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如何充分抑制開關輸出中不可避免地存在的大型交流紋波分量?

發(fā)布時間:2021-05-23 責任編輯:lina

【導讀】實現(xiàn)高分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換的一種廉價方法是將微控制器PWM(脈寬調(diào)制)輸出與精密模擬電壓基準,CMOS開關和模擬濾波(基準1)相結(jié)合。但是,PWM-DAC設計提出了一個很大的設計問題:如何充分抑制開關輸出中不可避免地存在的大型交流紋波分量?

實現(xiàn)高分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換的一種廉價方法是將微控制器PWM(脈寬調(diào)制)輸出與精密模擬電壓基準,CMOS開關和模擬濾波(基準1)相結(jié)合。但是,PWM-DAC設計提出了一個很大的設計問題:如何充分抑制開關輸出中不可避免地存在的大型交流紋波分量?當您使用典型的16位微控制器-PWM外設進行DAC控制時,紋波問題變得尤為嚴重。這樣的高分辨率PWM功能通常周期較長,因為2 16 16位定時器和比較器的倒數(shù)模數(shù)。這種情況會導致交流頻率分量緩慢地慢到100或200 Hz。在如此低的紋波頻率下,如果您采用足夠的普通模擬低通濾波來將紋波抑制到16位(即–96 dB)的噪聲水平,則DAC穩(wěn)定時間可能變?yōu)檎幻牖蚋L。
 
在電路圖1 避免了低通通過組合差分積分,濾波的問題  1,與采樣和保持放大器,A 2,在與PWM周期,T同步操作的反饋回路2 中圖2 。如果使積分器時間常數(shù)等于PWM周期時間(即R 1 ×C 1 = T 2),并且如果采樣電容器C 2等于保持電容器C 3,,則濾波器可以在一個PWM周期內(nèi)獲取并穩(wěn)定到新的DAC值。盡管這種方法很難使  終的DAC完全“高速”,但0.01秒的建立仍然比1秒的建立好100倍。與速度一樣重要,建立時間的這種改善不會影響紋波衰減。理論上,同步濾波器的紋波抑制是無限的,實際上  的限制是從S 2 到C 3的非零電荷注入。為S 2選擇低注入電荷開關, 為C 3選擇大約1 ?F的電容, 很容易導致微伏的紋波幅度。
 
如何充分抑制開關輸出中不可避免地存在的大型交流紋波分量?
圖1 該DAC紋波濾波器在與PWM同步運行的反饋環(huán)路中將差分積分器A 1與采樣保持放大器A 2結(jié)合在一起。
 
如何充分抑制開關輸出中不可避免地存在的大型交流紋波分量?
圖2 DAC輸出在一個周期內(nèi)穩(wěn)定。
 
可選的反饋分壓器R 2 / R 3 在具有通用基準電壓源的DAC輸出范圍內(nèi)提供靈活性。例如,如果R 2 = R 3,則5V參考電壓將產(chǎn)生0至10V的輸出范圍。這種跨度調(diào)整方法的另一個優(yōu)點是輸出紋波保持獨立于基準放大。
 
參考
 
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