PWM DAC以其一貫的簡易性而在設計師的心目中占有一席之地,但響應時間慢和PWM紋波問題卻限制了其使用價值和設計潛能。抑制PWM紋波的常用方法是使用RC低通濾波器,但它永遠無法完全消除紋波,并且會使輸出穩定時間極其緩慢。
利用PWM紋波固有的周期性特性,它在VC1 波形的任何同步選擇點處都具有完全相同的電壓,因此,如果VC1 被同步采樣,比如通過圖1的模擬開關S1和傳輸電容C2,然后保持(也就是采樣-保持),即可通過C3產生輸出電壓Vout,那么無論VC1的AC分量有多大,其結果都將是平滑的無紋波Vout。
此外,由于同步采樣消除了紋波,與RC1時間常數的長短無關,所以RC1可以非常短。這可以顯著降低穩定時間,其中 RC1 =100 μs = Tc = PWM周期,不到15?Tc = 1.5 ms即可達到穩定(8位精度)。但是,就像所有的好東西一樣,我們知道它也必然有一定的局限。因此,現在問題就變成:RC1能夠在多短的時間內與適當的DAC功能保持一致,以及有哪些設計因素導致了其局限性?
仔細觀察VC1波形可以得出答案:Vout是采樣的電壓,它不是通過VC1的平均值、而是通過紋波最大值計算得出。因此:我們用DAC Vout函數對非線性部分求和,使得DAC傳遞函數也呈非線性,從而導致積分非線性(INL)誤差,對于圖2中示例電路的常數,誤差可能達到滿量程的8.3%。對于許多應用來說,這么大的INL誤差是不可接受的。幸運的是,有一個簡單的(軟件)修復:對DAC設置進行數字預加重。
如果我們更改Tp:那么,Vripple 項將從Vout中消失,8位INL即可恢復。
值得一提的是,可選的Vs和S2通過精確的基準參考 (Vs)產生RC1輸入波形,從而避免了在Vout電壓上疊加邏輯電源的噪聲和惡意調制(疊加到PWM邏輯信號上)。當然,如果你的應用對精度要求不高,也可以省略這些。讓R直接與PWM信號相連即可。
正如我一開始所說的,一貫的簡易性是PWM DAC的主要魅力之一!
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原文標題:快速PWM DAC沒有紋波
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