昨天發(fā)了一篇TI的技術(shù)文章，里面提到了一個(gè)比較有意思的電路，就是用多路PWM并聯(lián)來提高PWM-DAC的輸出精度。比如組合兩路8bit的PWM來組合為16bit的PWM-DAC。

理論

那么先解釋一下PWM的精度問題(因?yàn)?PWM的占空比精度直接關(guān)聯(lián)到PWM做DAC應(yīng)用時(shí)的DAC精度 )。

舉一個(gè)例子：如果 要產(chǎn)生10kHz的PWM波形 ，而分別提供50Mhz的時(shí)鐘和10Mhz 的PWM外設(shè)時(shí)鐘，那么毋庸置疑的是均可以產(chǎn)生10Khz的波形。

但是如果要調(diào)整這個(gè)波形的占空比，從0%到100%，那么在PWM時(shí)鐘為50Mhz的時(shí)候，可以調(diào)整出5000步，而在時(shí)鐘為10Mhz的情況下，只能調(diào)整出1000步。

那么如果在上述的例子中， 時(shí)鐘為10Mhz的情況下，如果想要保持分辨率為5000，那么就要改變PWM的頻率，把頻率降低為2Khz就可以滿足5000的分辨率。 然而在降低PWM頻率的時(shí)候會(huì)隨之帶來另一個(gè)問題，那么就是轉(zhuǎn)化出的 DAC的紋波變大了(因?yàn)?a href="http://www.asorrir.com/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器參數(shù)沒變，PWM的頻率降低后， 濾波器對(duì)PWM的高次諧波的衰減變?nèi)趿?)。那么 為了維持轉(zhuǎn)化后DAC的紋波，就要調(diào)低濾波器的截止頻率。如下圖所示，濾波器和PWM的傅里葉變換后高次諧波的關(guān)系。

但是由RC濾波器的公式

可知，如若降低濾波器的截止頻率fc的話，有兩種選擇，要么增加電阻阻值，要么增加電容容值。然而這兩項(xiàng)無一例外的都會(huì)增加這個(gè)PWM轉(zhuǎn)DAC的建立時(shí)間(建立時(shí)間和RC常數(shù)相關(guān)) 。

那么有什么方法可以在保持時(shí)鐘和頻率以及建立時(shí)間都不改變的情況下來提高PWM-DAC的分辨率呢?此時(shí)就可以使用多個(gè)PWM疊加，這種方法來提高轉(zhuǎn)化DAC分辨率的電路 ，簡(jiǎn)圖如下：

仿真

首先使用 信號(hào)發(fā)生器輸出PWM頻率為100Khz ，假定PWM 分辨率為10 (即PWM占空比的 調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為10%)那么如果只用一路PWM轉(zhuǎn)DAC的話，輸出DAC的電壓只能是0.1VCC，0.2VCC，0.3*VCC一直到VCC，DAC輸出也是10%步進(jìn)，和PWM的精度(10%步進(jìn))是完全一致的。 例如下圖仿真，幅值為 10V的占空比為40%的PWM信號(hào)經(jīng)過濾波器后輸出的電壓為4V 。這個(gè)10V幅值PWM 步進(jìn)10%的話，這個(gè)電路的輸出電壓只能是隨著占空比的10%步進(jìn)而輸出0V，1V，2V，3V，4V.....10V(1V精度 ) 。

那么假如此時(shí)按照TI的思路， 再并聯(lián)一路PWM過去會(huì)如何呢? 此時(shí)綠色信號(hào)發(fā)生器XFG1的輸出PWM1便可以代表 DAC的低位(即TI技術(shù)文檔中的PWML信號(hào))，藍(lán)色信號(hào)發(fā)生器XFG2的輸出PWM2便 代表DAC的高位(即TI技術(shù)文檔中的PWMH信號(hào))，那么整個(gè)電路便可以輸出0-10V(1%步進(jìn)，0.1V精度 ) ，輸出電壓公式可以列為：VXFG20.9+VXFG10.1 (可以用疊加定理求取)。下圖仿真的電壓為：

10V*40%0.9+10V10%*0.1=3.7V

便以此實(shí)現(xiàn)了1%的步進(jìn)精度，提高了DAC的輸出。