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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?

    發布時間:2021-05-23 責任編輯:lina

    【導讀】實現高分辨率數模轉換的一種廉價方法是將微控制器PWM(脈寬調制)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?

    實現高分辨率數模轉換的一種廉價方法是將微控制器PWM(脈寬調制)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模數。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穩定時間可能變為整整一秒或更長。
     
    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周期內獲取并穩定到新的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同步運行的反饋環路中將差分積分器A 1與采樣保持放大器A 2結合在一起。
     
    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輸出在一個周期內穩定。
     
    可選的反饋分壓器R 2 / R 3 在具有通用基準電壓源的DAC輸出范圍內提供靈活性。例如,如果R 2 = R 3,則5V參考電壓將產生0至10V的輸出范圍。這種跨度調整方法的另一個優點是輸出紋波保持獨立于基準放大。
     
    參考
     
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