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web前端开发工作_网页设计与制作需求书_济南今日头条新闻_免费投放广告的平台

时间:2025/7/11 19:48:39来源:https://blog.csdn.net/ami82/article/details/142386061 浏览次数:0次
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Model系列芯片目前已经在智能家居、工业HMI、工业串口屏、智能仪表、充电桩等各个领域实现应用,也得到了客户的一众好评。在应用的过程中,我们也发现了很多小伙伴对Model系列PWM调试方面存在一些问题,因此,本期我们将深入探讨PWM-DAC原理及实现方法,希望通过本期内容带给大家一些启发。

一、整体方案概述

如图1是PWM-DAC的系统整体信号处理框图,包括PWM输出模块、RC低通滤波模块、驱动放大。其中PWM输出模块由微处理器通过软件编程来实现占空比可调的PWM波,在系统电源电压确定的情况下(5V/3.3V),PWM波的占空比决定着DAC电压输出的大小。RC低通滤波模块滤除PWM波的谐波分量,抑制输出电压的纹波。驱动放大模块采用运算放大器设计的电压跟随器,提高输出电压的驱动能力。
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二、PWM→DAC原理分析

图2中的周期为T,占空比为p的PWM波按照傅里叶级数(Foerioe series)展开为:
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关注t>0的部分,即:
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从t>0的PWM波的傅里叶展开公式可知,该PWM波由直流分量和谐波分量构成,其中直流分量“Kp”可通过调节占空比p实现在0~KV范围内的调整。要想获得电压输出,即获得PWM波的直流分量只需将PWM波的谐波分量消除即可。电压输出的特定幅值可通过对PWM波的占空比的调节获得。为消除PWM波的谐波分量以获得电压输出,需要设置低通滤波器来滤掉谐波分量。
实现可调的DAC需要两个步骤,其一是根据输出电压需要及PWM波傅里叶级数的直流分量“Kp”确定MCU输出PWM波的占空比p。其二是设计RC低通滤波器将PWM波傅里叶级数的谐波分量滤除掉,即可得电压值为“Kp”的输出。

三、低通滤波器(RC)

(一)DAC输出电压分辨率、滤波器衰减系数的确定

DAC电压输出可分为静态输出和动态输出,下面分别介绍。在静态输出是指输出不随时间变化的恒定电压。静态输出评价指标输出分辨率(8位、12位)和输出稳定性。其中输出分辨率越高输出精度越高。低通滤波器对PWM波的谐波分量的抑制效果对电压输出的稳定性起着决定性的作用。一般而言,抑制效果越好,输出电压越稳定。通常根据一次谐波对输出电压的影响不要超过最低位的精度,来确定低通滤波器对一次谐波的衰减系数(dB)。
动态输出是指输出电压需要随时间变化的输出形式。动态输出的评价指标包括输出分辨率、输出稳定性和低通滤波器的阶跃响应时间(暂态响应)。
一般情况下,微处理器的系统时钟周期是一定的。在输出稳定性一定的情况下,阶跃响应时间与输出电压分辨率呈现出此消彼长的关系。即输出分辨率越高,一阶谐波分量的周期越长,要想维持输出稳定性需要的低通滤波器的RC值越大。而RC值越大,系统的阶跃响应时间越长,动态输出效果越差。
在输出分辨率(PWM波的周期)一定的情况下,阶跃响应时间与输出稳定性呈现反比关系,当输出稳定性越高,即低通滤波器对PWM波一次谐波有越强的衰减特性,采用RC滤波器,此时,RC值越大。而RC值越大,系统的阶跃响应时间越长,动态输出效果越差。
一般策略:
一般实在保证阶跃响应时间的同时,使得电压输出的分辨率尽可能高。确定输出分辨率、衰减系数(dB)具体流程如图4所示。在输出分辨率(PWM波的周期,从分辨率由高到低进行尝试)一定的情况下,根据一次谐波对输出电压的影响不要超过最低位的精度,来确定衰减系数(dB)(输出稳定性),进而确定低通滤波器的RC值,也即阶跃响应时间。如果阶跃时间不满足应用需要,对分辨率进行减一操作,重复上述操作,直至阶跃响应时间满足应用需要。
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本文采用PWM波的频率为500Hz(T=2ms),其一次谐波频率为500Hz。DAC在8位分辨条件下,要求一次谐波对输出电压的影响不要超过1个位的精度,来确定低通滤波器的衰减系数(dB)。
一个位的精度:K/256=0.0195V,一次谐波的最大赋值(p=0.5):2K/π。低通滤波器的衰减系数:
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也就是要求RC滤波电路至少在一次谐波处,即500Hz处提供-44.25(dB)的衰减。此处设计低通滤波器主要考虑两个方面,其一是要在500Hz处实现-44.25(dB),这里为了方便,取-40(dB)(衰减到输入的1/100)。这往往可以通过增加RC的乘积来实现,但较大的RC,意味着较长的稳态时间(0%→90%),影响系统的暂态响应。此处低通滤波器的设计原则:在保证在500Hz实现-40(dB)的条件下,尽量减少RC的乘积。

(二)RC一阶低通滤波器

RC一阶低通滤波器:
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(三)二阶RC低通滤波器

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本文中所用的低通滤波器采用的是二阶RC低通滤波器,具体参数见表2。

(四)驱动设计

为了提高DAC驱动能力(输出电流能力),将二阶RC低通滤波器的输出接到运放设计的电压跟随器上。
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以上就是对PWM-DAC技术的详细分享,希望能对大家有所帮助。更多技术分享,关注“启明智显”官方账号,不定期干货掉落!

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