PWM DAC以其一貫的簡(jiǎn)易性而在設(shè)計(jì)師的心目中占有一席之地,但響應(yīng)時(shí)間慢和PWM紋波問(wèn)題卻限制了其使用價(jià)值和設(shè)計(jì)潛能。抑制PWM紋波的常用方法是使用RC低通濾波器,但它永遠(yuǎn)無(wú)法完全消除紋波,并且會(huì)使輸出穩(wěn)定時(shí)間極其緩慢。
利用PWM紋波固有的周期性特性,它在VC1 波形的任何同步選擇點(diǎn)處都具有完全相同的電壓,因此,如果VC1 被同步采樣,比如通過(guò)圖1的模擬開(kāi)關(guān)S1和傳輸電容C2,然后保持(也就是采樣-保持),即可通過(guò)C3產(chǎn)生輸出電壓Vout,那么無(wú)論VC1的AC分量有多大,其結(jié)果都將是平滑的無(wú)紋波Vout。
此外,由于同步采樣消除了紋波,與RC1時(shí)間常數(shù)的長(zhǎng)短無(wú)關(guān),所以RC1可以非常短。這可以顯著降低穩(wěn)定時(shí)間,其中 RC1 =100 μs = Tc = PWM周期,不到15?Tc = 1.5 ms即可達(dá)到穩(wěn)定(8位精度)。但是,就像所有的好東西一樣,我們知道它也必然有一定的局限。因此,現(xiàn)在問(wèn)題就變成:RC1能夠在多短的時(shí)間內(nèi)與適當(dāng)?shù)腄AC功能保持一致,以及有哪些設(shè)計(jì)因素導(dǎo)致了其局限性?
仔細(xì)觀察VC1波形可以得出答案:Vout是采樣的電壓,它不是通過(guò)VC1的平均值、而是通過(guò)紋波最大值計(jì)算得出。因此:我們用DAC Vout函數(shù)對(duì)非線性部分求和,使得DAC傳遞函數(shù)也呈非線性,從而導(dǎo)致積分非線性(INL)誤差,對(duì)于圖2中示例電路的常數(shù),誤差可能達(dá)到滿量程的8.3%。對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō),這么大的INL誤差是不可接受的。幸運(yùn)的是,有一個(gè)簡(jiǎn)單的(軟件)修復(fù):對(duì)DAC設(shè)置進(jìn)行數(shù)字預(yù)加重。
如果我們更改Tp:那么,Vripple 項(xiàng)將從Vout中消失,8位INL即可恢復(fù)。
值得一提的是,可選的Vs和S2通過(guò)精確的基準(zhǔn)參考 (Vs)產(chǎn)生RC1輸入波形,從而避免了在Vout電壓上疊加邏輯電源的噪聲和惡意調(diào)制(疊加到PWM邏輯信號(hào)上)。當(dāng)然,如果你的應(yīng)用對(duì)精度要求不高,也可以省略這些。讓R直接與PWM信號(hào)相連即可。
正如我一開(kāi)始所說(shuō)的,一貫的簡(jiǎn)易性是PWM DAC的主要魅力之一!
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原文標(biāo)題:快速PWM DAC沒(méi)有紋波
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