脈沖寬度調制 (PWM) 是數(shù)模轉換的絕佳基礎。它的優(yōu)點包括簡單性和(理論上)完美的差分和積分線性。不幸的是，PWM 需要波紋濾波，這往往會使其速度變慢，尤其是在需要高分辨率(8 位以上)的情況下。
優(yōu)點
數(shù)字信號傳輸：PWM將模擬信號轉換為脈沖信號，在處理器到被控對象之間的所有信號都是數(shù)字形式的，從而無需再進行數(shù)模轉換，這大大簡化了信號處理的復雜性。
噪聲抗干擾能力強：PWM信號對噪聲的抗干擾能力較強，只有當噪聲強到足以改變數(shù)字信號的邏輯狀態(tài)時(如將邏輯1變?yōu)檫壿?)，才會對信號產(chǎn)生影響。這一特性使得PWM在通信等信號傳輸行業(yè)得到廣泛應用。
簡單性和線性度：PWM技術具有相對簡單的實現(xiàn)方式，同時，在理論上，PWM能夠提供完美的差分和積分線性，這對于某些應用來說是非常重要的。
缺點
波紋濾波需求：PWM信號在轉換回模擬信號時，需要經(jīng)過波紋濾波。這一步驟不僅增加了系統(tǒng)的復雜性，還可能降低系統(tǒng)的響應速度，尤其是在需要高分辨率(8位以上)的情況下，濾波器的設計和實現(xiàn)變得更為復雜，進一步影響了系統(tǒng)的速度。
諧波和電磁干擾：PWM信號在高頻開關過程中會產(chǎn)生諧波，這些諧波可能對電網(wǎng)或其他電子設備造成干擾，引發(fā)電磁兼容性(EMC)問題，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，高頻開關的瞬變過程還會產(chǎn)生電磁輻射，對周圍的電子設備造成電磁干擾(EMI)，這可能影響其他設備的正常運行，甚至對通信造成干擾。
開關損耗：在高頻開關過程中，開關器件在導通和關斷過程中需要消耗一定的能量，這些損耗會降低系統(tǒng)的整體效率，并可能增加散熱需求。
噪聲問題：PWM信號在某些應用中可能導致機械噪聲和電磁噪聲。機械噪聲主要源于PWM信號的快速變化引起的電機振動和噪音;而電磁噪聲則可能通過傳導或輻射的方式影響其他設備。
設計調試難度：對于復雜的控制系統(tǒng)，PWM技術的實現(xiàn)可能比較復雜。需要仔細設計PWM信號的頻率、占空比等參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。同時，由于PWM信號的高頻特性和復雜性，調試過程中可能遇到一些難題，例如需要精確的測量和分析工具來檢測PWM信號的波形和特性。
成本問題：實現(xiàn)高精度、高性能的PWM控制需要高質量的開關器件和精確的控制電路，這可能會增加硬件成本。同時，由于PWM技術的復雜性和調試難度，開發(fā)過程中可能需要投入更多的時間和資源，從而增加開發(fā)成本。
適用范圍限制：在低頻應用中，PWM信號可能無法達到理想的控制效果，因為低頻PWM信號的分辨率較低，難以實現(xiàn)精確的控制。此外，對于某些特定類型的負載(如感性負載)，PWM信號的控制效果可能受到限制，因為感性負載在開關過程中會產(chǎn)生反電動勢，影響PWM信號的控制效果。
圖 1提供了一種解決 PWM 遲鈍問題的方案，即使用它來實現(xiàn)高分辨率(16 位)DAC 的最高 8 位，而另一種技術(數(shù)字電位器)提供低 8 位。然后，兩個輸出在一個簡單的 256:1 比例電阻分壓器中被動相加。這樣做的好處是穩(wěn)定速度提高了 256 倍(與使用 PWM 進行完整的 16 位計數(shù)相比)，同時還具有 16 位分辨率、單調性、線性度(INL 和 DNL)和微伏零點穩(wěn)定性。該電路僅靠從單個 5V 電源軌吸取的幾 mA 電流運行，同時還集成了相當不錯的電壓基準。而且它很便宜。
圖 1 PWM 最高有效字節(jié) (msbyte) 與 Dpot 最低有效字節(jié) (lsbyte) 結合，提供 16 位分辨率、單調性和線性。
輸入的 3 至 5v 邏輯、8 位分辨率 PWM 經(jīng) R5C7 和高速 AC 逆變器 U1 反轉和電平轉換，成為精確的 0 至 2.50v 方波，這得益于 LM4040 電壓基準和 CMOS 邏輯用作精密模擬開關時的固有特性。波形未反轉，并由 U1 的其他五個元件緩沖，成為低阻抗 (~5 Ω) 高質量 0 至 100% 占空比 PWM 輸出。U1 的出色過渡對稱性(Tphl 和 TPlh 傳播時間相差不到 100 ps)有助于提高準確性和線性度，而通過 R5 的正反饋會產(chǎn)生鎖存動作，可適應靜態(tài) 0% (0v) 和 100% (2.5v) 占空比狀態(tài)。
有源低通模擬紋波減法濾波通過R1C1 + R2C2 網(wǎng)絡進行，如“使用模擬減法消除 PWM DAC 紋波”中所述。如果我們假設256/32 MHz = 8 μs PWM 周期，則所示的4.99 kΩ x 0.1 μF = 499 μs RC 時間常數(shù)適用于 16 位 (96 dB) 紋波衰減。電容當然需要根據(jù)不同的 PWM 時鐘頻率進行比例調整。
同時，1k Dpot U2 提供 SPI 控制、8 位分辨率、0 至 2.5v lsbyte 貢獻，該貢獻通過 R2R3 分壓器以 256:1 的比例與 U1 的 PWM 輸出相加。R2:R3 比率應準確且穩(wěn)定，優(yōu)于 0.5%。R3 遠高于電位器提供的 2.5k(最大)可變阻抗，因此其對非線性的貢獻保持小于 +/-? lsb。
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