PWM 輸出加倍的情況下，我們可以使用非門，或者在普通發(fā)射極模式下使用 BJT 晶體管來否定輸出。

在第一個(gè)測(cè)試中，RC 濾波器配置為 835 Hz 的截止頻率。藍(lán)色信號(hào)是僅使用低通濾波器過濾的 PWM。藍(lán)色信號(hào)是同時(shí)連接高通濾波器時(shí)的輸出。高通濾波器的值設(shè)計(jì)為低通的一半頻率，即 417 Hz。我們可以看到紋波的幅度顯著降低。

在第二個(gè)測(cè)試中，我更改了 RC 濾波器的值，將截止頻率配置為 417Hz，與高通濾波器的頻率相同。在這種情況下，我們可以看到，當(dāng)我們只使用低通濾波器時(shí)，紋波會(huì)減少，這是我們必須預(yù)料到的，因?yàn)槲覀儠?huì)更努力地衰減高頻諧波。當(dāng)連接高通支路時(shí)，我們可以看到紋波是如何減少的。這是我得到的最好的案例。

如果我將高通濾波器的頻率設(shè)置為高于低通，則高通支路連接時(shí)的紋波會(huì)顯著增加，因此電路無法正常工作。

關(guān)于建立時(shí)間，在下圖中，我比較了添加紋波抑制分支的 417Hz 配置和不使用紋波抑制的 208Hz 配置的輸出。我們可以看到，通過使用該解決方案，我們可以實(shí)現(xiàn)具有較小紋波幅度的快速響應(yīng)。

添加到電路中的組件以及 BOM 成本的增加使得這種方法對(duì)于我們必須生成直流信號(hào)的許多項(xiàng)目非常有趣。此外，如果我們使用可以產(chǎn)生 PWM 信號(hào)并將其取反的設(shè)備，我們可以節(jié)省逆變器，因此多使用 2 個(gè)組件，結(jié)果是值得的。但這種方法有其局限性。生成直流信號(hào)效果很好，在某些情況下，我們需要突然改變，我們不能允許大的延遲，但如果我們需要的信號(hào)是正弦信號(hào)，我的選擇將始終是 DAC，甚至是便宜的一。與往常一樣，我向您展示了一個(gè)工具，作為工程師的您必須決定該工具在哪里有用。