PWM DAC以其一贯的简易性而在设计师的心目中占有一席之地,但响应时间慢和PWM纹波问题却限制了其使用价值和设计潜能。抑制PWM纹波的常用方法是使用RC低通滤波器,但它永远无法完全消除纹波,并且会使输出稳定时间极其缓慢。
利用PWM纹波固有的周期性特性,它在VC1 波形的任何同步选择点处都具有完全相同的电压,因此,如果VC1 被同步采样,比如通过图1的模拟开关S1和传输电容C2,然后保持(也就是采样-保持),即可通过C3产生输出电压Vout,那么无论VC1的AC分量有多大,其结果都将是平滑的无纹波Vout。
此外,由于同步采样消除了纹波,与RC1时间常数的长短无关,所以RC1可以非常短。这可以显著降低稳定时间,其中 RC1 =100 µs = Tc = PWM周期,不到15•Tc = 1.5 ms即可达到稳定(8位精度)。但是,就像所有的好东西一样,我们知道它也必然有一定的局限。因此,现在问题就变成:RC1能够在多短的时间内与适当的DAC功能保持一致,以及有哪些设计因素导致了其局限性?
仔细观察VC1波形可以得出答案:Vout是采样的电压,它不是通过VC1的平均值、而是通过纹波最大值计算得出。因此:我们用DAC Vout函数对非线性部分求和,使得DAC传递函数也呈非线性,从而导致积分非线性(INL)误差,对于图2中示例电路的常数,误差可能达到满量程的8.3%。对于许多应用来说,这么大的INL误差是不可接受的。幸运的是,有一个简单的(软件)修复:对DAC设置进行数字预加重。
如果我们更改Tp:那么,Vripple 项将从Vout中消失,8位INL即可恢复。
值得一提的是,可选的Vs和S2通过精确的基准参考 (Vs)产生RC1输入波形,从而避免了在Vout电压上叠加逻辑电源的噪声和恶意调制(叠加到PWM逻辑信号上)。当然,如果你的应用对精度要求不高,也可以省略这些。让R直接与PWM信号相连即可。
正如我一开始所说的,一贯的简易性是PWM DAC的主要魅力之一!
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原文标题:快速PWM DAC没有纹波
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