具有PWM輸出的電流傳感器是一種非常有用的設(shè)備。傳統(tǒng)上，該設(shè)備可以在數(shù)字應(yīng)用中使用，其中主機(jī)微控制器可以確定傳感器輸出信號(hào)的開(kāi)啟時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間之比。使用PWM傳感器的另一種有用方法是將PWM輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號(hào)。本文的目的是簡(jiǎn)要介紹將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的簡(jiǎn)單方法，以及一些示例和重要的設(shè)計(jì)約束。

PWM輸出傳感器如何工作

在深入設(shè)計(jì)濾波器之前，第一步是快速檢查一下PWM傳感器的輸出信號(hào)是什么樣的。PWM波形基本上是方波，其頻率我們將定義為fPWM，對(duì)于邏輯低，幅度為0 V，對(duì)于邏輯高，幅度為VCC。從這里開(kāi)始，我們將幅度稱為VPWM。信號(hào)高電平時(shí)間tON與周期（TPWM = 1 / fPWM）的比率為占空比D。這些關(guān)系如圖1所示。

圖3減小磁場(chǎng)的PWM

PWM輸出霍爾IC的占空比與檢測(cè)到的磁場(chǎng)成比例。隨著輸入場(chǎng)強(qiáng)度的增加，D也隨之增加（圖2）。相反，隨著輸入字段的減少，D也隨之減少（圖3）。

模擬輸出傳感器如何工作

現(xiàn)在，我們回顧了PWM輸出如何用于霍爾效應(yīng)IC，現(xiàn)在該簡(jiǎn)要討論模擬輸出如何用于傳感器了。該前提幾乎與帶有PWM輸出的霍爾IC的前提相同。代替不斷地切換輸出以生成信號(hào)，輸出斷言一個(gè)與感測(cè)到的磁場(chǎng)成比例的模擬電壓。例如，當(dāng)PWM占空比由于輸入場(chǎng)的上升而增加時(shí)，模擬輸出將簡(jiǎn)單地上升到較高的DC電壓，反之亦然。

無(wú)源濾波器

現(xiàn)在，我們進(jìn)入過(guò)程的有趣部分，從PWM輸出信號(hào)創(chuàng)建一個(gè)模擬DC電壓。最簡(jiǎn)單的方法是使用無(wú)源低通濾波器。為了本指南的目的和簡(jiǎn)化起見(jiàn)，重點(diǎn)將放在無(wú)源，一階和二階低通濾波器上。無(wú)源濾波器可以通過(guò)電阻器和電容器非常簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。此處介紹的概念可以應(yīng)用于更高級(jí)的過(guò)濾器。

就本文檔而言，我們將重點(diǎn)分析和設(shè)計(jì)使用無(wú)源低通濾波器的電路，該濾波器的衰減滾降系數(shù)對(duì)于一階濾波器為–20 dB /十進(jìn)制，對(duì)于二階濾波器為–40 dB /十進(jìn)制。在某些情況下，一階過(guò)濾器可以正常工作。但是，某些應(yīng)用程序可能需要更快的響應(yīng)時(shí)間。在這些情況下，可能需要二階濾波器。最終用戶需要評(píng)估過(guò)濾器成本和過(guò)濾器性能之間的權(quán)衡?？梢酝ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單地級(jí)聯(lián)越來(lái)越多的級(jí)來(lái)增加濾波器的階數(shù)。對(duì)于濾波器的每增加一個(gè)階數(shù)，滾降速率將增加陡峭的–20 dB /十倍頻程。

有兩種方法可以計(jì)算濾波器對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)：時(shí)間分析和頻率分析。我更喜歡使用后包絡(luò)頻率分析，并且將重點(diǎn)研究使用頻率分析技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)一階和二階低通濾波器。通常，大多數(shù)沒(méi)有電子背景的人在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單濾波器時(shí)都比時(shí)域方法更好地了解頻率方法。

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