消除 PWM DAC 紋波和電源噪聲
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2024-11-28 16:16:52 | 393 次閱讀
幾年前,我發(fā)表了一個設(shè)計理念(參見圖 1:“通過模擬減法消除 PWM DAC 紋波”, 2017 年 11 月 28 日),展示了消除 PWM 輸出紋波的簡單技巧。它采用普通 PWM 信號與其交流耦合逆信號的無源求和,從而顯著衰減不需要的交流(紋波)分量,而不影響所需的直流分量。圖 1通過模擬減法消除 PWM DAC 紋波。 其中一項TAoE改進解決了這樣一個事實:PWM DAC 精度往往受到對數(shù)字邏輯電源的依賴的限制,正如 H&H 恰當?shù)刂赋龅哪菢?,?shù)字邏輯電源“非常不準確”。他們巧妙的解決方案(參見圖 2)是在常用的 PWM 拓撲中添加精密模擬開關(guān)和精確的電壓基準,從而將 DAC 輸出與邏輯電源不準確的情況隔離開來。一個開關(guān)生成普通 PWM 波形的精確版本,而另一個開關(guān)則生成其相反波形。將后者的交流耦合分量添加到前者的直流分量中,執(zhí)行紋波消除模擬減法,如我 2015 年設(shè)計理念 (DI) 中所述。

這當然是解決 PWM 精度問題的一種優(yōu)雅、完美可行且有效的解決方案。
然而,由于每個 DAC 需要兩個模擬開關(guān)封裝,如果需要多個通道的 PWM DA 轉(zhuǎn)換,封裝數(shù)量可能會變得非常大。此外,隨著通道數(shù)量的增加,Vref 上的總負載也會增加,這取決于所使用的參考器件,最終可能會降低參考電壓的精度?! ∫虼耍瑘D 3中顯示了圖 2 的一個簡單變體,其中 PWM 邏輯控制信號用于導出紋波消除信號,從而節(jié)省了模擬開關(guān)并減少了一半的 Vref 負載。這需要按系數(shù) X = Vlogic/Vref 縮放 R2C2 紋波減去組件,當然,只有當 X 穩(wěn)定時,該系數(shù)才能工作。另請注意,PWM 設(shè)置點必須為 1 補碼 (VCC = -V – 1),這可以在軟件中輕松完成。

圖3 PWM邏輯信號用于紋波消除,從而節(jié)省了一個開關(guān)。
如果 Vlogic 不夠穩(wěn)定,圖 3 無法正常工作,圖 4顯示了TAoE精度提升概念的另一種不同實現(xiàn)方式,它利用精確伺服脈沖面積(幅度 x 持續(xù)時間 x 頻率)到精確參考電壓的方法,如VFC 模數(shù)轉(zhuǎn)換背景下最近的另一個 DI所示?! D 4 Q2 脈沖區(qū)域伺服至參考電壓。
圖 4 依賴于 TL431 等可調(diào)電壓基準的能力來充當具有精確內(nèi)置閾值的模擬比較器/積分器,如圖5所示。

LT431 (U1) 將 U2 引腳 2 的平均差值與其內(nèi)部 2.50V 參考電壓進行積分,并通過在 Fclk x 脈沖持續(xù)時間 x 5V = 脈沖面積小于 2.5V 時增加 Q2 脈沖持續(xù)時間強制相等,并在大于 2.5V 時減少 Q2 脈沖持續(xù)時間。 R1C4 設(shè)置積分的時間常數(shù),R4 為 U1 的輸入偏置電流 (~1.8μA) 提供補償,R5 為 U1 的輸出提供上拉。
U2 固有的內(nèi)部器件匹配(傳播和轉(zhuǎn)換時間等)使其他三位能夠準確跟蹤 U2 反饋環(huán)路內(nèi)的觸發(fā)器,從而為所有三個 PWM 通道提供準確的校準。關(guān)聯(lián)的 RC 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)紋波消除,如果所有三個網(wǎng)絡(luò)均已填充,則只需兩個器件封裝即可提供三個精確的 DAC。
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