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快速PWM DAC没有纹波

2018-9-11 14:21:02

2543 纹波采样

PWM DAC的持久简单性将始终在设计人员的烹饪书中占据一席之地，但响应时间慢和PWM波纹问题往往会限制其吸引力和实用性。通常的衰减PWM纹波的方法是RC低通滤波器，它永远不会成功地完全消除它，并且只有当你尝试时才会使输出稳定时间慢得令人痛苦。图1显示了一种不同的方法，可以克服这些缺点 - 使用同步S＆H（采样和保持）。

图1 S1的采样保持操作消除了PWM纹波。

的设计思路依赖于PWM纹波，这使得它在在V同步任何选定点具有完全相同的电压的固有周期性质C1波形，如图图2。因此，如果同步采样V C1，如图1的模拟开关S1和传输电容C2，则保持（因此采样保持）以产生输出V out，如C3所示，结果将是平滑，无纹波无论V C1处的AC分量有多大，V out都可以。这在图2中的DAC动态行为图中说明。

图2 DAC在15个PWM周期内稳定为8位精度。

此外，由于同步采样固有地消除了纹波，而与RC1时间常数可能有多短无关，因此RC1产品确实可以做得非常短。这可以大大缩短建立时间，如图1所示，其中RC1 =100μs= T c = PWM周期，在示例情况下，小于15·T c = 1.5 ms 导致稳定（至8位精度）。但是，当然，正如所有好事一样，我们知道必须有限制。所以问题就变成了：RC1与DAC功能的一致性有多短，以及哪些设计因素限制了？

仔细观察V C1波形可以得出答案：V out是采样的，不是来自V C1的平均值，而是来自纹波最大值。因此：

V out = V s T p / T c + V 纹波

随着...

V 纹波 = V s（T p / T c）（1 - T p / T c）/（2·R（C1 + C2）/ T c）

因此，使用DAC V out函数对此非线性分量求和也会使DAC传递函数非线性，导致积分非线性（INL）误差，在示例威廉希尔官方网站常数下，可能会达到满量程的8.3％。对于许多应用来说，这么多的INL是不可接受的。幸运的是，有一个简单的（软件）修复：DAC设置的数字预加重。例如，使用图1的常量，其中......

R（C1 + C2）= 3/2·T c

如果我们改变T p ......

T p '= T p（0.6 + 0.4·T p / T c）+ 0.015·T c

V 纹波项将从V out中消失，并恢复8位INL。

图3 由整流纹波引起的INL错误。

值得一提的是“可选”元件V s和S2，它们从精密基准电压（V s）产生RC1输入波形，从而避免叠加噪声和狡猾的调节，这通常是逻辑电源的特性（因此也会依赖于PWM逻辑）信号）在V out上。当然，如果您的应用的精度要求不足以使其不必要，则可省略它们，并且R仅直接连接到PWM信号。

值得一提的是，正如我在开头所说的那样，持久的简洁性是 PWM DAC的主要魅力之一！

图4 三种不同输出设置下的DAC响应